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Flour of lúcuma (Pouteria obovata) obtained by combined method warm air and microwave

Authors:

Abstract

La lúcuma, originaria de los valles interandinos del Perú, Ecuador, Colombia y Chile se caracteriza por ser un cultivo permanente, es empleada en la elaboración de una diversidad de productos como bebidas, pasteles, galletas, budines y tortas. Sus características singulares, su sabor exótico y no tradicional lo hace un producto exportable, pero no como fruta fresca, sino bajo la forma de ya sea pulpa o harina. El objetivo de esta investigación fue encontrar la temperatura, el tiempo y la potencia adecuada para un secado óptimo de la lúcuma para poder obtener una harina aceptable con un color cercano al natural. La fruta fue secada por un proceso combinado aire caliente-microondas a diferentes tiempos, potencias y temperaturas evaluando en operación el porcentaje de humedad y el color inicial y final para poder conocer la variación de color que experimenta y obtener el tratamiento correcto para la obtención de una harina con un porcentaje de humedad adecuado y un color parecido al natural. Se determinó los valores óptimos (T°= 34,05 °C, potencia = 200 watts y tiempo de secado = 274 segundos) los cuales optimizan el secado y nos permite obtener una harina con mejores características organolépticas.
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(
(
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3
3
)
)
Escuela de Ingeniería
Agroindustrial
Universidad Nacional de Trujillo
107
__________________
*Autor para correspondencia
Email: jorge_13_112@hotmail.com (J. Jara)
Harina de lúcuma (Pouteria obovata) obtenida por método combinado
aire caliente y microondas
Flour of lúcuma (Pouteria obovata) obtained by combined method warm
air and microwave
Stiben Arteaga, Carlos Flores, Jorge Jara*, Ciro Guevara
Escuela de Ingeniería Agroindustrial, Facultad de Ciencias Agropecuarias (Universidad Nacional de Trujillo) Av.
Juan Pablo II s/n, Ciudad Universitaria, Trujillo-Perú.
Recibido 01 Octubre 2013. Aceptado 06 Diciembre 2013.
RESUMEN
La lúcuma, originaria de los valles interandinos del Perú, Ecuador, Colombia y Chile se caracteriza por
ser un cultivo permanente, es empleada en la elaboración de una diversidad de productos como bebidas,
pasteles, galletas, budines y tortas. Sus características singulares, su sabor exótico y no tradicional lo hace
un producto exportable, pero no como fruta fresca, sino bajo la forma de ya sea pulpa o harina. El
objetivo de esta investigación fue encontrar la temperatura, el tiempo y la potencia adecuada para un
secado óptimo de la lúcuma para poder obtener una harina aceptable con un color cercano al natural.
La fruta fue secada por un proceso combinado aire caliente-microondas a diferentes tiempos, potencias y
temperaturas evaluando en operación el porcentaje de humedad y el color inicial y final para poder
conocer la variación de color que experimenta y obtener el tratamiento correcto para la obtención de una
harina con un porcentaje de humedad adecuado y un color parecido al natural. Se determinó los valores
óptimos (T°= 34,05 °C, potencia = 200 watts y tiempo de secado = 274 segundos) los cuales optimizan el
secado y nos permite obtener una harina con mejores caractesticas organolépticas.
Palabras clave: aire caliente, microonda, aceptabilidad, color.
ABSTRACT
The lucuma, would cause of the Andean vales of Peru, Ecuador, Colombia and Chile it is characterized
for being a permanent cultivation, is used in the making of a diversity of products like drinks, pastries,
cookies, puddings and cakes. Its singular characteristics, its exotic and not traditional flavor does an
exportable product, but not like fresh fruit, but under the form of be already a pulp or flour. The target of
this investigation was to find the temperature, the time and the potency adapted for an ideal drying of the
lucuma to be able to obtain acceptable flour with a color near to the native. The fruit was dried by a
combined process warm air microwave to different times, potency and temperatures evaluating in every
operation the percentage of moisture and the initial and final color to be able to know the change of color
that experiments and obtain the correct treatment for the securing of a flour with a suitable percentage of
moisture and a color similar to the native. Optimal values (T ° = 34.05 ° C, power = 200 watts and drying
time = 274 sec) which optimize the drying and allows us to obtain a flour with better organoleptic
characteristics were determined.
Keywords: hot air, microwave, acceptability, color.
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
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1. Introducción
En la actualidad existe una amplia
tendencia al desarrollo de técnicas de
conservación de alimentos que permitan
obtener productos de elevada calidad
nutricional manteniendo sus
características sensoriales.
Durante las dos últimas décadas, intensa
investigación y desarrollo han dado como
resultado que nuevos métodos de secado
se combinen para optimizar y obtener un
producto con menos cambios en sus
características sensoriales al momento de
ser deshidratado.
Teniendo en cuenta los hábitos actuales
de consumo de alimentos mínimamente
procesados, en este trabajo se realizó el
secado de lúcuma por método combinado
microondas y convección con aire
caliente para la obtención de harina.
Los secadores en este proceso
fundamentalmente son por convección y
radiación. El secado convectivo (secador
directo) transfiere calor al sólido, objeto
de secado, mediante una corriente de aire
caliente, convirtiéndose en agente
transportador del vapor de agua que se
está eliminando (Fito et al., 2001).
Por otro lado los secadores directos
utilizan aire caliente, ofreciendo un
calentamiento más uniforme que los
secadores indirectos (Barbosa et al.,
2000).
Los largos periodos de secado por aire
caliente afectan las características
organolépticas del producto (sabor, olor y
aroma). Para evitar estos problemas, se
han realizado estudios mediante la
utilización desecadores por radiación
(microondas) para la deshidratación de
alimentos.
La tecnología del microondas disminuye
el tiempo de secado, aumentando la
calidad y la vida útil de los productos
(Shiffman, 1985).
También en el proceso de secado los
microondas interactúan con las
moculas de agua en el interior del
alimento, incrementando la presión de
vapor, y aumentado la fuerza impulsora
para la deshidratación (Datta y Zhang,
1999).
Por esa razón el uso de microondas en el
proceso de secado favorece a que el
alimento se deseque con más rapidez y
sea menos dañado en su estructura física.
Por ello la combinación de microondas
(bajos niveles de potencia) y de
convección, potencializa la reducción en
el tiempo de secado (Diaz et al., 2003).
El rango de productos a los cuales se
aplica esta técnica continua en expansión
tanto así, que hoy el secado por
microondas y en aire caliente aun es una
técnica en estudio para el deshidratado de
productos alimentarios.
El objetivo de este trabajo fue evaluar el
secado con aire caliente y microondas en
forma combinada en lúcuma (Pouteria
obovata) para la obtención de harina.
2. Materiales y todos
Se utilizaron frutos de lúcuma (Pouteria
obovata) procedentes del mercado
Hermelinda de la ciudad de Trujillo, este
provenía en su estado fresco desde los
campos de cultivo del distrito de Viru. El
material experimental fue lavado en agua
clorada de 5 ppm en un deposito normal
de platico para reducir la carga
microbiana. La lúcuma fue pelada en
forma manual con ayuda de un cuchillo
de acero y una tabla de picar de madera.
Luego la lúcuma fue cortada en rodajas
de un espesor de 0.5 cm con la ayuda de
vernier.
S. Arteaga
et al.
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109
El proceso de secado fue realizado en un
equipo de secado convectivo aire
caliente-microondas de laboratorio donde
se tuvo que medir el peso, y el color
inicial y final de las muestras sometidas al
proceso para poder establecer la variación
de humedad y color. El peso fue medido
en una balanza analítica (AHEWA cap 5
kg) y los parámetros de color a*, b* y L*
fueron medidos por un colorímetro
Minolta Modelo CR-400 de procedencia
japonesa.
Se utili un diseño compuesto central
(DCCR) para las tres variables de las
cuales solo tuvo significancia la potencia
del equipo, con un diseño del tipo:
+
2*3 + 6 puntos centrales, haciendo un
total de 20 ensayos con tres repeticiones
cada uno donde controlaron los
parámetros de temperatura, tiempo y
potencia del secador con oscilaciones de
temperatura de 30 °C, 34 °C, 40°C, 46
°C y para el tiempo de 170, 196, 235,
274 y 300 minutos y para la potencia de
200, 300 y 400 watts.
El alisis sensorial es la disciplina que
obtiene, mide, analiza e interpreta las
reacciones del ser humano al percibir
mediante sus sentidos las características
de la comida. De hecho un gran número
de sensaciones percibidas a través de
nuestros sentidos (provenientes de
nuestro organismo o entorno) sólo
esperan interactuar con nuestro sistema
central de funciones intelectuales y de
control, esto es, nuestro cerebro. En el
cerebro tiene lugar la memorización de
estímulos, su comparación con aquellos
almacenados durante experiencias
anteriores y su transformación en
conceptos (ITF, 1975). Las muestras de
harina fueron evaluadas en cuanto a su
aceptabilidad general por 30 jueces no
entrenados. Fue utilizada la prueba
Hedónica Estructurada indicando cuanto
les agrada el producto en una escala de 7
puntos.
Figura 1. Esquema experimental para la elaboración de harina de lúcuma (Pouteria obovata).
S. Arteaga
et al.
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Para el análisis de los datos, las categorías
se convirtieron en puntajes del 1 al 7;
donde 7: “me gusta muchísimoy 1: “me
disgusta muchísimo, 20 tratamientos con
6 repeticiones en el punto central. El
análisis estadístico realizado para evaluar
el análisis consistió en determinar los
coeficientes de correlación para los
modelos lineal, cuadrático y cubico
respectivamente, y el análisis de varianza
para cada uno de los modelos que sirvió
para elegir el modelo más significativo y
con mejor ajuste en el cual se
construyeron las superficies de respuesta
correspondientes.
Para el diseño del modelo se utilizó el
programa STATISTICA versión 7.0,
utilizando para ellos un arreglo de 20
tratamientos se observa en la Tabla 1. Las
variables independientes fueron
reemplazadas de la siguiente manera:
temperatura (X1), potencia del
microondas (X2) y tiempo se secado en
segundos (X3).
El análisis estadístico para evaluar el
color, porcentaje de humedad y
aceptabilidad general se realizó utilizando
el software Statistica versión 7.0 y
correspondió a un análisis de varianza, el
cual se derivó de la participación de la
variabilidad total en los componentes
para cada modelo entre las posibilidades
que brinda el software (modelo lineal,
cuadrático, cúbico y cúbico especial),
seleccionándose el modelo que resulser
significativo (p < 0,05) y que tuvo un
coeficiente de determinación R2 alto
(mayor a 85%), de acuerdo a lo
recomendado por Montgomery (2002).
Una vez seleccionado el modelo
matemático para cada variable respuesta,
se determinaron los coeficientes de
regresión representados en él y con los
cuales se obtuvo la ecuación ajustada para
dicha variable respuesta.
Finalmente se determi el tratamiento
óptimo de acuerdo al análisis estadístico
el cual podemos corroborar con la
experimentación de tal tratamiento.
3. Resultados y discusión
En la tabla se muestran los valores de los
veinte (20) ensayos realizados en la
primera etapa, realizados mediante un
diseño compuesto central (DCCR). El
ensayo 7 presenta el porcentaje de
humedad final de 10,04 %, lo que
comparándolo con los valores de Rebhole
(1988) señala para algunas frutas (20-
24%), se puede indicar como valor
excedente. Esto indica que a valores de 34
°C de temperatura, 359,46 watts de
potencia y 273 segundos de tiempo ocurre
el proceso de secado óptimo para obtener
una harina con una humedad final
aceptable. Entonces la humedad del
alimento pasó de 58,9% hasta un valor de
10,04 %. En la tabla 3 se presenta los
coeficientes de regresión para la humedad
final (%), variación de color (%) y
aceptabilidad general.
En la tabla 2 se muestra el análisis de los
efectos para él % humedad, %variación
de color y aceptabilidad general. Para la
respuesta humedad todas las variables
evaluadas (temperatura, tiempo y
potencia) son estadísticamente significa-
tivas (p < 0,05) a excepción de la variable
cuadrática de temperatura y la interacción
de esta, del mismo modo ocurres con las
variables respuestas variación de color y
aceptabilidad general con diferencia q a
ca si tiene efecto la variable cuadrática
temperatura y no la lineal de la misma.
En la tabla 3 se presenta los coeficientes
de regresión para la humedad final (%),
variación de color (%) y aceptabilidad
general.
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
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Tabla 1. Respuestas de la matriz con datos reales y codificados de DCCR para el porcentaje de
humedad, variación del color y aceptabilidad general
Tempe-
ratura
(°C)
Tiem-
po
(s)
Tempe-
ratura
(°C)
Potencia
(watts)
Tiempo
(s)
Hume-
dad
(%)
Variación
de color
(%)
Aceptabi-
lidad
general
1
-1
-1
34,05
240,54
196,35
31,10
7,63
1,73
2
1
-1
45,95
240,54
196,35
21,91
8,30
1,83
3
-1
-1
34,05
359,46
196,35
23,82
14,98
2,43
4
1
-1
45,95
359,46
196,35
15,34
15,98
4,03
5
-1
1
34,05
240,54
273,65
29,05
7,63
1,67
6
1
1
45,95
240,54
273,65
22,80
13,23
2,40
7
-1
1
34,05
359,46
273,65
10,04
21,19
6,23
8
1
1
45,95
359,46
273,65
8,02
22,58
6,67
9
-1,68
0
30,00
300,00
235,00
12,41
16,52
4,27
10
1,68
0
50,00
300,00
235,00
9,67
21,73
5,87
11
0
0
40,00
200,00
235,00
34,83
5,79
1,27
12
0
0
40,00
400,00
235,00
10,41
20,44
4,57
13
0
-1,68
40,00
300,00
170,00
19,49
15,59
3,93
14
0
1,68
40,00
300,00
300,00
10,62
20,68
4,90
15
0
0
40,00
300,00
235,00
10,76
21,16
5,47
16
0
0
40,00
300,00
235,00
10,85
19,13
5,40
17
0
0
40,00
300,00
235,00
11,00
19,86
5,37
18
0
0
40,00
300,00
235,00
11,03
19,62
5,47
19
0
0
40,00
300,00
235,00
10,96
19,65
5,40
20
0
0
40,00
300,00
235,00
10,83
19,71
5,43
Tabla 2. Efectos para la humedad, variación del color y aceptabilidad general
Factor
%HUMEDAD
% VARIACION DE
COLOR
ACEPTABILIDAD
GENERAL
Efecto
Valor-p
Efecto
Valor-p
Efecto
Valor-p
Mean/Interc,
10,7853
0,000002
19,94184
0,000000
5,44418
0,000000
(1)Temp,aire cal,(°C)(L)
-4,4729
0,011029
2,55059
0,022268
0,81388
0,035439
Temp aire cal,(°C)(Q)
1,6576
0,263587
-1,64227
0,104297
-0,5384
0,129617
(2) Potencia (watt)(L)
-12,9918
0,000004
9,16537
0,000002
2,53107
0,000019
Potencia (watt)(Q)
9,8439
0,000036
-5,89080
0,000077
-2,0587
0,000087
(3)Tiempo(S)(L)
-5,4450
0,003556
3,85271
0,002214
1,25345
0,003830
Tiempo (S)(Q)
4,4969
0,009275
-2,34330
0,028900
-0,9980
0,012015
1L by 2L
1,2367
0,525105
-0,96808
0,450828
0,30000
0,508550
1L by 3L
2,3485
0,239597
1,32987
0,306381
-0,1333
0,766835
2L by 3L
-4,9865
0,024103
1,96669
0,141995
1,48333
0,006887
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
112
Tabla 3. Coeficientes de regresión para él la humedad, variación del color y aceptabilidad general
Factor
%HUMEDAD
% VARIACION DE
COLOR
ACEPTABILIDAD
GENERAL
Coef, De
Regresión
Valor
puro
Coef, De
Regresión
Valor
puro
Coef, De
Regresión
Valor
puro
Mean/Interc,
313,6159
0,001907
-137,990
0,018940
-39,2101
0,049037
(1)Temp,aire cal (°C)(L)
-3,9769
0,077229
1,803
0,203888
0,6185
0,217974
Temp. aire cal (°C)(Q)
0,0234
0,263587
-0,023
0,104297
-0,0076
0,129617
(2) Potencia (watt)(L)
-0,7595
0,002235
0,531
0,001473
0,1032
0,038932
Potencia (watt)(Q)
0,0014
0,000036
-0,001
0,000077
-0,0003
0,000087
(3) Tiempo (S)(L)
-0,6568
0,054001
0,174
0,398375
0,0880
0,237852
Tiempo (S)(Q)
0,0015
0,009275
-0,001
0,028900
-0,0003
0,012015
1L by 2L
0,0017
0,525105
-0,001
0,450828
0,0004
0,508550
1L by 3L
0,0051
0,239597
0,003
0,306381
-0,0003
0,766835
2L by 3L
-0,0011
0,024103
0,000
0,141995
0,0003
0,006887
%Humedad: R
2
=94,466; R
2
Ajustado =89,486 %
% Variación de color R
2
=94,389; R
2
Ajustado
=89,339 %
Aceptabilidad General R
2
=93,246; R
2
Ajustado
=87,167 %
Para el caso de la respuesta de variación
de color, %Humedad y respuesta
Aceptabilidad General se observa que
para los coeficientes lineales y cuadrático
de la potencia, el coeficiente cuadrático
del tiempo y la interacción de los
coeficientes lineales de éstos (potencia y
tiempo) presentan significancia (p<0,05),
no siendo así para los coeficientes lineal y
cuadrático de la temperatura de aire
caliente (°C), ni sus interacciones con ésta
(temperatura de aire caliente °C), según la
tabla 3. Estos modelos encontrados
presentan coeficientes de determinación
de 0,94389, 0,94466 y 0,93246 para el
caso de la respuesta de variación de
color, %Humedad y respuesta
Aceptabilidad General respectivamente y
un R
2
Ajustado de 0,89339, 0,89486 y
0,87167 para el caso de la respuesta de
variación de color, %Humedad y
respuesta Aceptabilidad General
respectivamente, lo cual indica que los
modelos representan bien el proceso,
siendo explicada la variación de color,
%Humedad y respuesta Aceptabilidad
General en un 94,389 %, 94,466 % y
93,246 % respectivamente por la potencia
(watt) y el tiempo(S).
El modelo matemático para la Humedad
se denota por la siguiente ecuación
cuadrática.
Y1 = 313,6159 -3,9769T + 0,0234 T
2
-0,7595
P +0,0014 P
2
- 0,6568 t + 0,0015t
2
+ 0,0017
(T)*(P) + 0,0051 (T)*(t) - 0,0011 (P)*(t)
El modelo matemático para él %
variación de color se denota por la
siguiente ecuación cuadrática.
Y2 = -137,990 + 1,803T -0,023T
2
+0,531P -
0,001P
2
+ 0,174t -0,001t
2
+ -0,001 (T)*(P)
0,003 (T)*(t) +0,000 (P)*(t)
El modelo matemático para la
Aceptabilidad se denota por la siguiente
ecuación cuadrática.
Y3 = -39,2101+0,6185T -0,0076T
2
+0,1032P -0,0003P
2
+ 0,0880 t -0,0003 t
2
+
0,0004 (T)*(P) -0,0003 (T)*(t) +0,0003
(P)*(t)
Donde Y1 representa % humedad, Y2 a la
variación de color y Y3 la aceptabilidad
general.
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
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Tabla 4. Análisis de varianza para la humedad, variación de color y aceptabilidad general
Fuente de
variación
% Humedad
% Variación de color
Aceptabilidad general
GL
SS
MS
F
cal
F
tab
GL
SS
MS
F
cal
F
tab
GL
SS
MS
F
cal
F
tab
Regresión
1
215,2
215,2
8,6
4,4
1
224,4
224,4
9,2
4,4
1
249,2
249,2
10,8
4,4
Residuos
18
449,8
24,9
18
440,6
24,5
18
415,8
23,1
Total
19
665
19
665
19
665
Las gráficas de contorno (figura a)
fueron generadas a partir de las variables
temperatura, potencia y tiempo,
pudiéndose observar que el uso del
microondas en alimentos constituidos por
moculas polares, como el agua, permite
que la radiación electromagnética penetre
los cuerpos, generando un calentamiento
casi instantáneo de las piezas, según sea
su tamaño Berteli (2005). Se verifico que
cuando los valores de la potencia oscilan
entre 320-400 Watt y el tiempo de secado
entre 240-320, el % de humedad alcanza
valores mínimos.
En la figura 2b y 2c muestra que cuando
los valores de la potencia oscilan entre
360-320 Watt y la temperatura de aire
caliente en 42 - 50 °C ,con un rango de
temperatura de 220 - 280 s el % de
humedad alcanza valores mínimos
adecuados para la elaboración de harina.
El secado con aire caliente y microondas
favorece la aceleración del proceso de
reducción del agua, Spiess (1998), hace
referencia a las ventajas que ofrece el
asistir con energía microondas al secado
convectivo, asociadas al rápido
calentamiento volumétrico del producto y
su elevado poder de penetración.
En la figura 3 se verifica que a al
aumentar la temperatura y la potencia el
% de variación de color también se ve
incrementada, caso contrario si se trabaja
con potencias y temperaturas bajas, el %
de variación de color no se verá muy
influenciado, La maxima variacion fue de
20 % trabajando con tiempos maximos de
300 s. La consecuente reducción en los
tiempos de proceso permite obtener
productos con mejores atributos de
calidad, tales como el aroma y la
capacidad de rehidratación Funebo y
Ohlsson (1998), o el sabor, textura y valor
nutricional, Abors (2001). Desde este
punto de vista, un proceso de secado que
combine ambos métodos puede aunar las
ventajas que proporciona cada uno de
ellos.
Figura 2. Gráficas de contorno para la
humedad.
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
114
Figura 3. Gráficas de contorno para %
variación de color.
La figura 4a muestra que los tratamientos
realizados con los tiempos y las potencias
mas elevadas tubieron una mayor
aceptabilidad la cual se tomo en cuenta el
sabor y sobre todo el color de
presentacion de la harina.
Figura 4. Gráficas de contorno para
Aceptabilidad General.
La figura 4b y 4c muetra que si
trabajamos a una temperatura entre 36 -
50 °C, a un rango de tiempo de 230 - 290
s obtendremos la mayor aceptabilidad.
S. Arteaga
et al.
/ Agroind Sci 2 (2013)
115
Figura 5. Gráfico de Pareto de los efectos
estandarizados.
La figura 5 muestra que la única variable
que influye en la variables respuesta (%
humedad, color y aceptabilidad) es la
potencia del microondas.
4. Conclusión
Las muestras de lúcuma llegaron a una
humedad final cercana al 10 % en dos
tratamientos donde estos fueron
sometidos a 34,5°C y 40 °C de
temperatura, 360 y 400 watts de potencia,
274 y 235 segundos respectivamente.
Se evaluaron dos características
sensoriales, las cuales fueron color y
aceptación general, para cada
característica se determi un modelo
matemático que pueda predecir la
proporción óptima de cada componente
en el secado combinado aire caliente-
microondas en lúcuma.
El equipo utilizado al inicio del proceso
tuvo la deficiencia que el ventilador
estuvo malogrado y la resistencia estaba
en desuso por eso tuvimos que repararlo
para poder empezar el proyecto.
Los datos obtenidos son potencialmente
útiles para futuros estudios sobre el
desarrollo de productos de este tipo como
son las harinas porque es un todo que
utiliza poca cantidad de tiempo y con
producto casi similar a otros procesos en
los cuales toman más tiempo.
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Article
Microwave-assisted hot-air dehydration of apple and mushroom was performed with low-power microwave energy. The purpose of the investigation was to compare hot-air drying and microwave-assisted hot-air drying. The air velocity, the microwave output power and the air temperature were the variables in the experiments. The microwave energy was supplied by either microwave applicators with transverse magnetic (TM) modes as dominant modes, or by a multimode cavity microwave oven. The quality parameters were rehydration capacity, bulk density, and colour. Low air velocity caused a browning of the products and a minimum air velocity of 1 m/s was identified. It was possible to reduce the drying time by a factor of two for apple and a factor of four for mushroom by using microwave-assisted hot-air drying. Rehydration capacity was 20–25% better for TM applicator-dried apples and mushrooms than for multimode cavity dried ones.
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