Deshidratacion Osmotica de La Papaya

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTA DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIEMNTARIAS

ING. EDGAR ACOSTA LOPEZ

INTRODUCCIÓN

Uno de los problemas que a queja a la industria alimentaria es la

conservación de alimentos, tratar de mantener sus características iníciales como

sabor, aroma y componentes nutricionales durante cierto tiempo, pero al tratarse

de alimentos esto es imposible ya que se deterioran con facilidad, especialmente

cuando estos tienen una alta actividad de agua como es el caso de las frutas.

Una de las formas de conservar la calidad y estabilidad de frutas y

hortalizas, sin tener pérdidas considerables en compuestos aromáticos; además

de que puede ser utilizado como una operación previa en el secado y la

liofilización, reduciéndose así los costos energéticos es la Deshidratación

Osmóticas, la cual actúa como inhibidor eficaz de la polifenoloxidasa, evitando la

perdida de sabores volátiles ya quela mayoría de las membranas celulares son

permeables a ellas.

En la práctica desarrollada a continuación se usara la papaya para ser

Deshidratada Osmóticamente con una solución hipertónica de sacarosa a una

concentración indicada que por el gradiente de concentración con la fruta esta

producirá una difusión equimolar de masa, hasta llegar a un equilibrio de

concentración o acercarse en un cierto tiempo durante el cual será monitoreado

periódicamente los grados Brix tanto de la fruta como del jarabe, al termino de ello

se completara la deshidratación sometiendo a la fruta a aire caliente en un

desecador por espacio de dos horas.

Al término de la práctica se espera alcanzar los siguientes objetivos:

Comprender el fenómeno de transferencia de masa en el deshidratado

osmótico.

Determinar la difusividad másica efectiva de los sólidos solubles en la

deshidratación osmótica.




II) REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA:

DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

Flores (1977) define a la osmosis como el transporte de un disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones. La corriente está siempre dirigida desde la solución más diluida (generalmente el disolvente puro) hacia la más concentrada. Al respecto Bolin y Col. (1983) describe la deshidratación osmótica como el método energéticamente más eficiente para remover la humedad de trozos de alimento debido a que el agua no sufre cambio de fase. Lerici y Col. (1985) menciona que la deshidratación osmótica consiste en la inmersión de productos alimenticios en soluciones acuosas de alta presión osmótica, tales como soluciones azucaradas o salmueras: seguidas de transferencia de agua desde el producto alimenticio hacia la solución por osmosis. Algunos sólidos solubles presentes en la solución pueden ser absorbidos por el alimento; como parte de los sólidos solubles del producto alimenticio original pueden eliminarse de éste. Asimismo Ponting y Col. (1966) describió la deshidratación osmótica como un proceso dinámico en el cual el agua y el ácido de la fruta son extraídos rápidamente al principio y luego de forma más lenta, mientras que la penetración de azúcar es lenta al principio y se va incrementando con el tiempo, por ello las características del producto pueden variarse a voluntad controlando la temperatura del proceso, la concentración de azúcar del medio, tiempo de proceso, etc.; para hacer que la osmosis sea más rápida o más lenta.

LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA OSMOSIS

Algunas de las ventajas logradas están relacionadas con la conservación de la

calidad sensorial y nutricional de las frutas.

El agua que sale de la fruta al jarabe de temperatura ambiente y en estado liquido,

evita las pérdidas de aromas propios de las frutas, los que si se volatilizarían o

descompondrían a las altas temperaturas que se emplean durante la

concentración o deshidratación de la misma fruta mediante otras técnicas.

La ausencia de oxigeno en el interior de la masa del jarabe donde se halla la fruta,

evita las correspondientes reacciones de oxidación (pardeamiento enzimático) que

afectan directamente la apariencia del producto final.




La deshidratación de la fruta sin romper células y sin poner en contacto los

sustratos que favorecen el oscurecimiento químico, permite mantener una alta

calidad al producto final. Es notoria la alta conservación de las características

nutricionales propias de la fruta.

La fruta obtenida conserva en alto grado sus características de color, sabor y

aroma. Además, si se deja deshidratar suficiente tiempo es estable a temperatura

ambiente (18ºC) lo que hace atractiva a varias industrias. La relativa baja actividad

de agua del jarabe concentrado, no permite el fácil desarrollo de microorganismos

que rápidamente atacan y dañan las frutas en condiciones ambientales.

Esta técnica también presenta interesantes ventajas económicas, teniendo en

cuenta la baja inversión inicial en equipos, cuando se trata de volúmenes

pequeños a nivel de planta piloto, donde solamente se requieren recipientes

plásticos medianos , mano de obra no calificada, sin consumo de energía eléctrica

y además los jarabes que se producen, pueden ser utilizados en la elaboración de

yogures, néctares, etc., a fin de aprovechar su poder edulcorante y contenido de

aromas y sabores de la fruta osmosis deshidratada.

Por otra parte el uso de azúcar (sacarosa) o jarabes y melazas tan disponibles es

nuestro medio rural, con la posibilidad de reutilización bien sea en nuevos

procesos o para edulcorar otros productos la hace una técnica interesante. Entre

las limitaciones que presenta esta técnica de osmosis esta que no a todas las

frutas puede aplicarse. Por ahora solo se emplean las frutas que presentan

estructura sólida y pueden cortarse en trozos.

Tampoco se recomienda las frutas que poseen alto número de semillas de tamaño

mediano como la mora o guayaba. Algunas frutas pueden perder su poca acidez

como al mango y la piña, aunque se puede corregir este inconveniente ajustando

la acidez del jarabe a fin de que la relación de sabor ácido – dulce sea agradable

al gusto.

Una característica en la operación de inmersión de la fruta en el jarabe es la

flotación. Esto debido a la menor densidad de la fruta que tendrá 5 a 6 veces

menos brix que el jarabe y además a los gases que esta puede tener ocluidos.

Cuando se intenta sumergir toda la masa de la fruta dentro del jarabe se forma un

bloque compacto de trozos que impiden la circulación del jarabe a través de cada

trozo, con lo que se obtiene la ósmosis parcial de la fruta.




Finalmente esta la presencia de insectos que se puede generar en los sitios donde

se manejan estos jarabes debido a la atracción que estos tiene por los aromas

frutales que con el tiempo se pueden tornar difíciles de erradicar.

(Mundo alimentario, 2004)

VENTAJAS DE LA DESHIDRATACION OSMÓTICA

Ponting y Col. (1966) señalan como principales ventajas de una deshidratación por

osmosis:

• Las frutas deshidratadas no están sujetas a altas temperaturas durante

periodos largos de tiempo, por lo tanto el daño producido en el color y sabor

es minimizado.

• El uso de azúcar o jarabe como agente osmótico en gran parte, casi

siempre; disminuye la pérdida del sabor fresco de la fruta

• Una alta concentración de azúcar alrededor de las piezas previene

decoloración de la fruta por enmarronamiento oxidativo enzimático.

• Al producirse la remoción del agua por osmosis, algo del ácido de la fruta

sale junto con ella; esta disminución en el contenido del ácido combinada

con la cantidad de azúcar adicionada a la fruta por el baño osmótico,

produce un producto más blando y dulce que el obtenido por otros métodos

de secado.




III) MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIALES:

Papaya (estado de madurez comercial)

Solución osmótica: Jarabe de sacarosa 60ºBrix

o Azúcar blanca refinada

o Ácido cítrico

o Bicarbonato de sodio

Bolsas plásticas de polietileno

Cuchillos

Recipientes de plástico

Coladores de plástico

Refractómetro(0 – 100ºBrix)

Termómetro

Equipo de titulación(soporte universal, bureta, matraces y vaso de

precipitación)

Cocina eléctrica

Reactivos:

o Hidróxido de sodio 0,1 N

o Fenolftaleína

o Agua destilada

MÉTODOS:

1. Preparamos la solución osmótica de sacarosa (jarabe invertido) una

concentración de 60 ºBrix.




Fig.1 Diagrama de flujo de la preparación de la solución osmótica a 60ºBrix

2. Caracterizamos fisicoquímicamente la papaya: sólidos solubles (ºBrix), pH,

acidez y humedad.

3. La fruta seleccionada para el proceso osmótico fue acondicionada (lavada,

seleccionada, pelada, cortada en cubos de lados uniformes, luego

sumergimos estos cubos en la solución osmótica a 20ºC durante 12 horas.

Relación fruta/jarabe = 1:4

4. La concentración en sólidos solubles (ªBrix del fruto y del jarabe) del fruto y

del jarabe, se midió cada hora. Llevándose el registro de estos datos para

poder determinar los resultados.

5. Terminamos el proceso de deshidratación osmótica con un drenado del

jarabe, luego secamos la muestra con aire caliente a 60ºC por dos horas

(medimos la concentración en sólidos solubles, humedad y peso final),

enfriamos y envasamos.

MEZCLAMOS

agua+azúcar

CALENTAMOS

LA MEZCLA

AGREGAMOS

ácido cítrico

ENFRIAMOS

Jarabe a 20 ºC

AGREGAMOS Bicarbonato de sodio

600 g de azúcar 1 litro de agua




Fig.2 Diagrama de flujo de la Deshidratación Osmótica de la papaya.

Lavado, pelado y cortado en trozos de la fruta

120 g de papaya : 480 ml de jarabe de sacarosa a 60 ºBrix

12 horas de exposición

Monitoreo de ª Brix cada hora

Aire caliente a 60ºC por 2 horas




IV) RESULTADOS Y DISCUSIONES:

4.1 RESULTADOS

4.1.1 Acidez de la papaya:

Gasto= 0,7 mL de NaOH

Normalidad del NaOH = 0,1 N

Pmeq ácido cítrico = 0, 064

Alícuota = 10 mL

4.1.2 Humedad:

4.1.3 Solución Hipertónica (Jarabe) a 60 °Brix:

TIEMPO

(Horas)

TIEMPO

(s)

BRIX

FRUTO

BRIX DEL

JARABE

PESO DEL

FRUTO (g)

0 0 11 60 120

1 60 14 58,7 120

2 120 21 56 120

3 180 30 54,8 120




4 240 37 52 120

5 300 43 53 120

6 360 46 51 120

7 420 46 51 120

a. Se aplicará el modelo matemático para la difusión dentro de una placa en

un sistema finito lineal con difusividad constante:

Donde:

- D = Difusividad efectiva

- l = Longitud de difusión

- CAθ = Concentración de sólidos solubles en la fruta a un tiempo θ

- CA∞ = Concentración de sólidos solubles en el jarabe (°Brix)

- CAo = Concentración de sólidos solubles iníciales en la fruta (°Brix) a un tiempo

θ=0

Calculando el valor de E en los diferentes tiempos:

TIEMPO

(Horas)

E

0 0

1 0,9371

2 0,7777

3 0,5662

4 0,3659 5 0,2310 6 0,1250

b. Para poder calcular la difusividad tenemos que aplicar logaritmo a la

ecuación anterior:

( )

(

) (

)

( )




(

) (

)

( )

Calculando LnE para los diferentes tiempos:

TIEMPO

(Horas)

Ln E

0 0

1 -0,0649

2 -0,2513

3 -0,5688

4 -1,0054

5 -1,4654

6 -2,0794

Por lo tanto graficamos los datos para obtener por regresión lineal la ecuación que

representa a la difusividad efectiva:

Si notamos la ecuación obtenida representa la ecuación de una línea:

y = 0,272 – 0,349 x

y = -0,349x + 0,272 R² = 0,937 R = 0,9679

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

0 2 4 6 8

Ln E

TIEMPO (Horas)

DIFUSIVIDAD MÁSICA EFECTIVA

DIFUSIVIDAD MÁSICAEFECTIVA

Lineal (DIFUSIVIDADMÁSICA EFECTIVA)




De donde:

a=0,272 y b=0,349

Se sabe que:

(

) (

)

( )

Por lo tanto:

( )

( )

4.1.4 Índice de Correlación y Coeficiente de Determinación

Ensayo Jarabe 60 °Brix

Índice de correlación

0,937

Coeficiente de

determinación

-0,9679

4.1.5 Análisis de Varianza

Para realizar la deshidratación osmótica de la papaya se cortó en cubitos de 1 cm de lado y se pesaron 120 gramos de estos cubitos y luego se




sumergió en jarabe a 60 °Brix respectivamente. Inicialmente la papaya que se sumergió a 60° Brix tenía una concentración de 11 °Brix. Se hicieron lecturas constantes cada hora durante 6 horas, obteniéndose así 7 lecturas que permiten determinar la difusividad efectiva de la papaya a 60 °Brix.

Para realizar esta prueba se tuvo que haber efectuado este proceso pero a diferentes concentraciones del jarabe, pero solo se realizo esta operación a una sola concentración del jarabe.

4.2 DISCUSIONES:

Según mundo alimentario (2004), una de las grandes desventajas de la

deshidratación osmótica es que durante el proceso de deshidratado la fruta

no se sumerge por completo en el jarabe, esto debido a la densidad, lo que

provoca una osmodeshidratación parcial de la fruta. Con la papaya pudimos

observar este problema, y por tanto vimos por conveniente girar el frasco

donde se encontraba la papaya con el jarabe cada cierto tiempo esto con el

objetivo de lograr una mejor distribución del jarabe por todos los trozos de

fruta. Además tuvimos el inconveniente de no contar con un cortador que

nos permitiera obtener trozos mucho mas uniformes. Sin embargo, los

resultados que obtuvimos fueron los esperados ya que la concentración del

jarabe fue disminuyendo con el transcurso del tiempo y al mismo tiempo la

concentración de la fruta fue aumentando.

• En el DO realizado en papaya se observo que el color de la fruta era el que

tenía inicialmente, así como el aroma se mantuvo y se vio realzado gracias

al jarabe que por la sacarosa activa en forma enzimática los aromas y por

supuesto como una de las ventajas que se menciona por (Ponting y Col.

1966). Una alta concentración de azúcar alrededor de las piezas previene

decoloración de la fruta por enmarronamiento oxidativo enzimático lo cual

se observo claramente en la papaya, recomendando este tipo de

deshidratado para fruta.

• Según Flores (1977) la transferencia de agua por osmosis es aplicable a pedazos de fruta porque contienen azúcares y otros solutos en soluciones diluidas, y la estructura de su superficie celular actúa como una membrana celular eficiente y permeable. Ya que la ganancia de sólidos del mango, durante su inmersión en soluciones concentradas de sacarosa a 60 y 70 °Brix, es mucho más elevada para temperaturas de 40°C ya que la membrana se ve afectada por éste factor.




VI) CONCLUSIONES

Se comprendió el fenómeno de transferencia de masa que en el

deshidratado osmótico se trata de una transferencia equimolar.

Se determinó que la difusividad efectiva de solidos del jarabe de sacarosa

inicialmente a 60 °Brix que fue de -

.

La difusión es el mecanismo físico que gobierna la migración de humedad

de la papaya por cuanto los datos experimentales se ajustaron correctamente a la segunda ley de Fick.

Se concluyó que la difusividad másica efectiva de los sólidos solubles así como la del agua se relacionada directamente con la concentración,




CUESTIONARIO

1. Revisar trabajos de investigación y artículos y proponer el modelo matemático de la segunda ley de Fick para calcular la difusividad másica en un cilindro y adjuntar el artículo.

MECANISMOS Y CINÉTICA DEL SECADO DE ZANAHORIA CON AIRE CALIENTE

MODELO MATEMÁTICO

Condiciones de frontera:




2. ¿QUE SON ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA?

Los Alimentos de Humedad Intermedia, se describen como alimentos con una actividad acuosa (aw) de 0.65 a 0.85. Una forma de conservar las frutas es deshidratándolas, a fin de controlar su vulnerabilidad causada por el alto contenido de agua. Cuando se deshidrata un alimento no solo se disminuye su contenido en agua sino que se disminuye la disponibilidad de esta agua. La Aw se representa como la relación de presiones del vapor de agua disponible en un material, que puede ser un alimento, sobre la presión del vapor del agua pura, ambos permaneciendo a la misma temperatura.

Aw = (Palimento/ Pagua pura) temperatura

El máximo valor es 1,0. Cuando en agua pura se disuelven otras sustancias, el valor de la Aw disminuye, o cuando a un alimento se le retira parte del agua su Aw también disminuye. Si esta disminución es en un porcentaje elevado, el alimento adquiere un valor de Aw relativamente bajo y se le podrá denominar alimento de humedad intermedia, o IMF. Puesto que la mayoría de procesos empleados en la conservación de alimentos están basados en varios obstáculos, la mayoría de alimentos procesados también tienen varios obstáculos inherentes los cuales dan la estabilidad microbiológica deseada en los productos.

FIGURA 3.Estabilidad de alimentos basados en el efecto "obstáculo".

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/fundam/grafica3.gif




El ejemplo 1 presenta el caso de un alimento que posee 6 obstáculos, los cuales los MO presentes no los pueden superar todos. Por lo tanto este alimento tiene suficiente estabilidad microbiológica. Aquí todos los obstáculos tienen la misma

intensidad, que en la realidad es difícil encontrar. Una situación más real se presenta en el ejemplo 2. La estabilidad microbiológica de este producto está basada en 5 obstáculos de diferente intensidad. Los principales obstáculos son la Aw y el agente conservante (ej. sorbato de potasio), y los obstáculos adicionales son la temperatura de almacenamiento, el pH y el potencial redox. Estos obstáculos son suficientes para detener los tipos y el número de microorganismos asociados con este producto. El ejemplo 3 representa el mismo producto pero con una mejor condición sanitaria, es decir con pocos MO al iniciar. Por lo tanto, en este producto, solo 2 obstáculos serían necesarios. De otra parte, en el ejemplo 4, debido a las deficientes condiciones de higiene, demasiados MO están presentes desde el comienzo. De ahí que los obstáculos inherentes en este producto no previenen el deterioro. El ejemplo 5 es un alimento de excelente contenido de nutrientes y vitaminas. Por lo tanto, aunque por el tipo y número usual de MO y los mismos obstáculos del ejemplo 2, el 3 y 4 no son suficientes. Hay alguna indicación en el sentido que importa más el resultado del obstáculo que el número que se interpongan para determinar la estabilidad microbiológica del alimento. El ejemplo 6 ilustra el efecto sinérgico que los obstáculos en un alimento podrían tener entre si. El efecto del obstáculo es de fundamental importancia en la conservación de alimentos, ya que el concepto de obstáculo gobierna el deterioro microbiológico de los alimentos tanto como su daño o fermentación.




TABLA 1. Procesos tradicionales y nuevos desarrollados en conservación de alimentos y parámetros u obstáculos sobre los que están basados. La Tabla 1. y la Fig. 3 ilustran el concepto obstáculo de manera simplificada.

FIGURA 4.Gráfica de estabilidad de los alimentos. Velocidad relativa de las reacciones degradativas en función de la actividad del agua. (Labusa, 1970). Para disminuir la contaminación en los alimentos, donde sea factible, las materias primas deberían ser procesadas mediante calor; además los IMF deberían ser preparados bajo condiciones higiénicas y refrigeración para asegurar un bajo recuento inicial de MO tolerantes a una determinada Aw. Si las características sensoriales del producto lo permiten, la Aw de los IMF debería estar por debajo de 0,85 o el pH < 5.0 ya que uno de estos obstáculos protege el producto contra la presencia de enterotoxina del estafilococo. Sin embargo, IMF con una Aw< 0.90 son microbiológica-mente estables si estos reciben un tratamiento térmico suficiente para inactivar MO o si estos tienen "obstáculos" inherentes, los cuales inhiben el desarrollo de MO indeseables. Si es posible, los IMF deberían ser empacados al vacío en recipientes que ofrezcan impermeabilidad al oxígeno. Un bajo potencial de oxi-reducción (Eh) del producto inhibe el crecimiento de hongos y la producción de enterotoxinas estafilocóccicas.

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/fundam/p5.htm#tab1

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/fundam/p5.htm#fig3

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/fundam/grafica4.gif




ANEXOS

FRUTO A ANALIZAR:

PAPAYA

PREPARACIÓN DE

ALMÍBAR

PAPAYA CORTADA EN

CUADRADOS DE 1 X 1 CM




PESADO DE PAPAYA (120

GRAMOS)

AGREGANDO LA PAPAYA

EN EL ALMÍBAR

REPOSO DE LA FRUTA EN

LA SOLUCIÓN

Medida de los °Brix de la

papaya




ESCURRIDO Y LAVADO DE

LA FRUTA DEL ALMÍBAR

SECADO DE LA FRUTA EN

LA ESTUFA

FRUTA DESHIDRATADA




PESADO DE LA FRUTA

DESHIDRATADA

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