INGENIERIA DE ALIMENTOS II
INGENIERIA DE ALIMENTOS II
INDICE
INTRODUCCION ...... 2FUNDAMENTO TEORICO ......2 OBJETIVOS
......3MATERIALES Y METODOLOGIA ......4RESULTADOS Y DISCUSIN ....
Concentracin a 40Brix a T. de Amb. ......6 Concentracin a 60Brix a
T. de Amb .... 7 Concentracin a 40Brix a Refrigeracin . .. 9
Concentracin a 60Brix a Refrigeracin 11CONCLUSIONES
......14REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA ..........14ANEXOS ......16
PRACTICA 2: DESHIDRATACIN OSMTICA DE FRUTAS
I.INTRODUCCION
La deshidratacin osmtica consiste en la eliminacin parcial del
agua de alimentos slidos como tozos de frutas y vegetales que se
sumergen en una solucin concentrada de solutos solubles. Dado que
la fase lquida del alimento esta separad de la disolucin osmtica
por las membranas celulares, el equilibrio se ogra por el
intercambio y de slidos a travs de la membrana. En consecuencia, la
OD es un proceso de contra difusin simultnea de agua y solutos
donde ocurren tipos de transferencias de masa en contracorriente:
flujo de agua del producto a la disolucin, transferencia de soluto
de la disolucin al producto y salida de solutos del producto(
azcares, cidos orgnicos, minerales y vitaminas que forman parte del
sabor, el color, y el olor) hacia la disolucin, ste ltimo flujo es
muy pequeo comparado con los otros dos, aunque es importante en las
caractersticas organolpticas del alimento.
II.FUNDAMENTO TEORICO
La smosis es el fenmeno de difusin de lquidos o gases, a travs
de una sustancia permeable para alguno de ellos. Si un
compartimiento de agua pura se separa de una disolucin acuosa por
medio de una membrana rgida permeable al agua, pero impermeable a
los solutos, habr un paso espontneo de agua desde el compartimiento
que contiene agua pura hacia el que contiene la disolucin. La
transferencia de agua se puede detener aplicando a la disolucin una
presin, adems de la presin atmosfrica. El valor de esta presin
adicional necesaria para detener el paso de agua recibe el nombre e
PRESIN OSMTICA de la disolucin. De lo anterior se puede deducir que
a mayor concentracin de solutos en un compartimiento que puede ser
una clula, mayor ser la presin osmtica que posea, es decir mayor
ser su capacidad de absorber agua de la solucin ms diluida, de la
cual est separada por la membrana permeable al agua. Empleo de la
Deshidratacin Osmtica en FrutasLa aplicacin del fenmeno de smosis
en la deshidratacin de frutas se puede aprovechar debido a que un
buen nmero de ellas, como las manzanas, cuenta con los elementos
necesarios para inducir la smosis. Estos elementos corresponden a
la pulpa, que consiste en una estructura celular ms o menos rgida
que acta como membrana semipermeable. Detrs de estas membranas
celulares se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas,
donde se hallan disueltos slidos que oscilan entre el 5 a 18% de
concentracin. Si esta fruta entera o en trozos se sumerge en una
solucin o jarabe de azcar, se tendra un sistema donde se presentara
el fenmeno de smosis. Los jugos al interior de la clula estn
compuestos por sustancias disueltas en agua como cidos, pigmentos,
azcares, minerales, vitaminas, etc. Algunas de estas sustancias o
compuestos de pequeo volumen, como el agua o ciertos cidos, pueden
salir con cierta facilidad a travs de orificios que presentan la
membrana o pared celular, favorecidos por la presin osmtica que
ejerce el jarabe de alta concentracin donde se ha sumergido la
fruta. La presin osmtica presente ser mayor en la medida que sea
mayor la diferencia de concentraciones entre el jarabe y el
interior de los trozos de la fruta. El efecto de esta diferencia se
ve reflejado en la rapidez con que es extrada el agua de la fruta
hacia el jarabe. La posibilidad de que la sacarosa entre en la
fruta depender de la impermeabilidad de las membranas a este
soluto. Por lo general los tejidos de las frutas no permiten el
ingreso de la sacarosa por el tamao de la molcula, aunque si pueden
dejar salir de la fruta molculas ms sencillas como ciertos cidos o
aromas. El fenmeno de deshidratacin osmtica se ha tratado de
explicar a partir de los conceptos fundamentales de transferencia
de masa al establecer el origen de las fuerzas impulsoras difusivas
involucradas. El mecanismo de impregnacin se considera que es
producto de la casi saturacin de las capas exteriores o
superficiales; la mayora de las explicaciones y el modelado y
clculo de los parmetros que los describen han sido calculados a
partir de la segunda ley de Fick.
III.OBJETIVOS
Determinar experimentalmente el coeficiente de difusividad de un
slido soluble. Evaluar el efecto de la geometra, la temperatura y
la concentracin en la deshidratacin osmtica de una fruta. Modelar
matemticamente la transferencia de masa en la deshidratacin
osmtica.
IV.MATERIALES Y METODOLOGA
Materiales Una papaya en estado madurez pintn Azcar (i kg)
Estufa Brixmetro (0 a 53 y 45 a 93 Brix) Cronmetro 4 vasos de
precipitacin de 1 litro Termmetro Cuchillas bien afiladas
Metodologa
1. Lavar, pelar y cortar en tres geometras diferentes: (a)
Cilindros de 1 cm de dimetro y 5 cm de longitud.(b) Esferas de 1 cm
de dimetro.(c) Lminas de 2*4 cm con un espesor de 2 mm. Para cada
forma geomtrica se necesitarn 48 muestras en total.2. Pesar 12
muestras(peso 1), para luego preparar 10 veces el Peso 1 de una
solucin a 40Brix( que ser colocada a T ambiente) y 12 muestras ms
(Peso 2) para preparar 10 veces el peso 4 de una solucin de 60Brix
(que ser colocada en refrigeracin).
3. Tambin pesar 12 muestras(peso 3), para luego preparar 10
veces el peso 3 de una solucin a 60Brix (que ser colocada a T
ambiente) y 12 muestras ms (peso 4) para preparar 10 veces el peso
4 de una solucin de 60Brix (que ser colocada en refrigeracin).
4. Determinar el contenido de slidos solubles (Brix) y humedad
(%) de la papaya antes de iniciar el experimento.
5. Los dos recipientes con la solucin que irn en refrigeracin
debern ser colocados en refrigeracin antes de agregar las muestras,
hasta que la temperatura se estabilice. Lo mismo con las soluciones
que irn a temperatura ambiente. Registrar las temperaturas de
refrigeracin y medio ambiente.
6. Colocar a muestra en cada recipiente y registrar la hora de
inicio del experimento (tiempo= 0). Retirar muestras luego de 10,
20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200 min y la ltima luego de
transcurrido 24 horas. Cada muestra se partir en dos, una servir
para determinar su contenido en slidos solubles (Brix) y la otra
para determinar su humedad. (%)
V.RESULTADOS Y DISCUSIONES.
Cuadro 1. Datos de la Humedad, Brix y difusividad de la papaya
de forma esfrica a Temperatura de Ambiente y Refrigeracin.
En el Cuadro N1,observamos que el coeficiente de difusividad
promedio a Temperatura de Ambiente ,de concentracin de 40Brix
resulta 3.30E-06 m2/s mientras que a 60Brix es 9.48E-05 m2/s ; a
Temperatura Refrigeracin ,de concentracin de 40Brix resulta
9.48E-05 m2/s mientras que a 60Brix resulta un valor de 9.06E-0.6
m2/s.
Concentracin a 40Brix a Temperatura de Ambiente
Figura N1. Grfica del porcentaje de humedad en relacin con el
tiempo.
Figura N2. Grfica Brix en relacin al tiempo.
Figura N3. Grfica de la difusividad con relacin al tiempo.
En la figura N1. En la concentracin de 40Brix se observa que
conforme el tiempo se va incrementando el porcentaje de humedad va
disminuyendo, caso que no se podra decir en el figura N2, ya que
los grados brix va aumentando conforme los minutos o las horas
vayan transcurriendo. El comportamiento del coeficiente de
difusividad incrementa del mismo modo que vaya avanzando el tiempo
en el caso de la figura N3.
Concentracin a 60Brix a Temperatura de Ambiente
Figura N4. Grfica del porcentaje de humedad en relacin con el
tiempo.
Figura N5. Grfica 60 Brix en relacin al tiempo.
Figura N6. Grfica de la difusividad con relacin al tiempo.
En la figura N4. En la concentracin de 60Brix a temperatura de
ambiente se observa que conforme el tiempo se va incrementando el
porcentaje de humedad va disminuyendo, caso que no se podra decir
en el figura N5, ya que los grados brix va aumentando hasta casi
volverse constante en los ltimas horas. El comportamiento del
coeficiente de difusividad disminuye conforme vaya avanzando en el
tiempo, lo podemos apreciar en la figura N6.
Concentracin a 40Brix a Refrigeracin
Figura N7. Grfica del porcentaje de humedad en relacin con el
tiempo.
Figura N8. Grfica Brix en relacin al tiempo.
Figura N9. Grfica de la difusividad con relacin al tiempo.
Comparando la figura N7 con la figura N4 observamos que existe
una diferencia ya que el porcentaje de humedad a 40Brix disminuye
paulatinamente mientras que en la de 40Brix a temperatura ambiente
esta disminuye rpidamente. En la figura N8, que los grados brix va
aumentando de manera progresiva conforme los minutos o las horas
vayan transcurriendo. El comportamiento del coeficiente de
difusividad en los inicios resulta constante hasta que
aproximadamente a los 50 minutos su difusividad se eleva y
nuevamente decae hasta lograr encontrar su equilibrio y se vuelve
nuevamente una constante al transcurra el tiempo.
Con relacin a los Brix, a temperatura de ambiente como a
refrigeracin vemos que coincide en comparacin con los datos de
forma laminar y eso lo podemos demostrar con la figura que esta
anexada en la parte de anexos FIGURA 2.
Concentracin a 60Brix a Refrigeracin Figura N10. Grfica del
porcentaje de humedad en relacin con el tiempo.
Comparando con la forma laminar (ubicada en el apndice) el
porcentaje de humedad a 60Brix a tem. de refrigeracin vemos que
tiene una disminucin ms acelerada que la temp. ambiente, nos hace
pensar que el factor de temperatura juega un papel importante
ocasionando un efecto en este caso.
Figura N11. Grfica Brix en relacin al tiempo.
Figura N12. Grfica de la difusividad con relacin al tiempo.
En la figura N10, observamos un gran diferencia en el proceso de
prdida de humedad, en los 60Brix su humedad disminuye
desaceleradamente en comparacin con la de 30Brix, esto hace suponer
que mayor concentracin de azcar ms rpido disminuye su porcentaje de
humedad. En la figura 12 vemos que la difusividad se va
incrementando hasta que llega a un tiempo donde se satura y
disminuye su coeficiente de difusin.
Las frutas rene sus mejores caractersticas fisiolgicas y
sensoriales cuando ya se encuentran en estado maduro, es decir
aptas para el consumo. Cabe agregar que las frutas sumergidas en
estos jarabes poseen caractersticas sensoriales mejores que las
osmodeshidratadas en los jarabes iniciales (Camacho Olarte,
1990).
En los ltimos aos se han realizado numerosos estudios acerca de
la conservacin de alimentos utilizando estas nuevas tecnologas
entre ellas la deshidratacin osmtica (OD), la cual permite reducir
la actividad de agua del producto, conservando las caractersticas
de color, textura y aroma y reduce las reacciones de deterioro
prolongando la vida til del producto (Moreno et al., 2003).
Estudios previos de deshidratacin osmtica de papaya (Moreno, et
al., 2003; Escriche, et al., 1999, Tapia, et al., 1999) sealan que
la prdida de agua y ganancia de solutos es ms rpida cuando a las
muestras de papaya se les somete a un pulso de vaco (PVOD) que
cuando son tratadas a presin atmosfrica (OD). Encontraron que la
papaya es una fruta poco porosa (3.4 - 4%) y que se puede disminuir
la aw y humedad, as como tambin el pH cuando a las disoluciones se
les aade cido ctrico y/o sorbato potsico. Moreno, et al., (2001)
concluye que la aplicacin del pulso de vaco en el proceso de
impregnacin tiene un efecto significativo cuando se aplica a
temperaturas superiores a 30C. Otros estudios relacionados con las
variables de proceso mostraron que incrementando la temperatura y
la concentracin de azcar de las disoluciones osmticas, la presencia
de calcio y/o sustitucin de sacarosa con jarabe de glucosa
estimulan la prdida de agua pero obstaculizan la ganancia de
azcares en las muestras de papaya (Heng, et al., 1990).
Tomando como referencia una tesis de Papaya procesada por
Deshidratacin Osmtica. (Ceballos, 2005). En general para todas las
temperaturas de trabajo se observa la marcada inuencia de la
concentracin sobre la ganancia de slidos solubles, debido a que
mayor concentracin de sacarosa, mayor es la ganancia de slidos
solubles, lo mismo propone Gaspareto, Oliveira Y Magalhaes en la
deshidratacin osmtica de la banana; y RASTOGI y RAGHAVARAO (2004)
con el estudio de deshidratacin osmtica en pia.
LERICI (1985) estudiaron diferentes geometras y reas y concluyen
que SG (ganancia de slidos) aumenta a medida que se aumenta la
relacin entre el rea superficial total (la suma de todas las reas
de las muestras en el proceso) y la longitud caracterstica; para la
WL (prdida de agua) se cumple esta misma premisa solo hasta cierto
valor, lo cual hace pensar que existen otros factores involucrados.
Igual que en el trabajo de LERICI. En este trabajo estn mezclados
los efectos del rea y de la geometra.
Con respecto a los valores de difusividad efectiva de slidos
solubles (Dsse) podemos observar que la concentracin de la solucin
tambin es ms inuyente que la temperatura de trabajo, ya que al
aumentar la concentracin de sacarosa mayor es la difusividad de
slidos solubles, lo mismo se obtuvo para deshidratacin osmtica de
pia donde la difusividad de slidos solubles incrementa con un
aumento en la concentracin de la solucin osmtica debido a los
cambios en las propiedades fsicas de los alimentos, tales como,
porosidad y permeabilizacin de las clulas. (Fito y Chiralt,
1997).
Estudios hechos en papaya deshidratada osmticamente se ha
observado que el croma se intensifica y que la impregnacin con
sacarosa ayuda a mantener la luminosidad obtenindose un producto ms
parecido al fresco y que la adicin de sales de calcio a la
disolucin osmtica incrementa tambin el luminosidad aunque solo en
la primera hora de tratamiento, lo cual, podra deberse a la
formacin de pectato de calcio (Rodrigues et al., 2003). Por otra
parte, Moreno, et al.,(2004), encontraron que los tratamientos
osmticos en papaya (var. Candamarcensis) producen diferencias en el
color relacionadas principalmente con los cambios en los valores de
luminosidad los cuales aumentan en tratamientos a presin atmosfrica
(OD) y disminuyen al aplicar pulso de vaco (PVOD), el tono
prcticamente no vara y el croma se intensifica solo en las muestras
tratadas con OD.
Los valores de Ea para la difusividad de agua y slidos se
muestran en la Tabla 6. Resultados similares fueron obtenidos por
otros autores, como MENDOZA y SCHMALK en su estudio con papaya var.
Hawaiana, con valores de Dwe y Dsse de 1,30 x 10-9 y 3,47 x 10-9 m2
.s-1, respectivamente. (Dwe: difusividad efectiva del agua y Dsse:
difusividad de slidos solubles), corroborando la inuencia mucho
mayor de la concentracin que de la temperatura sobre la cintica de
transferencia de materia de agua y slidos en la deshidratacin
osmtica de la papaya.
VI.CONCLUSIONES
La prdida de peso y agua durante la cintica de deshidratacin
osmtica de papaya, es ms rpida al trabajar con disoluciones
osmticas concentradas, como es de esperar por el aumento de la
fuerza impulsora del proceso, ya que este elemento parece
interaccionar con las paredes celulares y lmina media, disminuyendo
la velocidad de transporte de agua transmembrana.
Se determin el coeficiente de difusividad de la papaya y adems
se logr evaluar el efecto de la geometra, la temperatura y la
concentracin en la deshidratacin osmtica a travs de clculos,
utilizando el modelo matemtico de Crank.
VII.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
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http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/1885/tesisUPV2366.pdf
VIII.ANEXOSTabla de comparacin a diferentes concentraciones y su
constante de difusional, con los obtenidos en la experiencia.
Figura 1.Sumergir las papayas de forma esfrica en la
disolucin.
Figura 2. Tomar los respectivos pesos de la papaya esfrica.
Figura 1. Porcentaje de Brix vs Tiempo de forma laminar.
Figura 2. Porcentaje de Humedad vs Tiempo de forma laminar.
DESHIDRATACION OSMOTICA DE FRUTAS1
