DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS.pdf

Preparado por: Ing. RODRIGO R. CUELLO M. Asignatura: Operaciones Unitarias I

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DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS 1. INTRODUCCION. Una alternativa del hombre para aprovechar mas y mejor los alimentos que se producen en épocas de cosecha es conservarlos mediante la disminución del contenido de agua. Para esto, desde la antigüedad empleó el secado al sol y en algunos casos lo complementó con la impregnación de sal. Hoy, la investigación tecnológica busca la aplicación de otras técnicas mas eficientes de deshidratación, bajo condiciones controladas para producir mayores volúmenes de mejor calidad. Desafortunadamente durante la deshidratación de las frutas ocurren cambios mas o menos intensos que disminuyen en calidad y cantidad el contenido de nutrientes básicos para la dieta humana y cambian las características sensoriales de los productos. En un intento para evitar estos efectos se emplean aditivos que contrarrestan el desarrollo de microorganismos y previene o reponen los cambios ocasionados por los procesos aplicados. En la actualidad existe una amplia tendencia mundial por la investigación y desarrollo de técnicas de conservación de alimentos que permitan obtener productos de alta calidad nutricional, que sean muy similares en color, aroma y sabor a los alimentos frescos y que no contengan agentes químicos Conservantes. Entre las técnicas que son objeto de investigación en la sección de vegetales del ICTA., para su aplicación en frutas se halla la deshidratación Osmótica Directa. Esta técnica permite obtener productos que reúnen las características arriba mencionadas y además los costos de producción son más bajos, si se compara con las técnicas que emplean calor o frío para los diferentes procesos de deshidratación. En esta publicación y en la guía elaborada para la sesión práctica, se describen en detalle los fundamentos de esta técnica: la viabilidad de emplearla con frutas; el proceso que de manera general aplica; los factores que más influyen en la velocidad de deshidratación; las características y los usos de las frutas y jarabes obtenidos; las ventajas y desventajas de su aplicación, los cálculos para su realización y el control de calidad correspondientes que permiten determinar las cantidades y características de las materias primas y los productos obtenidos. Finalmente se presentan algunos resultados logrados con las investigaciones adelantadas en los últimos años. 2. FUNDAMENTOS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DIRECTA Con el objeto de definir la ósmosis, es preciso definir antes la difusión. Esta última es el acto por el cual, dos cuerpos en contacto, se van mezclando lentamente por si mismos. Este fenómeno es debido a la energía cinética que tienen las moléculas, por la cual se hallan en continuo movimiento. Un ejemplo es el caso cuando se colocan en un recipiente cristales de sal de cocina y suavemente se añade agua que los cubra. Al poco rato los cristales espontáneamente forman una solución cada vez más homogénea, es decir, la sal termina por repartirse uniformemente entre las moléculas de agua. Algo similar sucede cuando en un recinto cerrado en relativo reposo alguien enciende un cigarrillo. Las moléculas de humo rápidamente se mueven en todas direcciones, distribuyéndose uniformemente, con lo que le permite a todos los presentes enterarse por el olfato que alguien está fumando. Ello es posible porque ocurre el fenómeno de difusión.


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La OSMOSIS es el fenómeno de difusión de líquidos o gases, a través de una sustancia permeable para alguno de ellos. Si un compartimento de agua pura se separa de una disolución acuosa por medio de una membrana rígida permeable al agua, pero impermeable a los solutos, habrá un paso espontáneo de agua desde el compartimento que contiene agua pura hacia el que contiene la disolución. La transferencia de agua se puede detener aplicando a la disolución una presión, además de la presión atmosférica. El valor de esta presión adicional necesaria para detener el paso de agua recibe el nombre de PRESION OSMOTICA de la disolución. De lo anterior se puede deducir que a mayor concentración de solutos en un compartimento, que puede ser una célula, mayor será la presión osmótica que posea, es decir mayor será su capacidad de absorber agua de la solución más diluida, de la cual esta separada por la membrana permeable al agua. Las paredes o membranas biológicas que constituyen las paredes de las frutas o animales son semipermeables, es decir que permiten el paso de sustancias como el agua pero no el de moléculas más grandes y complejas, a no ser que se haga por fenómenos especiales. Es el caso, por ejemplo, de la membrana de la vejiga de cerdo, que el permeable al agua pero no al alcohol; si se llena de alcohol y es sumergida en agua, se hincha y puede reventar, debido al paso del agua exterior a través de la membrana hacia el interior de la vejiga, por la tendencia a diluir la solución de alcohol. En este ejemplo, el alcohol ejerce su propia presión osmótica sobre la pared de la vejiga buscando absorber el agua a través de la membrana y como la puede atravesar, pasa y aumenta el volumen de líquidos en el interior. Como este caso, en los tejidos biológicos se presentan muchos donde la ósmosis es un fenómeno central para el normal desarrollo de la vida.

3. EMPLEO EN LA DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS. La aplicación del fenómeno de ósmosis en la deshidratación de frutas se puede lograr debido a que un buen número de frutas, como es el caso de la fresa, papaya, mango o melón entre otras, cuentan con los elementos necesarios para inducir la osmosis. Estos elementos corresponden a la pulpa, que en estas frutas consiste en una estructura celular más o menos rígida que actúa como membrana semipermeable. Detrás de estas membranas celulares se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas, donde se hallan disueltos sólidos que oscilan entre el 5 a 18% de concentración. Si esta fruta entera o en trozos se sumerge en una solución o jarabe de azúcar de 70%, se tendría un sistema donde se presentaría el fenómeno de ósmosis. Los jugos en el interior de las células de la fruta están compuestos por sustancias disueltas en agua, como ácidos, pigmentos, azúcares, minerales, vitaminas, etc. Algunas de estas sustancias o compuestos de pequeño volumen, como el agua o ciertos ácidos, pueden salir con cierta facilidad a través de orificios que presenta la membrana o pared celular, favorecidos por la presión osmótica que ejerce el jarabe de alta concentración donde se ha sumergido la fruta. La presión osmótica presente será mayor en la medida que sea mayor la deferencia 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 extraída el agua de la fruta hacia el jarabe. El valor de esta diferencia en el ejemplo anterior permite que los trozos de fruta se pierdan cerca del 40% del peso durante cerca de 4 horas de inmersión.


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La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre en la fruta dependerá de la impermeabilidad de las membranas a este soluto. Por lo general los tejidos de las frutas no permiten el ingreso de sacarosa por el tamaño de esta molécula, aunque si pueden dejar salir de la fruta moléculas mas sencillas como ciertos ácidos o aromas. En circunstancias como el aumento de temperatura por escaldado previo de las frutas, la baja agitación o calentamiento del sistema se puede producir ingreso de sólidos hasta un 6 a 10 %. Como hasta ahora se ha visto, de las características y las condiciones en que se realice el proceso, dependerán los fenómenos que dentro del sistema fruta:jarabe se presenten. Este proceso que es muy sencillo de llevar a cabo, tiene una metodología propia que puede ser aplicada en condiciones nada especiales como se presenta a continuación.

4. DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso de obtención de frutas deshidratadas mediante ósmosis directa se realiza de la siguiente forma (ver esquema):

ESQUEMA 1: PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DE FRUTAS

Preparación de la fruta: Se debe seleccionar una fruta que posea estructura celular rígida o sem. rígida. Es decir que se puede cortar en trozos como cubos, tiras o rodajas. No servirían para este propósito la pulpa de maracuyá o lulo maduro, es decir frutas que posean pulpa líquida. La fruta se lava, y puede trabajarse entera o en trozos. Si la piel es muy gruesa y poco permeable no permite una deshidratación rápida. En este caso se puede retirar la cáscara o aplicarle un tratamiento de permeabilización. El tratamiento de permeabilización puede consistir en disolver la película de cera con una sustancia apropiada o someter la fruta a un tratamiento de escaldado, es decir mediante la acción


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de calor durante un tiempo de 1 a 3 minutos. El escaldado disminuye la selectividad de las paredes de las células, con lo que se acelera la deshidratación. Deshidratación osmótica: El agente osmodeshidratante debe ser un compuesto compatible con los alimentos como el azúcar de mesa, (sacarosa) o jarabes concentrados como la miel de abejas o jarabes preparados a partir de azúcares. La sal de cocina no es empleada para deshidratar frutas por la posibilidad de comunicarle un sabor desagradable, aunque se ha agregado en mínima cantidad al jarabe de azúcar para aumentar la velocidad de deshidratación. Otros compuestos como los presentados en la tabla 1. Pueden ser empleados , todo dependerá de la disponibilidad y rentabilidad del mismo. La fruta en trozos se sumerge en el jarabe o impregnan con el azúcar dentro de un recipiente adecuado, como puede ser una caneca plástica o de acero inoxidable. De inmediato el agua de la fruta sale hacia el jarabe, debido a la presión osmótica que se genera dentro de este. La mayor velocidad de osmodeshidratación se produce en los momentos iniciales, que es cuando la deferencia de concentraciones entre el interior y el exterior de la fruta es la mayor. Los niveles de pérdida de peso promedio en las frutas más ensayadas como piña, mango, guayaba o papaya es de alrededor del 40%, al cabo de cerca de seis horas de inmersión en jarabe con agitación y 20 a 25 °C. Como se menciono anteriormente, el fenómeno mas importante que se presenta es la salida de agua, pero paralelo a este se puede presentar un ingreso de sólidos del jarabe al interior de la fruta teniendo en cuenta esto, que se puede resumir que en total la fruta aumenta la proporción de sólidos en su interior por dos causas: la salida y el ingreso de sólidos. Este aumento de sólidos comunica estabilidad a la fruta debido a que su agua se hace menos disponible para procesos de deterioro natural o para el desarrollo de microorganismos que lo pueden invadir. Procesos complementarios: La fruta parcialmente deshidratada a niveles del 40 - 50% de perdida de agua no es completamente estable a condiciones ambientales, pero si lo es mas que la fruta fresca. El proceso de osmodeshidratación se puede aplicar hasta niveles donde la fruta pierde cerca del 70 al 80% de su humedad si se deja el tiempo suficiente dentro de sacarosa o un jarabe de 70%. El producto tiene sus características específicas que en la mayoría de los casos son bastante aceptables. Los trozos se extraen del jarabe y la mayor parte de este se retira por medio de un rápido enjuague y escurrido. Los trozos, según el grado de deshidratación alcanzado, se puede someter a procesos complementarios que le darán mayor estabilidad hasta el punto de poderse mantener a condiciones ambientales con un empaque adecuado. Algunos de los procesos complementarios son la refrigeración, congelación, pasterización, liofilización, secado con aire caliente, adición de conservantes o empacado en vacío. Con estos procesos se logra prolongar la vida útil de almacenamiento de los productos, dependiendo de la utilización que se le vaya a dar. Empaque: En general las características del material de empaque deben responder al nivel de estabilidad esperado del producto empacado.


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Un producto sometido a deshidratación osmótica, como único sistema de estabilización y ha alcanzado un nivel de humedad inferior al 30%, se puede conservar a temperatura y humedad relativas ambientales de Bogotá, por ejemplo, no requiere empaque especial o puede ser uno construido con película de celofán papel o polietileno delgado, para que la humedad que por difusión se desprenda del alimento salga al ambiente que puede poseer alrededor del 65% de humedad. Si por el contrario el nivel de estabilidad logrado por osmosis es bajo y se necesita complementarlo con pasterización o refrigeración, el empaque debe ser una película de baja permeabilidad a gases, es decir que no deje entrar ni salir vapor de agua y menos ingresos de microorganismos. La película puede ser a base de polipropileno o una multicapa con aluminio. Otra alternativa es empacarlo en envase de vidrio, pero de forma que cuando se cierre el frasco el producto posea una carga microbiana muy baja y además se complete su conservación con almacenamiento refrigerado. El grave riesgo que se puede, es colocar el producto de mediana o baja estabilidad en un empaque cerrado, sin complementar la ósmosis con otra técnica de conservación que incluya calor o frío o agentes conservantes, de manera que hongos o levaduras puedan desarrollarse y deteriorar el producto. Una técnica complementaria recomendada para un producto parcialmente deshidratado por ósmosis es exponerlo a un ambiente seco (60-70% de humedad) durante 24 a 48 horas, para que se deshidrate un poco más y se pueda conservar sin empaque hermético. Este producto tendrá la apariencia y características de la común uva pasa. 5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DESHIDRATACION. La reducción del peso de la fruta sumergida en la solución o jarabe concentrado durante un tiempo determinado, puede ser tomado como indicador de la velocidad de deshidratación. ( Ver figura 1 a continuación).

Figura 1. Curva A: Reducción porcentual de peso (% WR) en función del tiempo , de las muestras de manzana en cubos sumergidos en una solución de sacarosa de 60 Bx. Curva B: Variación de la concentración ( en o Bx) del jarabe durante el proceso osmótico ( de Lerici et al ., 1977).

La velocidad de perdida de peso de una determinada fruta sucede inicialmente de manera mas acelerada con un progresivo retardo a medida que avanza el tiempo de contacto con el jarabe.


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Las investigaciones adelantadas han determinado que existen varios factores que influyen en la velocidad de deshidratación. Estos factores están estrechamente relacionados con las características propias de la fruta y del jarabe, y de las condiciones en que se pongan en contacto estos componentes de la mezcla. Los factores que dependen de la fruta son: la permeabilidad y características estructurales de las paredes o membranas celulares: la cantidad de superficie que se ponga en contacto con el jarabe y la composición de los jugos interiores de la pulpa. La pulpa entera con cáscara, de características cerosas como la breva, al ser sumergida en el jarabe sufrirá una deshidratación más lenta que una fruta sin cáscara. Lo anterior se presenta por el " obstáculo " que constituye para la salida del agua, la cáscara que contiene sustancias de carácter aceitoso o ceroso. En recientes investigaciones se ha visto como con pretratamientos son sustancias que disuelven las ceras o la acción del calor (escaldado), se aumenta la permeabilidad de las paredes. Los trozos de piña sumergidos en jarabe pierden mayor cantidad de agua que las rodajas de banano en el mismo tiempo, debido a la estructura más " apretada " y la mayor cantidad de almidones que posee el banano. De manera análoga, perderán agua más rápido los trozos de piña en forma de cubos de 2cm, que las rodajas de 10cm de diámetro. Esto es debido a la mayor superficie específica expuesta al jarabe que tiene la forma de cubos. En cuanto a los factores que influyen en la velocidad de deshidratación de frutas, debido a las características del jarabe se hallan la composición y la concentración. Dependiendo de la naturaleza química de los compuestos empleados para preparar el jarabe, es decir su composición, estos van a ejercer una diferente presión osmótica. Algunos Autores expresan esta fuerza osmótica en términos de osmosidad, término que expresa el número de moles de cloruro de sodio por litro necesarias para obtener una solución con la misma presión osmótica de la solución en estudio. Ver tabla 1. Esta osmosidad será mayor si el peso molecular del compuesto es mas bajo y su capacidad ionizante es alta. Un caso es el cloruro de sodio que pesa 58 g/mol y sus átomos son altamente ionizables en agua, por lo que se constituye en un soluto de alta osmosidad y de hecho desde la antigüedad se empleó en la osmodeshidratación de pescado y carnes conocidas hoy cono el pescado salado de Semana Santa o el jamón serrano. Soluto

g de soluto Por 100 g De solución

1

5

10

15

20

Cloruro de sodio

0.172

0.885

1.832

2.845

3.927

Etanol

0.166

0.611

1.288

2.031

2.285

Cloruro de calcio

0.127

0.688

1.655

2.871

-----

Etilenglicol

0.085

0.460

0.987

Fructosa

0.030

0.159

0.349

Glucosa

0.030

0.159

0.342

Sacarosa

0.015

0.084

0.181

0.550

0.295

0.428


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TABLA No. 1 Osmosidad de algunos solutos (Weast, 1.969)

La concentración del jarabe influye directamente sobre la velocidad, porque al mantener una alta diferencia de concentraciones a lado y lado de la membrana, se incrementa mas la presión osmótica, favoreciendo un rápido flujo de agua a través de la membrana en busca del equilibrio. (Ver figura 2 a continuación).

Figura 2. Reducción porcentual de peso ( % WR) en función del tiempo, de muestras de manzana en cubos sumergidos en una solución de sacarosa de diferentes concentraciones ( en Bx).

* = Ajuste continuo de Bx ( Lerici, 1977). El peso molecular y el tamaño del compuesto de que está preparado el jarabe, también influyen para que se produzca el fenómeno de ingreso de este compuesto a la fruta a través de la membrana, paralelo a la salida de agua de la fruta hacia el jarabe. El ingreso de los sólidos es del orden del 3 al 10% del total de los sólidos de la fruta y se produce a mayor velocidad durante los primeros minutos de inmersión. Ver figura 4. Otros factores que influyen en la velocidad de deshidratación están los relacionados con las condiciones del sistema fruta:jarabe. Estos factores son la temperatura y la agitación. El aumento de la temperatura del sistema va a producir cambios en la permeabilidad de la pared celular y en la fluidez del jarabe. El aumento de la permeabilidad produce una mayor velocidad de deshidratación, debido a la mayor movilidad de las moléculas y a la pérdida de la selectividad de la membrana, la cual permite un mayor intercambio de agua que sale de la fruta, pero también un mayor ingreso de solutos o componentes del jarabe. Esto reforzado por el contacto mas intimo entre el jarabe, que por acción del calor se ha hecho menos espeso y las paredes de las células. (Ver figura 3 a continuación).


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Figura 3. Reducción porcentual de peso (% WR) en función del tiempo, de muestras de manzana en cubos sumergidos en una solución de sacarosa de 60 Bx mantenida a diferentes temperaturas ( Lerici, 1977)

La agitación periódica al sistema también produce un importante aumento en la velocidad de deshidratación. A medida que avanza el tiempo de contacto de la fruta con el jarabe, esta se va rodeando de su propia agua, la cual se va difundiendo lentamente por el jarabe concentrado. Al estar rodeada de agua la fruta, la diferencia de concentraciones entre el jarabe y la pared celular se hace menor, con lo que también se disminuye la velocidad de salida de agua. Si el sistema es agitado, el agua que ha salido es retirada del contacto y vecindario de la pared y será reemplazada por jarabe concentrado que permitirá el nuevo Establecimiento de una alta diferencia de concentración entre el aumento de la velocidad de deshidratación. De igual forma se ha detectado un menor ingreso de soluto del jarabe al interior de la fruta si se mantiene la agitación. Esto se podría explicar por la dificultad que produce el flujo de agua que sale de la fruta a las moléculas de soluto que traten de ingresar, es decir el soluto iría en contra de la corriente del agua de la fruta. Otro factor que aumenta la velocidad de deshidratación es la relación fruta:jarabe. Cuando esta relación es una parte de fruta por una de jarabe, la posibilidad de disminuir la velocidad es mayor, debido a que el agua que sale de la fruta diluye el jarabe mas rápidamente que si la relación fruta:jarabe se cambia a 1:3. Recientemente se ha incluido otro factor que puede acelerar el proceso de deshidratación, como es la disminución de la presión atmosférica mediante aplicación de vacío al sistema. Esta técnica permite la salida de gases ocluidos en el interior de las paredes de la fruta los cuales son una barrera para la osmodeshidratación. Además la disminución de la presión permite una salida más rápida del agua por la ausencia parcial de la barrera que ejerce la fuerza de la gravedad sobre la pared celular. Finalmente, existen otros parámetros diferentes a la pérdida de peso, que permiten visualizar de manera mas completa la evolución y efectos de la osmodeshidratación en la fruta y en el jarabe. Estos parámetros son: el contenido de agua (WC, Water contain), que permanece en la fruta. La pérdida de agua (Wl,Water Loss), la ganancia de sólidos (SG, solids gain), que proviene del jarabe, u la actividad del agua, (AW). Este último parámetro es muy importante porque se puede medir directamente de la fruta, de manera similar como se mide una humedad, solo que se hace en un equipo específico y no mide el contenido de agua sino la real disponibilidad del agua por parte de los microorganismos o


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para su empleo en reacciones bioquímicas. Dependiendo del valor obtenido se sabrá si la fruta es estable o no para el desarrollo de cierto tipo de deterioro.(Ver figura 4 a continuación).

Figura 4. Evolución de algunas variables en el curso de la deshidratación osmótica de manzanas en cubos sumergidas en jarabe de glucosa de 51 ºBx. Aw= actividad e agua; %WR= Reducción porcentual de peso; WL=gramos de agua extaida de la muestra; %WC=contenido porcentual de agua en la muestra; SG=Aumento en gramos de las sustancias sólidas en la muestra. Los datos se refieren a 100 gramos de producto fresco. (WC inicial= 82.47%)

6. CARACTERISTICAS Y USOS DE LAS FRUTAS Y LOS JARABES OBTENIDOS. Las frutas obtenidas mediante esta técnica pueden tener diferentes características según el grado de estabilidad que almacenen. Este grado de estabilidad dependerá del nivel de deshidratación alcanzado durante la inmersión en el jarabe o por la aplicación de técnicas complementarias de conservación. Cuando se necesita un producto derivado de una fruta lo más parecido a la fruta fresca pero de alta estabilidad, se debe recurrir a complementar el producto mediante otras técnicas de conservación como el frío (refrigerado, congelado), el calor (escaldado , pasterizado) o los aditivos (sulfitado, sorbato, benzoato, ácido ascórbido). Generalmente mediante esta técnica se obtienen frutas que han perdido cerca del 40% de su contenido en agua, lo que las convierte en productos semi elaborados que no son estables a


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temperatura ambiente. En estas condiciones estas frutas pueden servir de materias primas semi elaboradas empleadas por otras industrias como pueden ser, la de pastelería, la láctea, la de pulpas para obtener concentrados. También se pueden emplear como productos estables a condiciones ambientales cuando han llegado a perder cerca del 70 % del agua, semejante a las uvas pasas, pudiéndose emplear como pasabocas solo o mezclados. Los jarabes usados y resultantes de la deshidratación también pueden ser utilizados como ingredientes de otros productos. En otros jarabes, luego de haber sido retirada la fruta, permanecen compuestos extraídos de la misma, que conservan las características de aroma, sabor y algo de color genuinos. Lo anterior se presenta porque los aromas y sabores propios de las frutas, son atrapados y estabilizados por los compuestos concentrados en el jarabe. Teniendo en cuenta las nuevas características de los jarabes, se les puede utilizar como edulcorantes de productos Específicos, como sería el caso de néctares, yoghurts, salsas para helados y otros con características de esa fruta. Estos jarabes también pueden ser reutilizados en nuevos procesos de deshidratación, si son llevados a concentraciones adecuadas para generar su fuerza osmótica y además evitar la posibilidad de fermentación. Esta interesante aplicación ha permitido comprobar que las frutas sumergidas en jarabes reutilizados, poseen mejores características sensoriales que las frutas que se deshidratan en jarabes frescos. La explicación es que en un jarabe fresco además de extraer agua, también atrapa aromas sabores y colores de la fruta como se mencionó antes. Por su parte el jarabe reutilizado no "atrapa" estos compuestos, sino que por el contrario, si la fruta que se sumerge, esta deficiente en alguno de estos, trata de alcanzar el equilibrio y terminará con mayor y mejor aroma y sabor. En estos jarabes reutilizados el fenómeno que con mayor fuerza se presenta es la salida de agua de la fruta al jarabe, para compensar la presión osmótica que se ejerce al interior del jarabe. Teniendo en cuenta las aplicaciones descritas hasta ahora, conviene resumir las ventajas y desventajas que ofrece ésta técnica y evaluar la posibilidad de incorporarla en Colombia para la mayor conservación y el mejor aprovechamiento de nuestros recursos. 7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA OSMOSIS. Después de adelantar una serie de investigaciones durante los últimos años a nivel de laboratorio y algunos ensayos en Planta piloto, se ha logrado comprobar ciertas ventajas del proceso de deshidratación osmótica aplicado principalmente a frutas. 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 líquido, evita las pérdidas de aromas propios de la fruta, los que si se volatilizarían o descompondrían a las altas temperaturas que se emplean durante la operación de evaporación que se practica durante la concentración o deshidratación de la misma fruta mediante otras técnicas. La Ausencia de oxígeno en el interior de la masa de jarabe donde se halla la fruta, evita las correspondientes reacciones de oxidación (pardeamiento enzimático) que afectan directamente la apariencia del producto final.


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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 (18 ºC) lo que la 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 yoghurts, néctares, etc.) a fin de aprovechar su poder edulcorante y contenido de aromas y sabores de la fruta osmodeshidratada. Por otra parte el uso de azúcar (sacarosa) o jarabes y melazas tan disponibles en nuestro medio rural, con la posibilidad de su reutilización bien sea en nuevos procesos o para edulcorar otros productos la hace una técnica interesante. Entre las limitaciones que presenta esta técnica de ósmosis está 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 recomiendan las frutas que poseen alto número de semillas de tamaño mediano como la mora o guayaba. Algunas frutas pueden perder su poca acidez como el mango o 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 es 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 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. Las frutas obtenidas, dependiendo del grado de deshidratación, por lo general no son productos estables, sino semielaborados que pueden complementarse con otras técnicas que podrían encarecer el producto final. Las investigaciones desarrolladas en diferentes centros han estudiado complementar la ósmosis con la refrigeración, pasterización, congelación, deshidratado mediante diferentes técnicas o en condiciones de secado solar. Los resultados han sido diversos tanto en calidad sensorial como de vida útil en anaquel. En el ICTA se han desarrollado productos en los que se ha combinado la ósmosis con la deshidratación por aire caliente y la pasterización. También se presentan inconvenientes con el manejo de los jarabes. Algunos de estos inconvenientes están relacionados con el almacenamiento de los altos volúmenes que se necesitan, su reutilización una vez se hayan concentrado de nuevo; el enturbiamiento que se genera por el desprendimiento de solutos y partículas de las frutas allí sumergidas; el riesgo de contaminación microbiana cuando ha descendido a niveles inferiores a 60°Bx; la resistencia de los microorganismos a los tratamientos térmicos higienizantes; la necesidad de conservar los jarabes almacenados bajo condiciones que eviten su fermentación, y si ya avanzó un poco esta contaminación puede transmitirse a la nueva fruta allí sumergida. Finalmente está la presencia de insectos que se puede generar en los sitios donde se manejan estos jarabes debido a la atracción que estos tienen por los aromas frutales que con el tiempo se pueden tornar difíciles de erradicar.


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8. ALGUNOS RESULTADOS Los estudios adelantados en el ICTA, sobre deshidratación osmótica directa de algunas frutas se han realizado a nivel de laboratorio a fin de identificar de forma preliminar las condiciones que requieren y el comportamiento de los productos obtenidos para proceder en un futuro a aumentar los volúmenes y poder así aplicar estos estudios a nivel agroindustrial. Las frutas con las que se han hecho algunos ensayos preliminares son: banano, breva, curuba, feijoa, fresa, guayaba, mango, manzana, melón, mora, papaya, papayuela, patilla, pera, piña, pitaya, tomate de árbol y uchuva. Por ejemplo. Los niveles de perdida de agua alcanzados después de 12 horas de inmersión en jarabe de sacarosa de 70 Brix, de diferentes frutas en trozos, se presentan en la siguiente tabla:

FRUTA

Pérdida Agua %

FRUTA

Pérdida Agua %

Banano

34

Manzana

37

Mora

18

Melocotón 38

Peras

53

Tomate

Piña

52

Mango A. 52

Curuba

46

Breva

Guayaba

52

Papayuela 36

Fresa

51

Feijoa

32 13 38

Las características de los productos obtenidos se podrían resumir así: Las rodajas de banano se alcanzan a pardear ligeramente si están muy maduras o no se sumergen pronto en el jarabe. Una alternativa es sumergirlos en una solución de ácido ascórbico inmediatamente se cortan y luego si sumergirlos en la solución osmodeshidratante de jarabe. Los trozos adquieren un sabor mas intenso. La moras tardan mas del promedio de las demás frutas por las características de su piel. Con previo congelado de la fruta y aplicación de la osmosis se acelera la deshidratación. Las peras pueden también pardearse ligeramente sobre todo antes de sumergirlas en el jarabe. Se puede seguir el proceso anotado para banano. La deshidratación de curuba permite obtener una pulpa concentrada sin empleo de alta temperatura y sin cambios de color o aroma. La fresa pierde mucho de su sabor característico que pasa al jarabe. La deshidratación de la breva es lenta debido a la impermeabilidad de las cáscara. Esta aumenta con el escaldado previo que se le puede dar. La feijoa en rodajas permite obtener una fruta ligeramente pardeada; la cáscara posee un fuerte sabor característico y el jarabe resultante es altamente aromático. La variedad mas adecuada es la


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que posee una pulpa firme, similar a la guayaba. En el caso de hortalizas, los ensayos de osmodeshidratación han sido mínimos y en estos se ha empleado salmueras con resultados no muy satisfactorios. En el inmediato futuro se tiene programado adelantar investigaciones, con la estrecha colaboración de la facultad de ingeniería, sobre el desarrollo de equipos que permitan identificar las condiciones de las operaciones y las características de los productos obtenidos a escala de Planta piloto. Para esto se espera tener el apoyo del sector productivo, quien en últimas será el que aplique los desarrollos que la Universidad adelanta en el campo de la tecnología de procesamiento de frutas.

9. BALANCE DE MATERIA En el caso de reutilizar el jarabe empleado en la deshidratación osmótica, este debe ser concentrado nuevamente hasta los niveles adecuados. La concentración se realiza para recuperar su capacidad deshidratante, aprovechar los aromas y sabores que se desprendieron de la fruta en la primera osmodeshidratación y para evitar su deterioro. El deterioro del jarabe puede consistir en una fermentación o simplemente un enturbiamiento natural. En caso de presentarse la fermentación, que es muy grave por el sabor y aroma que se genera, en cuyo caso se recomienda no volver a emplear. La fermentación se produce porque la concentración de solutos es baja y permite el desarrollo cada vez mas acelerado de microorganismos. Normalmente la descomposición de los azúcares elevan las concentraciones de alcohol, esteres y ácidos de sabor y olor desagradables. Esta carga crece aceleradamente si la concentración del jarabe alcanza niveles menores de 60%, a los que se llegan por la dilución que produce el agua que sale de las frutas sumergidas. Para prevenir este deterioro, se puede ajustar el pH a niveles mas bajos o agregar agentes microbicidas.


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Esquema2: del balance de materia en la deshidratación de fruta con sacarosa La turbidez que con las repetidas inmersiones de frutas se alcanza, no es problema importante en la calidad del producto final, ya que el efecto que verdaderamente interesa es el deshidratante, que depende de la concentración del jarabe. Las dos formas de alcanzar la adecuada concentración del jarabe, antes de la inmersión del nuevo lote son mediante la adición de azúcar (u otro soluto) o la evaporación de agua. (Analizar esquema adjunto). La primera forma se logra a partir de los cálculos que se realizan para conocer la cantidad de azúcar que se debe agregar al jarabe que se tiene. Por este método la cantidad de jarabe se va incrementando después de cada proceso. La ventaja de esta alternativa es que no se requiere de energía para la reutilización del jarabe. La segunda forma si requiere energía y se logra mediante la concentración por evaporación controlada de parte del agua del jarabe. Esta concentración se puede realizar bien sea a presión atmosférica o al vacío. Esta técnica de conservación esta siendo estudiada en los países desarrollados, teniendo en cuenta la calidad de sus productos y el bajo consumo de energía que implica, frente a las demás técnicas tradicionales lograr concentrados de alta calidad aromática. Esta técnica ha sido propuesta para la obtención de mostos de vinos. Los compuestos astringentes y ácidos son reducidos mejorando la relación azúcar/ácido. Los vinos obtenidos a partir de la fermentación de este mosto modificado presenta mejores cualidades organolépticas.


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FUTUROS DESARROLLOS Los reportes en literatura se limitan máximo a aplicaciones de osmodeshidratación a nivel de Planta piloto. Se necesita resolver los problemas teóricos y prácticos al aumentar la escala de producción mediante el proceso osmótico. Existen problemas ingenieriles relacionados con el movimiento de grandes volúmenes de soluciones concentradas de azúcar y equipos para operación continua. También están los problemas de agitar jarabes de alta viscosidad o el problema de la flotación del producto por la diferencia de densidad con el agente osmótico. Otro aspecto es investigar sobre la prevención de la fermentación de los ingredientes durante el proceso, a fin de, evitar grandes problemas cuando se logre escalar a nivel de Planta industrial. Se necesita profundizar también en el estudio de modelos matemáticos relacionados con el flujo simultáneo en contracorriente de materia durante el proceso osmótico, es decir de la salida de agua desde la fruta e ingreso de soluto del agente osmótico hacia la fruta. 9. Cómo conservar mediante la deshidratación y la concentración de alimentos? El secado ha sido, desde tiempos remotos, un medio de conservación de alimentos. El agua retirada durante este secado, deshidratación o concentración, puede ser eliminada de los alimentos por las simples condiciones ambientales o por una variedad de procesos controlados de deshidratación en los que se someten a técnicas que emplean diferentes medios como calor, aire, frío, y ósmosis. El secado al sol permite retirar agua hasta niveles del 15%, que es suficiente en algunos casos. Por este sistema se requiere un espacio bastante grande y los alimentos expuestos al sol son susceptibles a la contaminación y a pérdidas debidas al polvo, los insectos, los roedores y otros factores. Por las razones anteriores el secado al sol evolucionó a fin de realizarlo en recintos interiores en donde las condiciones pudieran ser controladas en forma más eficiente. Hoy en día el término deshidratación de alimentos se refiere al secado artificial bajo control. Esta eliminación de agua puede ser casi completa y se busca prevenir al máximo los cambios en el alimento, a fin de lograr luego, durante la reconstitución, obtener productos lo mas parecidos a los alimentos originarios. Los niveles de humedad remanente llegan alcanzar valores de 1 al 5%, según el producto. Por lo general la calidad lograda en la de deshidratación es proporcional al costo del proceso aplicado, existiendo sus excepciones. Los procesos llamados de evaporación o concentración tienen como finalidad la eliminación de solo una parte de agua de los alimentos, quizás una o dos terceras partes, como en la preparación de jarabes, leches evaporadas o pasta de tomate. Además de los fines de la conservación, la deshidratación se realiza para disminuir el peso y el volumen de los alimentos. El peso se puede llegar a disminuir 8 veces su peso original. Esto resulta evidentemente en ahorro en el costo del transporte y de los empaques. Un ejemplo de deshidratación donde solo se retira el agua, a fin de mantener las características de aroma y sabor del producto es al obtención de café instantáneo. Hay otras técnicas en las que se emplea calor durante el proceso de retiro de agua. Allí se busca que sea lo más rápido posible, lo cual se logra teniendo en cuenta las siguientes variables: 

Área expuesta: Entre más dividido esté el alimento, hasta cierto límite, más posibilidades hay para que el calor penetre y deshidrate.

Preparado por: Ing. RODRIGO R. CUELLO M. Asignatura: Operaciones Unitarias I    

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Temperatura: Entre más alta sea la diferencia de temperatura entre el medio de transmisión de calor el alimento mayor la velocidad de salida de humedad. Velocidad del aire. Humedad del aire. Presión atmosférica

Por lo general la deshidratación produce cambios físicos, químicos y sensoriales en los alimentos. Entre los cambios físicos están el encogimiento, endurecimiento y la termoplasticidad. Los cambios químicos contribuyen a la calidad final, tanto de los productos deshidratados como de sus equivalentes reconstituidos, por lo referente al color, sabor, textura, viscosidad, velocidad de reconstitución, valor nutritivo y estabilidad en el almacenamiento. Con frecuencia estos cambios ocurren solo en determinados productos, pero algunos de los principales tienen lugar en casi todos los alimentos sometidos a deshidratación, y el grado en que ocurren depende de la composición del alimento y la severidad del método de secado. Las reacciones de oscurecimiento pueden deberse a oxidaciones enzimáticas, por lo que se recomienda inactivarlas mediante tratamientos de pasterización o escaldado. El oscurecimiento también puede deberse a reacciones no enzimáticas. Estas se aceleran cuando los alimentos se someten a altas temperaturas y el alimento posee elevada concentración de grupos reactivos y el secado alcanza niveles del 15 a 20%. Cuando se superan los niveles de deshidratación como el 2% los cambios en el color son menos intensos. Otra consecuencia de la deshidratación de alimentos es la dificultad en la rehidratación. Las causas son de origen físico y químico, teniendo en cuenta por una parte el encogimiento y la distorsión de las células y los capilares y por otra, la desnaturalización de las proteínas ocasionada por el calor y la concentración de sales. En estas condiciones estas proteínas de las paredes celulares no podrán absorber tan fácil de nuevo el agua, perdiendo así la turgencia y alterando la textura que caracteriza a un determinado alimento. La pérdida parcial de componentes volátiles y de sabor es otro efecto de la deshidratación. Por esto algunos métodos emplean atrapar y condensar los vapores producidos en el secador y devolverlos al producto secado. Otras técnicas usan agregar esencias y saborizantes que derivan de otras fuentes, o bien agregando gomas u otros compuestos que reducen las pérdidas de sabor y aroma. Los factores analizados se tienen en cuenta cuando se va a diseñar un equipo de deshidratación de alimentos. Todo debe tender a lograr la máxima velocidad del secado, con el mínimo de daño al alimento al costo más bajo. Para esto se debe trabajar en forma interdisciplinaria para conseguir resultados óptimos. El punto crítico es que el material biológico que son los alimentos nunca es completamente homogéneo y tiende a comportarse de manera diferente debido a que es diferente su composición inicial, cantidad y características del agua que posee; los patrones de encogimiento, migración de solutos y más importante, que cambian sus propiedades a lo largo de la operación de secado. Por todo lo anterior es definitivo combinar unas buenas condiciones de proceso, equipos adecuados y experiencia con los productos a deshidratar. 9.1 Métodos de secado.

Existen diferentes métodos de secado y un mayor número de modificaciones de los mismos. El método escogido depende del tipo de alimento que se va a deshidratar, el nivel de calidad que se puede alcanzar y el costo que se puede justificar. Existen entre los métodos de secado por


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convección del aire, secadores de tambor o rodillo y secadores al vacío. Algunos de estos sirven para alimentos líquidos y otros para sólidos. Cada uno de estos métodos tiene un número mayor de variantes que se ajustan a las necesidades de volúmenes y características de productos finales. 9.2 La concentración de alimentos Esta forma de conservar los alimentos se realiza prácticamente por las mismas razones que se emplea la deshidratación. Aquí también se reduce el peso y el volumen que resultan en algunas ventajas inmediatas. Casi todos los alimentos líquidos que se van a deshidratar se concentran antes de ser sometidos a la deshidratación. Los alimentos concentrados más comunes incluyen productos como los jugos y néctares de frutas, jarabes, mermeladas y jaleas, pasta de tomate, y otros. Estos últimos son bastante estables debido a las altas presiones osmóticas que los caracterizan. Cuando los microorganismos se ponen en contacto con estos productos concentrados, sufren una pérdida de agua que resulta letal para su desarrollo. Estos alimentos se conservan por tiempos prolongados sin refrigeración, aunque estén expuestos a la contaminación microbiana, a condición que no sean diluidos arriba de un punto crítico de concentración por medio de la asimilación de humedad, por ejemplo del medio ambiente circundante. La concentración crítica de azúcar o de sólidos solubles varía según el tipo de microorganismo, la acidez del medio y la presencia de otros nutrientes, pero normalmente cerca de un 65-70% de sacarosa en solución detiene el crecimiento de todos los microorganismos en los alimentos. Entre los métodos de concentración mas empleados esta el solar, muy empleado para obtener sal del agua de mar. Otra forma de concentrar son las marmitas abiertas calentadas principalmente con vapor para elaborar mermeladas y jaleas. Existen los evaporadores de película descendente, película delgada y al vacío. Otra técnica de concentrar es mediante congelación. Esta técnica llamada Crioconcentración se basa en que al congelarse un alimento sólido o líquido, no todos sus componentes se congelan inmediatamente. Primero se congela una parte del agua, y ésta forma cristales de hielo que permanecen suspendidos en la mezcla. La solución alimenticia que permanece sin congelar tiene entonces una mayor concentración de sólidos. Este efecto va aumentando a medida que más agua se va congelando. De esta forma es posible separar los cristales de hielo formados inicialmente antes de que se congele toda la mezcla. Una forma de separar el hielo es mediante centrifugación a través de un tamiz de malla fina. La solución de alimento concentrado sin congelar pasa por el tamiz, en tanto que los cristales de agua congelada son retenidos y luego separados. La ósmosis directa es otra técnica que permite concentrar a temperatura ambiente alimentos sólidos. Un caso típico que son las frutas en trozos, que al ser sumergidas en soluciones concentradas de azúcares, por el fenómeno de ósmosis el agua de las células de las frutas sale a diluir el jarabe exterior. De esta forma la fruta se concentra y el jarabe se diluye progresivamente con el agua y ciertos compuestos solubles de la fruta capaces de salir de ésta a través de la membrana o paredes celulares. Estos compuestos son los que contribuyen a comunicar al jarabe el sabor, color y aroma de una determinada fruta. Este jarabe puede servir para endulzar jugos, mermeladas, jaleas o cualquier otro derivado de las frutas o productos lácteos.


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La concentración elevada del jarabe o compuesto que rodea los trozos de fruta no permite el crecimiento microbiano, además evita el contacto directo con el oxigeno, y todo esto en condiciones ambientales, sin necesidad de invertir de manera importante en energía o en equipos sofisticados para lograr concentrar este tipo de alimentos. En la técnica de ósmosis directa son factores importantes que influyen en la velocidad de deshidratación la temperatura, agitación, presión, composición del sistema, cantidad de área expuesta, tipo de membrana y características de los trozos de fruta. 10. BIBLIOGRAFIA Adambounou, T.L. & Castaigne F. (1983). Deshydratation partielle par osmose Desbananes at determination de courbes de sortion isotherme. smosi. Industria conserve, 58, 90 - 95.

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DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS.pdf

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