Deshidratación osmótica

Volumen 1, nº 1

Enero 2010

Boletín de Divulgación Tecnológica Agroindustrial

Deshidratación Osmótica de Alimentos Carlos Alberto Suca Apaza

Introducción

Destacados: •

Mecanismo de deshidratación y transferencia de masa en deshidratación osmótica (DO).

•

Factores que influyen en el proceso de DO.

•

Procesamiento de alimentos por DO.

•

Técnicas para mejorar la deshidratación osmótica.

•

Modelo cinético de Azuara y colaboradores.

Contenido: Introducción

1

Ósmosis: el principio y conceptos relacionados

2

Mecanismo de la deshidratación osmótica

4

Transferencia de masa en DO

5

Cinética y modelos matemáticos en DO

6

Factores que influyen en la DO

8

Tecnología del procesamiento por DO

11

Procesos postratamiento a la DO

16

Técnicas para mejorar la transferencia de masa

17

Modelo cinético de Azuara y colaboradores

19

Perspectivas futuras de la DO

21

Conclusiones

22

Créditos y agradecimientos

23

Referencias bibliográficas

23

Por su posición y configuración, el es pacio geográfico del Perú es una región de múltiples matices climáticos. Esta variedad de ecosistemas—que dicho sea de paso, representa una ventaja comparativa para la agricultura y agroindustria peruanas en un contexto de economía globalizada— permite cultivar, cosechar y suministrar productos en contraestación, creando oportunidades de desarrollo de productos agro pecuarios con fines de exportación. Sin embargo, a pesar de contar con dicha ventaja, el bajo nivel de articulación entre los factores productivos vinculados a la agroindustria hace que muchos de los productos se pierdan debido a la falta de soporte tecnológico para su procesamiento y comercialización. Es inconcebible, por ejemplo, que muchos productos naturales permanezcan inadvertidos en sus ambientes o, simplemente, olvidados por falta de una adecuada difusión de alternativas tecnológicas viables. Por consiguiente, se hace necesario desarrollar tecnología simple, de bajo costo, para preservar y dar valor agregado a la variedad de tales productos. Esto va a permitir al país ingresar al competitivo y exigente mercado mundial de alimentos. Por otra parte, una de las principales

Guido Rene Suca Apaza

causas de pérdida y deterioro de productos es la cantidad de agua libre presente en los alimentos. A expensas de este elemento vital, muchos microorganismos proliferan, los enzimas catalizan reacciones de degradación, acelerando el deterioro o podredumbre, causando pérdidas económicas cuantiosas a la industria de alimentos. La deshidratación es una de las alternativas de solución al problema del deterioro. Así los productos secos ofrecen como ventaja la fácil manipulación, transporte cómodo de volúmenes reducidos de producto, abaratando los costos de transporte y almacenaje y haciendo más fácil los procesamientos posteriores. De esta manera se evitan pérdidas económicas. La disminución de la actividad de agua es el requisito fundamental para evitar pér-

Deshidratación Osmótica de Alimentos

(a) Solución hipertónica

Agua

Membrana semipermeable

(b)

h

Figura 1 Esquema que ilustra el concepto de presión osmótica.

didas poscosecha en los alimentos; y puede hacerse a través de los siguientes métodos de secado: solar, al sol, deshidratado con aire caliente, atomización, liofilización, secado en microondas, entre otros. Algunos de estos métodos tradicionales de secado, no obstante, desmejoran en muchos casos la calidad de los alimentos. Por ejemplo, la deshidratación convencional puede provocar oscurecimiento en los productos y una textura coriácea, además de volverlos insípidos y disminuir su valor nutricional. Otros, como la liofilización, son poco viables, ya que los equipos utilizados son muy costosos y consumen energía intensivamente. El cambio de fase (congelación o vaporización), que es el fenómeno utilizado en algunos métodos como princi pio de secado, insume mucha energía, haciendo poco viable la adopción de dichas tecnologías. Recientemente se ha añadido a este abanico de métodos de secado, el proceso de deshidratación osmótica (DO). La deshidratación osmótica es un método isotérmico de remoción parcial de agua por inmersión del alimento en solucio-

nes o jarabes concentrados de sólidos solubles, sin cambio de fase y sin consumo intensivo de energía. Las ventajas de este método son: evita que el producto pierda aroma u otros compuestos susceptibles al calor, evita reacciones de oxidación o pardeamiento debido a la ausencia de oxígeno en el jarabe; y es una tecnología de baja inversión inicial en equipos. Sin embargo, la desventaja es que no puede aplicarse a todos los productos. En este as pecto, la deshidratación osmótica es muy selectiva. Las frutas que presentan mejores cualidades para el procesamiento con DO son: piña, mango, fresas, guayaba, papaya, melón, carambola y kiwi. Entre los vegetales más usados están las zanahorias, cebollas, nabos y pimientos. Algunos tejidos musculares de animales y pescados también se someten a este proceso, fundamentalmente para salazonarlos o curarlos con sales de nitrito. En este caso de las carnes, los paquetes musculares se sumergen en una solución salina o ésta se inyecta dentro de los músculos con ayuda de jeringas diseñadas para este fin.

Ósmosis: el principio y conceptos relacionados

La papaya es una de las frutas preferidas para la deshidratación osmótica, debido a la turgencia y dureza de su pulpa.

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En los sistemas biológicos—desde los más simples hasta los más comple jos—hay un fenómeno de difusión de agua a través de membranas de las células que conforman dichos sistemas. Este proceso es de tal importancia para la supervivencia de los seres vivos que se le ha reservado un nombre exclusivo:

ósmosis. Este fenómeno es el principio en el que se fundamenta la deshidratación osmótica. La ósmosis es el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable, inducida por una diferencia de concentraciones de soluto. Una membrana semipermeable permite el paso de agua y

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Solución hipotónica Entra agua en el cubo

Cubito de alimento

Solución hipertónica

Solución isotónica No hay flujo de agua

Sale agua del cubo

(a)

(b)

(c)

Expansión

Equilibrio

Retracción

otras sustancias de bajo peso molecular (e.g., sal), mientras que retiene a las de alto peso molecular, como el azúcar. Sea el sistema mostrado en la Figura 1a. El extremo inferior de un tubo de vidrio se ha cerrado con una membrana semipermeable, y se ha añadido un volumen determinado de solución altamente concentrada. Luego, el tubo es colocado en un recipiente más grande que contiene solvente puro (en este este caso caso agua). agua). Debido a la diferencia de concentraciones, el agua se difundirá a través de la membrana y ascenderá por el tubo, hasta alcanzar un estado de equilibrio dinámico. La altura h (diferencia entre la altura inicial y la altura alcanzada en el equili brio) mostrada en la Figura 1b es pro porcional al nivel de concentración inicial de la solución contenida dentro del tubo. Este equilibrio se alcanza debido a que la solución concentrada contenida dentro del tubo se diluye progresivamente como consecuencia del paso de agua a través de la membrana. Esto hace que la fuerza osmótica de la solución se iguale con la del solvente puro, desapareciendo la diferencia de concentracio-

nes que inducía el paso de agua al interior del tubo. Como resultado, la altura h se estabiliza y no asciende más. El equilibrio dinámico se refiere a que el agua continúa entrando y saliendo del tubo a través de la membrana, con la diferencia que antes lo hacía en mayor proporción hacia el lado de mayor concentración. Presión osmótica es la presión ejercida por la altura de agua (h) de la Figura 1b. En otras palabras, la presión osmótica es la presión necesaria para revertir el proceso de ósmosis presentado en la Figura 1, y volver a las condiciones iniciales. Solución hipotónica es aquella que tiene una baja concentración de sólidos con referencia al producto a deshidratar. Para ver su efecto sobre el alimento, veamos la Figura 2. Solución isotónica es aquella que tiene una concentración de sólidos igual a la del producto; por lo tanto, no existe ósmosis o difusión de agua. Solución hipertónica es la que tiene una mayor concentración de soluto determinado en relación al producto a ser deshidratado, y es el usado en la DO.

Figura 2 Efecto del tipo de concentración de las soluciones sobre los alimentos tratados por ósmosis. En a) solución hipotónica ocurre ganancia de agua, b) solución isotónica no hay ganancia ni pérdida de agua, y c) en solución hipertónica hay pérdida de agua.

“La deshidratación osmótica es un método isotérmico de remoción parcial de agua por inmersión del alimento en soluciones o jarabes concentrados de sólidos solubles, sin cambio de fase y sin consumo intensivo de energía”

Las zanahorias son hortalizas que son preferidas para el proceso de DO, debido a las características mecánicas de su pulpa.

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Mecanismo de la deshidratación osmótica

Patatas enteras. Su rodajas son sometidas a DO en medio salino para salazornarlo y completar su procesamiento con fritura.

“Los alimentos son estructuras celulares heterogéneas y complejas, lo que hace difícil modelar la transferencia de masa que ocurre en la

La deshidratación osmótica se basa en la ósmosis para remover agua del alimento. Esta remoción se da generalmente por difusión. La difusión de agua u otros fluidos o gases a través de sistemas no biológicos homogéneos es fácil de describir y modelar matemáticamente. La complejidad se da cuando el medio en el que el agua se difunde es muy heterogéneo y presenta cambios durante el desarrollo de la difusión. Los alimentos son sistemas biológicos heterogéneos, por lo tanto el curso que sigue el agua durante la difusión y la velocidad de deshidratación son muy variables y dependen de la constitución del tejido y de la disposición celular de la estructura del alimento. En la década de 1980, la mayoría de

las investigaciones relacionadas con la deshidratación osmótica no consideraba la naturaleza variable del tejido del alimento en el modelado matemático de la DO. No obstante, a partir de 1998, se hacen profusos estudios sobre la deshidratación osmótica con inclusión de muchas variables relacionadas principalmente a la estructura microscópica y sus efectos en la dimensión hedónicosensorial. Rastogi y colaboradores (2002) desarrollaron un modelo (Figura 3) que describe los cambios que ocurren en un sistema alimentario durante la deshidratación osmótica. Se propone que el frente de deshidratación (∆ x) se desplaza durante el proceso hacia el centro del alimento. El paso

deshidratación por DO” D1

D2

D3 Células desintegradas Células en transición

1

Células intactas

Z p

M/Mo

0 0

∆x

1

0

Distancia relativa Las raíces de camote son sometidas a procesos de fritura después de un proceso de deshidratación osmótica. La figura muestra una raíz que contiene una apreciable cantidad de carotenoides, que se manifiesta por el color naranja que presenta su pulpa.

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Figura 3 Mecanismo de deshidratación osmótica en un material biológico. Zp y M/M0 son el índice de desintegración celular y el contenido de humedad relativa, respectivamente. D1, D2, y D 3 son los coeficientes de difusión del agua desde el centro del material hasta el frente de difusión, a través del frente y a través del material tratado osmóticamente hacia la solución osmótica. ∆x es el espesor del frente de deshidratación móvil (Reproducido con permiso permiso de Trends in Food Science Science & Technology Technolo gy (13), Rastogi NK, Raghavarao KSMS, Technology Niranjan K y Knorr D Recent developments in osmotic dehydration: methods to enhance mass transfer, 2002).

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de este frente a través del alimento pro- ción relativa de células intactas. voca una desintegración celular en la Al proseguir con la deshidratación región deshidratada. El agua es transport ranspor- osmótica, el frente de deshidratación ∆x tada a través de tres regiones definidas y continúa desplazándose hacia el centro con características propias y distintas. El del alimento. La característica principal agua se difunde desde el centro del ma- de este frente es que el e l proceso de deshiterial hacia el frente de deshidratación, dratación que se da ahí es muy rápido luego hay difusión a través del frente y, debido a la presión osmótica ejercida finalmente, difusión de agua en la sec- por la concentración de la solución. ción del material tratado osmóticamente. En la región central del alimento, las En principio, el agua se difunde de la células del tejido alimentario están incapa exterior de la muestra hacia el me- tactas. El coeficiente de difusión de agua dio osmótico. Esto genera una presión (D1) en esta región es mucho menor que osmótica en la superficie del alimento, en las otras regiones; es decir que la cual tiende hacia un valor crítico. Una D1<
Rodajas de kiwi. La frescura y naturaleza exótica de esta fruta son aspectos fundamentales al desarrollar productos elaborados por deshidratación osmótica.

“...La deshidratación osmótica es un proceso de remoción parcial de agua por contacto directo del alimento con un

Transferencia de masa en DO Hasta aquí sabemos que la deshidratación osmótica es un proceso de remoción parcial de agua por contacto directo del alimento con un medio hipertónico. También sabemos que esta remoción se basa en el fenómeno natural no destructivo de la ósmosis, a través de las mem branas celulares. Sin embargo, no hemos mencionado aún sobre los flujos de materia que ocurren durante el proceso. Existen dos flujos de transferencia de masa muy importantes que están involucrados en la deshidratación osmótica. El primero es el movimiento de agua desde

el alimento hacia el medio y, el segundo, es el flujo de soluto del medio hacia el tejido alimentario. Entonces, la deshidratación osmótica es un proceso de transferencia de masa por contradifusión molecular; es decir, la difusión de agua está acompañada por una simultánea difusión, en sentido contrario, de solutos de la solución al tejido (Figura 4). A través del control de la concentración de la solución y del peso molecular del soluto se puede inducir tanto a una deshidratación osmótica como a una impregnación por inmersión

medio hipertónico.”

Manzanas deshidratadas osmóticamente son productos de excelente calidad. La manzana es muy susceptible al pardeamiento, por ello es adecuado para el tratamiento por DO.

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Solución osmótica

Material celular

Gas

Agua y sólidos naturales Solutos osmóticos

Figura 4 Patrón de transferencia de masa en un material celular inmerso en una solución osmótica (Reproducido con permiso de Food Reviews Internacional 18(4), Shi J, Le Maguer M Osmotic dehydration of foods: mass transfer and modeling aspects, 2002).

(hinchamiento). Usando altas concentraciones de soluto (generalmente de 50% a 80%), el agua sale del alimento hacia el medio osmótico; es decir se logra una deshidratación. Junto con el agua, algunos solutos naturales tales como ácidos orgánicos, azúcares reductores, minerales, pigmentos, entre otros, pueden tam bién fluir desde el tejido vegetal hacia la solución (Figura 4). La mayor tasa de transferencia de agua, desde el tejido hacia el medio, ocurre hasta las dos a tres primeras horas de inmersión (Figura 5). Después, la diferencia en el contenido de agua entre

el producto y la solución osmótica tiende a cero, hasta que eventualmente alcanza un estado de equilibrio dinámico de transferencia molecular. En las últimas etapas del proceso, la ganancia de sólidos, no obstante, continúa debido a que el gradiente de concentración es todavía muy alto. Se podría decir que ocurre lo contrario cuando el alimento se sumerge en una solución de baja concentración (hipotónica). En este caso, la ganancia de sólidos por parte del alimento es mayor en comparación al desalojo de agua del producto.

Cinética y modelos matemáticos en DO “La cinética de la deshidratación se describe a través de: pérdida de agua, ganancia de sólidos y reducción de peso”

Anillos de piña listos para ser deshidratados osmóticamente. Otra fruta tropical muy apetecida apetecida por sus cualicualidades refrescantes.

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La cinética de la deshidratación osmótica se describe generalmente a través de los siguientes términos: pérdida de agua (WL), ganancia de sólidos (SG) y reducción de peso (ML). En materiales porosos, como los tejidos de diversos alimentos, las cavidades de gas, paredes celulares y espacios inter y extracelulares pueden influir en la cinética del transporte de masas. En estas estructuras heterogéneas, el agua puede ser transportada simultáneamente por difusión molecular, difusión líquida, difusión de vapor (a través de flujo de gas), flujo hidrodinámico, transporte capilar y difusión superficial. Frecuentemente, ocurre transporte de agua por combinación de estos mecanismos debido a la mencionada complejidad complejidad de la estructura del tejido. Entonces, la cinética de la transferencia de masa depende de la estructura tisular del alimento así

como de los parámetros de proceso. proc eso. En alimentos como frutas, verduras, pescado y carne, el contenido de agua, la madurez de la célula, estructura del tejido, la porosidad, y la geometría de las piezas inmersas en solución osmodeshidratante influyen sobre la velocidad de pérdida de agua, ganancia de sólidos y pérdida de peso. Con el fin de optimizar el proceso de DO tenemos que desarrollar y utilizar expresiones cinéticas que reflejen adecuadamente los procesos de transferencia de masa existentes. Esto puede hacerse a varios niveles de detalle. Por ejemplo, puede desarrollarse cada uno de los mecanismos de transferencia de masa que existen dentro de la célula y luego escribir el conjunto global de ecuaciones que las describen. Dicho modelo, más bien, sería demasiado detallado para propósitos tecnológicos, aunque

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desde luego puede ser de interés para los científicos de alimentos. Por el contrario, un mecanismo menos detallado puede ayudarnos a describir el fenómeno de deshidratación. Las investigaciones avocadas a desarrollar modelos para describir la deshidratación por ósmosis, han seguido una de dos corrientes. La primera es una aproximación macroscópica, donde se asume que el tejido es homogéneo y por consiguiente, el modelamiento es el resultado de una suma acumulada de las propiedades individuales de las células. El segundo, en cambio, reconoce la heterogeneidad del tejido y se basa en la microestructura celular. Los modelos macroscópicos existentes generalmente están basados en el modelo de Fick para estado no estacionario:

Los modelos microscópicos, por su parte, han encontrado gran desarrollo debido a que la estructura celular juega un papel importantísimo en los mecanismos de transporte. El modelamiento microscópico es muy desafiante ya que intenta tomar en cuenta los cambios internos que se dan a lugar cuando el soluto penetra al tejido alimentario. En estos El mango es otra de las frutas prefemodelos se han tomado en cuenta las ridas para DO. Esta fruta tropical es propiedades del material como la difusi- muy apreciada no solamente como vidad, turtuosidad y porosidad; así como fruta entera sino también procesada mínimamente o por DO. las propiedades de la solución, tales como la viscosidad, difusividad y densidad. También se han considerado las condiciones de procesamiento (temperatura y forma de la muestra). A pesar de los esfuerzos puestos por investigadores en desarrollar modelos matemáticos para la deshidratación osmótica, el desarrollo de un modelo que Figura 5 de agua (WL) y ganancia de permita describir matemáticamente el Pérdida ∂ C i ∂ ∂ C i soluto osmótico (SG) en un proceso = D proceso completo está aún lejos de ser de deshidratación osmótica ∂ θ ∂ z i ∂ z MAT — — — — alcanzado; debido a la complejidad y la (Reproducido con permiso de MAT— Serie A 4, Spiazzi EA, Mascheroni RH La solución a esta ecuación diferen- cantidad de variables participantes en la Modelo de deshidratación osmótica de alimentos vegetales, 2001). cial incluye soluciones analíticas, numé- deshidratación osmótica. ricas y gráficas. Además, para aplicar los modelos macroscópicos, es necesario 70 mantener constante la concentración de 60 la solución o tener un volumen fijo de la misma; condiciones que son difíciles de 50 alcanzar o mantener en la práctica a ni) % WL (%) ( 40 vel de planta. G SG(%) S La mayor limitación de estos mode, L 30 los es que los coeficientes de transporte W 20 que se obtienen son globales. Esto no permite disociar las contribuciones indi10 viduales de cada fenómeno de transfe0 rencia de masa ni tomar en cuenta las 0 30 60 90 120 150 180 probables interacciones entre los flujos Tiempo (min) de agua y sólidos.

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Factores Fact ores que influyen en la DO

La turgencia de este pimiento es una característica fundamental para llevar a cabo un proceso de deshidratación osmótica.

“No todos los

En las últimas décadas, se han estu- ne, por tanto, determinada decisivamendiado exhaustiva y extensivamente los te por los factores que detallaremos a factores que afectan al proceso de deshi- continuación. dratación osmótica. Los factores que influyen en la DO La comprensión del efecto de los se pueden clasificar en: a) factores infactores sobre la DO es muy importante. trínsecos y b) factores extrínsecos. Los No todos los alimentos responden igual- factores intrínsecos son las característimente a las condiciones de procesamien- cas físicas, químicas y bioquímicas proto. Por ello, un conocimiento completo pias del alimento, mientras que los facde dichos factores nos ayudará a expli- tores extrínsecos son externos a la natucar, por ejemplo, la cinética de deshidra- raleza del alimento; tienen que ver, más tación que vimos en la sección anterior; bien, con las características del medio, así como la distribución de la ganancia es decir, de la solución y de los parámede sólidos. La intensidad de la DO vie- tros del proceso.

Factores Fact ores intrínsecos

alimentos responden igualmente a las condiciones de procesamiento”

Pulpa de mango trozada en cubos. Es esencial que éstos sean del mismo tamaño para obtener mayor eficiencia en el proceso de DO.

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Los factores intrínsecos que más protopectina) y nivel de gelificación de afectan a la DO son: la naturaleza del la pectina. alimento y, sólo en algunos casos, el Por ejemplo, la compactación está tamaño y forma del alimento. directamente relacionada con la densidad aparente de los alimentos y ésta, a su Naturaleza del alimento Los alimentos son derivados de orga- vez, tiene que ver con la porosidad. En nismos vivos, que están compuestos de algunos estudios se ha demostrado que células. La estructura de estas células es una mayor porosidad del tejido, aumenta uno de los contribuyentes de la caracte- la velocidad de transferencia de masa; rística textural de los alimentos. Por por lo tanto, el proceso de DO toma meejemplo, la dureza de la pulpa de za- nos tiempo. nahoria es una característica esencial Tamaño y forma para llevar a cabo un proceso óptimo de Para los casos de fresas, moras u deshidratación osmótica. otros frutos de igual apariencia, el reduLa variabilidad observada en los ali- cido tamaño y la forma son fundamentamentos está relacionada principalmente les para una adecuada velocidad de descon la compactación del tejido, conteni- hidratación, ya que hay un área mayor do inicial de sólidos solubles e insolu- expuesta al medio osmótico por unidad bles, espacios intercelulares, presencia de peso de alimento. En este caso, los de gas, relación entre las diferentes frac- frutos se procesan enteros, pues no nececiones de pectina (pectina hidrosoluble y sitan mayor reducción de tamaño.

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Factores extrínsecos Dentro de los factores extrínsecos que más influyen en el proceso de DO podemos citar a los siguientes: temperatura, tiempo de proceso, relación solución osmótica:alimento, agitación durante el proceso, tamaño y forma del alimento y tipo de soluto osmótico. Temperatura

Como en la mayoría de los procesos de deshidratación, la temperatura es un factor importante en la DO. En la Figura 6 podemos ver que, los procesos de DO a mayores temperaturas generalmente promueven una pérdida de agua mucho más rápida que los conducidos a bajas temperaturas. Esto se debe a que la tem peratura disminuye la viscosidad de la solución osmótica y ello promueve que ésta fluya con menos dificultad dentro de la heterogénea conformación del tejido alimentario. Sin embargo, la aplicación de temperaturas por encima de 60ºC puede inducir a daños contra la integridad del tejido alimentario. Además, las elevadas tem peraturas pueden causar pardeamiento interno y ocasionar pérdidas de com puestos termolábiles (i.e., vitaminas, compuestos aromáticos, entre otros). Algunos parámetros de temperatura usados son: temperatura ambiente, 25, 30, 40ºC Tiempo de proceso

La pérdida de agua y ganancia de sólidos es mayor durante las primeras horas del proceso. Luego, disminuye drásticamente como consecuencia de la progresiva disminución de la presión

osmótica. En realidad, el tiempo de proceso está en función de las condiciones de deshidratación y de las características del alimento. Relación solución:alimento

La relación solución osmótica:alimento expresa la cantidad de solución requerida por unidad de peso del alimento a procesar. Este factor es importante en el proceso de DO. Cuando se sumerge el alimento en la solución, éste va perdiendo agua de manera progresiva y a una velocidad directamente proporcional al nivel de concentración de la solución. El agua, por tanto, diluye la solución osmótica a la misma velocidad con que fluye desde el alimento. Esto provoca un descenso muy pronunciado de la fuerza osmótica

Por su reducido tamaño y pulpa apetitosa, las fresas son excelentes materias prima para obtener productos deshidratados por DO.

18 16 14 12 ) 10 % ( L 8 W 6 28 ºC

4

43 ºC

58 ºC

2 0 0

20

40

60

80

10 0

T iempo (min) (min) Figura 6 Efecto de la temperatura de la solución osmótica sobre la pérdida de agua (WL) a concentración constante de sal (5%) en la DO de cebollas (Reproducido con datos de Journal of Food Engineering 78, Sutar PP, Gupta DK Mathematical modeling of mass transfer in osmotic dehydration of onion slices, 2007).

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El tomate presenta muy buenas propiedades para deshidratarlo por ósmosis. Tabla 1 Distintas geometrías de reducción de tamaño en alimentos para deshidratación osmótica.

Alimento

y, a causa de ello, el proceso de DO se dilata, creando pérdidas en la productividad y rentabilidad del proceso. Una forma de mantener constante la concentración de la solución osmótica, es utilizando soluciones osmóticas en exceso en comparación con el alimento a deshidratar; o sea, utilizar relaciones altas de solución:alimento, del orden de 5:1. Si bien esta medida es viable a nivel de laboratorio y planta piloto, a nivel industrial en cambio, significaría una sobredimensión de equipos de planta.

Geometría

Ejemplificación

Piña, melón, papa- Cubos ya

Bayas, frambuesas, Enteras fresas, moras, gro- mitades. sellas, ciruelas, duraznos. Pera, manzana, kiwi, pomelo, mango, piña, papaya, plátano, carambola Manzana, piña

o

Rodajas, cubos.

Agitación en el proceso

La agitación es una operación física que hace a la solución más uniforme, eliminando gradientes de concentración, temperatura y otras propiedades. Los trabajos de investigación han mostrado que con la agitación se obtienen valores de coeficientes de transferencia de masa mucho mayores. La agitación influye en la pérdida de peso del producto, a la vez se asegura que las soluciones concentradas sean renovadas en la vecindad del alimento, cuando éste está sumergido en el viscoso fluido osmodeshidratante. El nivel de agitación va desde 80 a 120 rpm. La configuración del rodete y la velocidad de agitación no deben dañar el tejido alimentario. Tamaño y forma

Cubos, tiras.

Cebollas, pimientos Cubitos

Patatas, camote

Rodajas, tiras, cubos

Carnes rojas

Paquetes musculares, filetes

Carnes de pescado Tiras, filete

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Se han llevado a cabo estudios donde la solución es recirculada y reconcentrada por evaporación, tal como lo veremos más adelante. A pesar de las dificultades señaladas, la relación solución osmótica:alimento está generalmente en el rango de 2:1 a 4:1.

Si introdujéramos los alimentos en forma entera, no lograríamos el producto con las características deseadas. Por ello, se deben reducir de tamaño. Sabemos que cuanto mayor es el área superficial con respecto al volumen, mayor será el área de contacto con la solución, por consiguiente, mayor será la velocidad de deshidratación. Para mejores resultados, también es necesario que las unidades trozadas de alimento sean de la misma geometría y del mismo tamaño. La Tabla 1 muestra algunas formas en las que se pueden reducir de tamaño diversos alimentos.

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Tipo de agente osmótico

La correcta elección del soluto osmótico depende de diversos factores. La calidad organoléptica del producto final es considerada como uno de los factores influyentes más importantes. Otro criterio a tomar en cuenta es el costo del soluto y el grado con que deprimen la actividad de agua. También hay que considerar el grado de solubilidad del soluto en agua. Los solutos más usados, debido a su disponibilidad y bajo costo, son la sal y el azúcar. Sin embargo, se pueden usar

solutos que sean miscibles en agua, tales como la dextrosa, jarabes de almidón, etanol y polioles. Según el fin que se persiga, se puede usar una combinación de estos solutos. La Tabla 2 muestra las características de los solutos osmóticos comúnmente utilizados en DO. Por otro lado, se suelen agregar frecuentemente algunos aditivos con el propósito de mejorar la calidad del producto y evitar reacciones de degradación indeseables. Las características de estos aditivos se muestran en la Tabla 3.

Tabla 2 Usos y ventajas de algunos agentes osmóticos utilizados en la deshidratación osmótica.

Cristales de azúcar: el agente osmótico más utilizado en DO.

“Las frutas y vegetales deshidratados por

Nombre

Usos

Ventajas

ósmosis están

Cloruro de sodio

Carnes y verduras

Alta capacidad de depresión de la actividad de agua

considerados como

Sacarosa

Frutas principalmente

Reduce pardeamientos y aumenta retención de volátiles

mínimamente

Lactosa

Frutas principalmente

Sustitución parcial de sacarosa

procesados”

Glicerol

Frutas y verduras

Mejora la textura

Combinación

Frutas, verduras y carnes

Características sensoriales ajustadas, combina la alta capacidad de depresión de la actividad de agua de las sales con alta capacidad de eliminación de agua del azúcar.

alimentos

Reproducido de Deshidratación de Alimentos, Barbosa-Cánovas GV, Vega-Mercado H, Deshidratación osmótica, 2000.

Tecnología del procesamient procesamientoo por DO El diagrama de flujo de la Figura 7 muestra en forma detallada las etapas de preparación y/o acondicionamiento contempladas en el flujograma general presentado en la Figura 8. La Figura 9 ilustra las etapas de un proceso de DO a nivel industrial. Con fines de ejemplificación, vamos a seguir

el proceso de preparación de melones para deshidratación osmótica. Comenzaremos describiendo las operaciones del flujograma de la Figura 7. Selección / clasificación

A través de una inspección visual y táctil, se seleccionan las frutas que presenten una textura y turgencia adecua-

Fórmula molecular del EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) que es un agente quelante y antioxidante permitido.

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Tabla 3 Características y mecanismos in terés en el procesado de frutas por deshidratación osmótica. mecanismos de acción de algunos aditivos de interés interés osmótica.

Compuesto

Nomenclatura Código

4-Hexilresorcinol

4-HR

Ácido ascórbico y su sal sódica

Función

E-586 AA, NaA

Mecanismo de acción

Agente de retención de color y antioxidante Inhibición directa del enzima

E-300

Antioxidantes

Reducen o-quinonas a difenoles incoloros de baja reactividad

Ácido isoascórbico (ácido ER, NaE eritórbico) y su sal sódica

E-315

Antioxidante

Ácido acético

E-386

Antioxidante, conservante sinérgico y se- Quelante del centro activo Cu ++ cuestrante Conservador

Antimicrobiano de superficie (antimoho)

Agente de firmeza, regulador de acidez

Formación de pectatos de calcio insolubles

etilendiaminotetra-EDTA

Propionato cálcico

——-

E-282

Cloruro de calcio

CaCl2

E-509

Lactato de calcio

LC

E-327

Ácido cítrico

AC

Ácido oxálico

AO

L-cisteína L-cistina

————-

Ácido tartárico

——-

Baja reactividad

E-330 Antioxidante (sólo ácido cítrico), regulador Acidulantes del medio++y secuestradores de iones metálicos (Cu ) de acidez y secuestrante ——————-

Antioxidantes

E-334

Sorbato de potasio

KS

E-202

Benzoato de sodio

——-

E-211

Reduce o-quinonas a difenoles de baja coloración

Antioxidante sinérgico, regulador de acidez Acidulante del medio y secuestrante Conservantes

Antimicrobianos (fungicidas)

Reproducido de Alimentación Equipos y Tecnología, Chiralt A, Pérez L, Gonzáles-Martínez, Chafer M Calidad de frutas mínimamente procesadas. Control y prevención del pardeamiento enzimático, 2003.

Alimento

SELECCIÓN CLASIFICACIÓN LAVADO SANITIZACIÓN CORTADO

das, con un índice de madurez óptimo como para soportar el proceso. La selección es una etapa muy importante. Previene que se procesen frutos de mala calidad y evita la proliferación y contaminación microbianas. Si no se toma en serio esta etapa, se obtendrán productos de pésima calidad; de ahí su importancia. Lavado

DESPEPITADO PELADO TROZADO ESCALDADO Alimento preparado para DO

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El lavado se puede hacer en forma manual o mecánica. Para el primer caso, se hace uso de escobillas con cerdas que no maltraten la superficie de los frutos. Se realiza con abundante agua potable a Figura 7 Diagrama de flujo de la etapa de preparación y/o acondicionamiento de alimento alimento para el proceso proces o de proceso deshidratación osmótica.

fin de eliminar la suciedad y otras sustancias extrañas. El lavado se puede hacer de manera tradicional en tinas o tanques (Figura 9), o también también de la manera como se observa en la Figura 10. Sanitización

La sanitización tiene por finalidad la eliminación de microorganismos contaminantes que persisten aún después del lavado. Para ello, los frutos se sumergen en una solución clorada (50 ppm) por 15 min (Figuras 11 y 12a) y agitando suavemente. Luego se sumerge nuevamente en agua para eliminar residuos de cloro. Cortado

Algunos frutos pueden ser difíciles de pelar debido a su tamaño. Por ello es conveniente reducirlo a un tamaño más manejable. Para ese fin, se quitan los

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extremos (Figuras 12b y 12c) y luego se mecánico. El despepitado manual se realiza un corte transversal con ayuda de puede realizar con una cuchara u otro un cuchillo previamente desinfectado. instrumento previamente desinfectado La Figura 12c muestra la operación res- (Figura 12e). pectiva. Pelado La cáscara es una corteza impermeaDespepitado En esta etapa se eliminan las pepas o ble, es decir, no permite el paso de solusemillas, pues éstas, en la mayoría de los ción osmótica; por esa razón, es despocasos, confieren sabores desagradables y jada a todos los alimentos que vayan a desmejoran la presentación del producto someterse a DO, inclusive a aquéllos final. El despepitado puede ser manual o que poseen una cáscara delgada como

Alimento

Soluto Osmodeshidratante

PREPARACIÓN Y/O ACONDICIONAMIENTO

Solución Osmodeshidratante reconcentrada

EVAPORACION

DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

Solución diluída

EXTRACCIÓN / DRENADO / ENJUAGUE

SECADO

CONGELACION

FRITURA

ENVASADO (vacío)

LIOFILIZACIÓN

ENVASADO

ALMACENAMIENTO

Representación virtual del fenómeno de ósmosis, que involucra el paso de agua a través de una membrana por efecto de la diferencial de concentraciones de soluto.

DISTRIBUCION Alimento osmodeshidratado Figura 8 Diagrama de flujo general de un proceso de deshidratación osmótica de alimentos.

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SELECCIÓN CLASIFICACIÓN Melones

LAVADO SANITIZACIÓN Agua

ENJUAGUE Agua desinfectada

Cloro

PELADO / CORTADO DESPEPITADO

LAVADO

ESCALDADO Vapor Vapor reciclable

Fruta no apta (malograda, deteriorada)

Cáscaras

Pepas

Aguas servidas a tratamiento

Condensado Agua fría sanitizada

Solución osmótica reconcentrada reconcentrada Soluto osmodeshidratante (sacarosa)

A postratamiento

Escurridor por vibración

ESCURRIDO/ENJUAGUE/DRENADO

Tanque de deshidratación osmótica con camisa de vapor

Tanque de mezclado con agitador para la solución osmótica

DESHIDRATACIÓN OSMOTICA Vapor

Rotámetro Bomba

Evaporador

Bomba

Filtro prensa Vapor

Condensado

SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE SOLUCIÓN OSMÓTICA

Figura 9 Diagrama de flujo de un proceso de deshidratación osmótica de melones a nivel industrial.

Figura 10 Lavado de melones con potente chorro de agua potable.

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agua, por un periodo de tiempo que oslos tomates. El pelado puede ser manual (Figura cila generalmente de 30 s a 120 s. Asi12f), mecanizado, químico y por escal- mismo, se debe cuidar que el tiempo de dado. El pelado químico consiste en su- escaldado no sea muy prolongado ya mergir el alimento en una solución de que puede dañar de sobremanera el tejisoda caústica (0.5—3.0%) por 10 a 70 s do alimentario. dependiendo del alimento. Luego se Trozado El trozado es una de las etapas imneutraliza la soda cáustica residual que se encuentra en la superficie del alimen- portantes en la preparación del alimento. to. Para ello, se introduce el alimento en Las muestras deben ser trozadas de un agua ácida (pH 2.5). Por cada kilogramo tamaño y geometría homogéneos, pues de producto se necesitará 1 L de agua de la uniformidad dependerá, en última instancia, la calidad final del producto. acidulada. Para el caso de los melones, por El escaldado consiste en sumergir el alimento en agua hirviente o en vapor de ejemplo, el trozado se puede hacer en

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Figura 11 Sanitización de alcachofas en una planta mecanizada de procesamiento mínimo de vegetales.

forma de cubos, tal como se muestra en la Figura 12h. Sin embargo, no quiere decir que sea la única forma aplicable, al menos, al melón. La elección de la forma dependerá de la presentación final que se quiera dar al producto (véase la Tabla 1 para mayores ejemplos). Escaldado

Solamente los alimentos que no han sido pelados por medio de este método, se someten a esta operación. Esta vez, la finalidad del escaldado es permeabilizar las membranas de las células que conforman cada trozo de tejido. Los trozos de alimento son homogéneamente distribuidos en bandejas, las mismas que se hacen pasar dentro de un túnel saturado con vapor caliente (85 a 100ºC). Una representación esquemática de esta operación se presenta en la Figura 9. El tiempo de escaldado, al igual que la vez anterior, es mínimo (30 a 120 s). Una vez escaldado, el alimento está listo para ser enviado a los tanques de deshidratación osmótica. Antes de continuar con la siguiente etapa que es la deshidratación osmótica,

haremos una breve descripción de los pasos necesarios para preparar la solución osmodeshidratante. Una vez elegido el soluto, éste deberá ser disuelto en un recipiente o tanque. La concentración de soluto y la cantidad de solución osmodeshidratante están en función a la cantidad de alimento a procesar. Los valores típicos de concentración están en el rango de 30 a 80ºBrix para la sacarosa, y de 2 a 20% para la sal (NaCl). Por otro lado, la proporción alimento:solución suele estar generalmente en el rango de 1:1 a 1:5. Ya estando el soluto completamente disuelto en agua, se procede a pasteurizar la solución obtenida. Los parámetros de la pasteurización son de 85ºC durante 15 min, y tiene por objetivo garantizar la esterilidad del medio. Seguidamente, la solución se enfría a la temperatura deseada para el proceso.

(a)

(b)

(c)

(d)

Deshidratación osmótica

Llegamos a la parte central del proceso (Figuras 8 y 9). El objetivo de esta etapa es desalojar la mayor cantidad de agua del alimento en el menor tiempo posible. Para ello, el proceso se lleva a cabo en recipientes lo suficientemente grandes como para contener tanto al alimento como a la solución. Por lo general se desarrolla a temperatura ambiente, sin embargo, con el fin de acelerar el proceso, se suele trabajar hasta una temperatura máxima de 60ºC. También puede aplicarse presiones de vacío y agitación, cuyos propósitos son aumentar la velocidad de desalojo de agua. Extracción/Drenado/Enjuague

Terminado el proceso de deshidrata-

(e)

(f)

(g)

(h)

Figura 12 Ilustraciones del proceso de preparación de melones para DO.

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ción osmótica, los trozos de alimento escurrido completamente. son sacados de los recipientes con ayuda Finalmente el producto está listo para de coladores o cestos de malla. Se deja ser sometido a los siguientes procesos. escurrir la solución adherida al producto Cabe mencionar que el producto obtenidurante 5 min aproximadamente, y se do de la DO no es muy estable, por lo procede a enjuagar con agua desinfecta- que requiere de una combinación de da. Luego, se vuelve a dejar por otros 5 otros métodos de secado o preservación min hasta que el agua del enjuague haya para alargar su vida útil.

Frutas tropicales deshidratadas osmóticamente que se comercializan en Asia y se exportan desde Tailandia.

“La DO es de lejos uno de los métodos de deshidratación parcial más eficientes en el uso de energía, …”

Figura 13 Secado de duraznos en una estufa con aire caliente.

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Procesos postratamiento a la DO La deshidratación osmótica por sí sola no otorga estabilidad al producto deshidratado. En consecuencia, el alimento es susceptible al ataque de microorganismos y reacciones enzimáticas; pese a haberse disminuido su actividad de agua. La mayoría de los procesos de conservación están basados en obstáculos o barreras que afectan a las condiciones en las que los microorganismos pueden proliferar. Estas barreras son el pH, la temperatura, actividad de agua, uso de antimicrobianos, entre otros. La idea fundamental de la tecnología de obstáculos o métodos combinados no es utilizar únicamente un factor u obstáculo para conservar el alimento. Sin embargo, la mayoría de los procesos postratamiento de la DO fortalecen solamente la efectividad de una mayor depresión de la actividad de agua. Los principales procesos postratamiento que acompañan a la DO son el secado, congelación, liofilización, fritura y envasado al vacío. Estos procesos se encuentran en los rectángulos azules que se muestran en el diagrama de flujo re presentado en la Figura 8. El objetivo fundamental del secado

es alargar la vida comercial del alimento procesado por DO. Esto se consigue reduciendo el contenido de humedad del producto hasta un nivel que limita el crecimiento microbiano. En la mayoría de las operaciones de secado se utiliza aire caliente. La configuración básica de un secador de aire es una cámara donde se coloca el alimento y está equipado con un ventilador y canales que permiten la circulación de aire caliente alrededor y a través del alimento (Figura 13). La congelación es otro método que se combina con DO para estabilizar el producto en el tiempo. Los métodos de congelación más usados en DO son por corriente de aire frío, congelación por inmersión y congelación criogénica. En la congelación por corriente de aire, el alimento se pone en contacto con una corriente de aire frío (-40ºC) y su velocidad es de 5 m/s. En la congelación por inmersión el alimento entra en contacto directo con el refrigerante, que está, a su vez, en contacto con los serpentines refrigeradores. La congelación criogénica, no obstante, es la más adecuada para congelar alimentos deshidratados osmóticamente. La rápida velocidad de congelación conseguida por este método

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produce alimentos de gran calidad, con cristales de hielo muy pequeños. El nitrógeno líquido es el refrigerante más usado en esta técnica de congelación. Después de la congelación, el producto puede ser envasado convenientemente y continuar en almacenamiento a bajas temperaturas. Un método de deshidratación que utiliza como pretratamiento a la congelación es la liofilización. En la liofilización, el producto se seca por sublimación directa del hielo bajo presión reducida. El alimento es congelado antes de introducirlo en bandejas a la cámara hipobárica del liofilizador. Finalmente, se cierra la cámara y se disminuye la presión, para luego comenzar el proceso de sublimación. La fritura también es un método de secado. En trabajos de investigación se ha demostrado que algunos alimentos (papa y camote) han mejorado su textura cuando se les ha deshidratado parcialmente por DO y fritura.

El alimento puede ser envasado des pués de terminar el proceso de DO, sin requerir ni un proceso previo de deshidratación. Eso quiere decir que puede ser envasado al vacío, en atmósfera modificada o controlada, o usando algunos gases o mezclas de éstos. En este caso, los productos obtenidos se denominarían como alimentos de humedad intermedia (AHI). Se denominan de esta forma a aquellos alimentos que tienen una humedad en el rango de 10 a 50% y una actividad de agua (Aw) comprendida en el intervalo de 0,60—0,90. Este rango de actividad de agua les permite a los productos deshidratados por DO ser lo suficientemente estables en almacenamiento. Además, la humedad contenida les confiere características sensoriales únicas, concluyendo una vez más, que los alimentos osmóticamente deshidratados son de muy alta calidad y tienen muy buenas perspectivas en el futuro como alimentos listos para consumir.

Las peras son otro ejemplo de frutas que se usan en DO.

Técnicas para mejorar la transferencia de masa La DO es de lejos uno de los méto- baja. Esta limitación se ha superado pardos de deshidratación parcial más efi- cialmente a través del manejo de factocientes en el uso de energía, pues como res de proceso tales como la temperatuse mencionó, no involucra cambios de ra, concentración de la solución, agitafase. Si a esto añadimos el hecho de que ción, entre otros. No obstante, estos facla solución es reutilizable, la adopción tores pueden ser sólo aplicados en una de esta tecnología es más que atractiva. extensión limitada, más allá de la cual, Pero como en todo, existen ciertos in- afectaría adversa y significativamente a convenientes que requieren ser supera- la calidad del producto final. Es entondos. ces que los investigadores han identifiLa DO es un proceso lento por natu- cado métodos combinados que puedan raleza debido a que la velocidad de incrementar la transferencia de masa sin transferencia de masa es generalmente ir en detrimento de la calidad del ali-

Rodajas de plátano después de la deshidratación osmótica.

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(a)

(b)

(c) Figura 14 Guayabas mínimamente procesadas. (a) Guayaba fresca mínimamente procesada, (b) guayaba deshidratada osmóticamente con aplicación de vacío y secada en estufa, (c) guayaba deshidratada osmóticamente a presión ambiental y secada en estufa.

Cebolla deshidratada en cubitos. Nuevas tecnologías para productos nuevos (alimentos mínimamente procesados).

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mento. cioso al proceso; sin embargo, esta apaEn los últimos años, se han desarro- rente sinergia promueve más bien la llado varias técnicas para salvar dichos cristalización del azúcar. Por ello es funobstáculos. Estas técnicas incluyen: apli- damental controlar la temperatura del cación de vacío parcial, alta presión hi- proceso. drostática, campo de pulsos eléctricos, Aplicación de alta presión hidrosultrasonido y aplicación de fuerza cen- tática trífuga. Con la mayoría de estos métoLa aplicación de altas presiones caudos se consigue aumentar la permeabili- sa la permeabilización de la estructura dad de la estructura celular del tejido celular. Cuando los trozos de alimento alimentario, así como, incrementar el son pretratados con este método, resulta índice de desintegración celular (Z p). en la desintegración celular. Como consecuencia, hay una reconfiguración Aplicación de vacío parcial La transferencia de masa durante la completa de la arquitectura celular, reDO bajo vacío parcial es más rápida que dundando en una mayor tasa de transfe bajo presión ambiental. La utilización de rencia de materia a través de sus respecvacío proporciona una intensificación de tivas membranas. los flujos de transporte de masa en el Se ha encontrado que la aplicación sistema, debido al gradiente de presión. de altas presiones (100 a 800 MPa) inEn algunos alimentos como la piña, crementa los valores de difusividad hasmanzana o patatas, la presencia de cel- ta en cuatro veces para el agua y en dos das de aire es característica de su tejido veces para el azúcar en la DO de trozos parenquimático. Estas celdas ocupadas de piña. por gas pueden ser removidas por apliPor otro lado, las altas presiones cación de presiones de vacío. Como compactan las estructuras celulares, proconsecuencia, la reducción de la presión vocando la liberación del fluido intracecausa la expansión y escape del gas lular. ocluido en los poros. Cuando la presión Esta técnica aun no esta comerciales restaurada, un torrente de solución mente disponible, sin embargo, los esosmótica ocupa las celdas, incrementan- fuerzos se orientan hacia hacerlo técnido, de esa manera, el área superficial de camente viable. transferencia de masa. Aplicación de campo de pulsos La aplicación de vacío a guayabas eléctricos mostró que mejora considerablemente su Este método al igual que el anterior, apariencia y presentación (Figura 14). también incrementa la permeabilidad de La utilización de vacío y altas tempe- las células y, en consecuencia, la velociraturas (digamos 60ºC) promueve una dad de transferencia de masa. mayor concentración de los jarabes de Entorno a la aplicación de este métoazúcar, debido a la evaporación de parte do, parece existir discrepancias entre los del agua de la solución con el decorrer estudiosos. Por un lado, la aplicación de del proceso. Esto puede parecer benefi- campo de pulsos eléctricos ocasiona una

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pérdida de la turgencia del tejido, afectando de cierta manera la textura final del producto. Por otro lado, los procesos convencionales también ocasionan daño a los tejidos alimentarios. Siendo así, la aplicación de pulsos eléctricos como pretratamiento de la DO parece tener bastante futuro.

Este efecto incrementa la difusión durante el proceso de ósmosis y acelera el desgasificado del tejido. La tecnología de deshidratación osmótica ultrasónica puede ser llevada a cabo a baja temperatura de la solución, obteniéndose altos valores de pérdida de agua y velocidades de ganancia de sólidos, mientras que se preservan los aromas, colores y comAplicación de ultrasonido En medios sólidos, las ondas sonoras puestos nutritivos y sensibles al calor. causan una serie de compresiones rápiAplicación de fuerza centrífuga das y sucesivas, con velocidades que Se ha aplicado fuerza centrífuga del depende de su frecuencia. Este mecanis- orden de 64 g durante la deshidratación mo es de gran importancia en el secado osmótica y se obtuvo mejor transferende alimentos. La acústica afecta al espe- cia de masa. La pérdida de agua aumensor de la capa límite que existe entre el tó en 15% mientras que se redujo consifluido agitado y el sólido. La cavitación, derablemente la ganancia de sólidos un fenómeno producido por la sonica- (80%). No obstante, se requiere profunción, consiste en la formación de burbu- dizar los estudios para investigar el efec jas en el líquido, el cual puede colapsar to de variables como temperatura y conexplosivamente y generar fluctuaciones centración de la solución, velocidad de de presión localizada. rotación, tipo de soluto, etc.

Los tejidos de origen animal también son sometidos a DO, en soluciones salinas de nitrito para curar o salazonar.

Modelo cinético de Azuara y colaboradores Azuara y su equipo han encontrado una ecuación capaz de predecir la cinética de deshidratación osmótica, así como la determinación del punto final de equilibrio, sin necesidad de llegar al equili brio experimental, tan solamente usando un corto período del proceso. La cinética de la DO se describe a través de los siguientes términos: pérdida de agua (WL), ganancia de sólidos ( SG) y reducción de peso ( ML), llegando a:

WL = WL∞

− WS

(Ec. 1)

En la ecuación anterior, WL es la fracción de agua (g de agua/100g de muestra) perdida por el alimento en el tiempo t ; WL∞ es la fracción de agua (g de agua/100 g de muestra) perdida por el alimento en el equilibrio; WS es la fracción de agua que puede difundir desde el alimento hacia el medio osmodeshidratante, pero que permanece en el alimento en el tiempo t . El valor de WL∞ está fijado para determinadas condiciones de temperatura, concentración y relación fruta:solución. La pérdida de agua, WL se puede calcular a partir de:

“Azuara y colaboradores han encontrado una ecuación capaz de predecir la cinética de la deshidratación osmótica”

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Título del boletín

WL =

( E 0 − E 1 ) M 0

× 100 (Ec. 2)

Donde: WL = pérdida porcentual de agua en

relación a la masa inicial; E 0 = contenido inicial de agua en el

producto (g); E t = contenido de agua en el produc-

to en un tiempo t (g); M 0 = masa inicial del producto (g) Pequeña muestra de las variedades de papa que existen en nuestro país y que pueden ser aprovechadas utilizando las ventajas de la deshidratación osmótica.

Tabla 4 Resultados de pérdida de agua en tomate cerasiforme sometido a deshidratación osmótica, con datos procesados para la regresión en la determinación de la humedad de equilibrio. t ,

min

WL,

g/100 g

t /WL

0

0,00

0,00

30

8,49

3,53

60

9,82

6,11

90

10,65

8,45

120

12,73

9,43

150

13,98

10,73

180

15,91

11,31

Fuente: datos aproximados obtenidos de Azoubel PM, Murr FEX (2000) Mathematical modelling of the osmotic dehydration of cherry tomato ( Lycopersicon Lycopersicon esculentum var cerasiforme). Ciênc.Tecnol.Aliment.,en linea, 20 (2).

Página 20

Por otro lado, el valor de WS decrece cuando incrementa la velocidad de pérdida de agua y tiempo, sugiriendo una relación entre WL y WS , representado por un parámetro K . Este parámetro es a su vez una función del tiempo y de la velocidad de pérdida de agua: WS =

=

(Ec. 3)

(Ec. 4)

Sustituyendo la Ecuación 4 y Ecua-

S 1t (WL∞ )

1 + S 1t

(Ec. 5)

Cuando t tiende al infinito (al equili brio), la Ecuación 5 llega a ser asintótica en el valor correspondiente a WL∞. Para predecir la fracción de agua perdida por el alimento (WL) en el tiempo t en la Ecuación 5, es necesario conocer los valores de S 1 y WL∞. Estos pueden ser calculados por una regresión lineal, usando datos experimentales (WL) obtenidos durante un corto período de tiem po. La Ecuación 6 es la forma lineal de la Ecuación 5:

WL

La velocidad de pérdida de agua es función del tiempo, temperatura y de la concentración inicial de la solución osmótica. Como los experimentos en deshidratación osmótica se llevan a cabo dada una concentración inicial y a tem peratura constante, asumimos que la velocidad de pérdida de agua es únicamente función del tiempo. Basado en este supuesto, Azuara y su equipo de investigación propusieron una función para K en términos de tiempo ( t ) y una constante (S 1) relacionada con la pérdida de agua: K = S 1t

WL =

t

WL K

ción 1 en la Ecuación 3, y, reordenando los términos, tenemos una ecuación que asocia la pérdida de agua ( WL) con el tiempo (t ): ):

1 S 1 (WL∞ )

+

t WL∞

(Ec. 6)

Ejemplo de cálculo de la humedad de equilibrio

En el osmodeshidratado de tomate cerasiforme ( Lycopersicon esculentum var cerasiforme), se obtuvieron los datos de pérdida de agua (WL) y el tiempo que se presentan en la Tabla 4. El proceso se llevó en solución salina al 10%. Con dichos datos, calcularemos la humedad de equilibrio usando el modelo linealizado de Azuara y colaboradores, que es: t WL

=

1 S 1 (WL∞ )

+

t WL∞

Para determinar la humedad de equilibrio (WL͚ ) es necesario realizar una regresión lineal, obteniendo los datos a

Volumen 1, nº 1

partir de t /WL versus t . Usando los datos de las dos primeras columnas de la Ta bla 4 se obtienen los datos de la tercera columna; y la correspondiente línea de regresión de la Figura 15. El modelo de Azuara y colaboradores también puede expresarse como:

y =

WL ;

a=

S 1 (WL∞ )

b=

y = 0,0512x + 2,8872 2

R = 0,9421

10,00

L 8,00 W / t 6,00

2,00

Esta ecuación es semejante a la ecuación de una recta: y = a + bx. Para nuestro caso:

1

12,00

4,00

 1  1 t t = +  WL S 1 (WL∞ )  WL∞ 

t

14,00

1 WL

∞ y Reemplazando el valor obtenido en la regresión de la constante b para obtener WL͚ , tenemos: b = 0,0512; WL͚ = 1/0,0512 = 19,53. Esto quiere decir que en un tiempo infinito y dadas las condi-

0,00 0

50

100

150

200

t (min)

ciones del proceso de deshidratación osmótica, se logrará desalojar 19,53 g de agua por cada 100 g de muestra. Como vemos, no hemos llegado experimentalmente al equilibrio, lo que hace de este modelo uno de los más prácticos, fáciles de aplicar y, lo mejor de todo, no toma en cuenta la geometría del alimento.

Figura 15 Línea de regresión ajustada y ecuación de regresión obtenidas con los datos de la Tabla 4.

Perspectivas futuras de la DO La deshidratación osmótica es una tecnología emergente de relativa actualidad. Ésta tiene el potencial de promover el desarrollo hortofrutícola del país, además de proveer a los consumidores con productos de excelente calidad, debido a que no utiliza el tratamiento con calor; por consiguiente hay una pérdida mínima de compuestos (vitaminas, antioxidantes, etc.) importantes para la salud. Por lo expuesto en este boletín, la deshidratación es un campo abierto a la investigación. Las tecnologías de pre y postratamiento recién se están estudiando intensivamente. Algunas tecnologías

emergentes como el uso de alta presión hidrostática o el de pulsos eléctricos se muestran como técnicas complementarias eficaces en el proceso de deshidratación osmótica. En conclusión, se avizora un futuro bastante prometedor para la DO de frutas y vegetales; sobre todo en un país como el Perú, donde la naturaleza le ha dotado con una incomparable biodiversidad. Los principales ejes que deberán guiar las futuras investigaciones en deshidratación osmótica deberán estar centradas en resolver los siguientes puntos: un entendimiento más completo acerca

“La deshidratación osmótica es una tecnología emergente de relativa actualidad”

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Piña en cubitos deshidratada por ósmosis.

de la cinética de deshidratación osmótica. Se requiere un análisis sistemático de las combinaciones óptimas del tratamiento osmótico con otras operaciones unitarias para producir productos con excelentes cualidades sensoriales. Por el lado de la adopción tecnológica, la DO aún requiere de estudios conducentes hacia el diseño de maquinaria apropiada para el proceso de ósmosis. Otra razón que impide la adopción industrial de la DO, es el costo de la solu-

ción osmótica; ésta requiere medios apropiados para ser adecuadamente reciclada y/o reconcentrada y hacer de la osmodeshidratación una alternativa tecnológica muy rentable. Además, esta tecnología deberá ser aplicada a toda la gamma de productos hortofrutícolas exóticos existentes en nuestro país; con la finalidad de alentar su consumo y producción. Esto redundaría en la creación de microempresas dedicadas a la elaboración de estos productos.

Conclusiones

Piña sumergida en solución osmodeshidratante.

Fruta confitada, producto resultante de la deshidratación por ósmosis.

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El acceso a alimentos de calidad y en cantidad suficiente es fundamental para la supervivencia del ser humano. De ello depende su salud y una adecuada nutrición. A nivel global, todavía hay mucho alimento disponible a pesar de que muchas extensiones de tierra están siendo degradadas y muchas otras no son aptas para cultivo. Para satisfacer la demanda, los alimentos tienen que ser suministrados en el lugar y tiempo adecuados, y con el alto grado de calidad requerida por los consumidores. Esta dotación espacial, temporal, cualitativa y cuantitativa de alimentos plantea el más grande reto a todos los actores comprometidos en la producción y provisión de productos alimenticios. El crecimiento demográfico alcanzará cifras alarmantes los próximos años. La producción de alimentos para estas grandes masas poblacionales vendrá, no obstante, de cultivar la misma extensión de tierras. En nombre del abastecimien-

to, se desarrollarán métodos para incrementar la productividad, muchas extensiones de tierras serán anexadas a las ya existentes. Sin embargo, el efecto irremediablemente será un empobrecimiento de éstas y, consecuentemente, una escasez de alimentos nunca antes vista. La falta de agua potable para el riego de las extensiones cultivadas agudizará aún más el problema. En el futuro, las naciones más poderosas del mundo serán las que tengan garantizada la seguridad alimentaria de su población, con alimentos de calidad y en la cantidad suficiente. Por ello, el compromiso de los agricultores, técnicos, tecnólogos y científicos de alimentos es hacia la maximización de la producción y minimización de las pérdidas, que en el caso particular de nuestro país, asciende a más del 40% de la producción. Por ello, para sobrellevar este pro blema se hace necesario difundir nuevas tecnologías que nos ayuden a salir del atraso en el que estamos sumidos.

Volumen 1, nº 1

Créditos y agradecimientos ag radecimientos Los autores desean expresar sus agradecimientos a todos quienes facilitaron sus derechos para reproducir las fotografías, ilustraciones y textos; sin los cuales, esta publicación no sería ilustrativa. Se han hecho todos los esfuerzos para contactar con los dueños de los derechos de autor y, a la vez, expresamos nuestras disculpas en caso de cualquier omisión.

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Figura de piña en anillos Pág. 6 tomada de http:// www.displayit-info.com/food/images/ garnish/4556.JPG.

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Figura de mango Pág. 7 tomada de http:// mk23.image.pbase.com/u32/dannysmythe/ upload/21203987.Mango.jpg.

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Figura de la manzana en Pág. 1 tomada de http:// aliciante.weblog.com.pt/arquivo/maca.jpg.

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Figura 1(Pág. 2) y Figura 2(Pág.3) tomadas de http://www.um.es/molecula/sales06.htm.

Figura de pimiento Pág. 8 tomada de http:// www.foodsubs.com/Photos/hollandbellpepper.jpg.

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Figura de la papaya Pág. 2 tomada de http:// www.marions-kochbuch.de/index-bilder/papaya.jpg.

Figura de fresa Pág. 9 tomada de http://cognitiva.net/ res/imagens/morango_b.gif

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Figura de las zanahorias Pág. 3 tomada de http://

Figura de tomate Pág. 10 tomada de http:// www.senioractu.com/photo/350860-432871.jpg

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Figura de la cucharada cucharada de azúcar Pág. 11 tomada de http://www.ps.uci.edu/~tom http://www.ps.uci.edu/~tomba/ants/sugar.jpg. ba/ants/sugar.jpg.

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Fórmula molecular del EDTA Pág. 11 tomada de http://nationaldiagnostics.com/images/edta.jpg

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Figura 9 Pág. 14 inspirado parcialmente en las Figuras 8.5 y 8.6 de Barbosa-Cánovas CV, VegaMercado H (2000) Deshidratación de alimentos. Edit. Acribia, Zaragoza, España. Deshidratación osmótica, 235—255.

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entrepinoys.blogspot.com/2006/09/growingcarrot-cucumber-and-chayote_05.html. Figura de la patata Pág.4 tomada de http:// laposadadelbosque.blogcindario.com/2006/03/ index.html. Figura de camote Pág. 4 tomada de http:// upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ thumb/3/38/5aday_sweet_potato.jpg/280px5aday_sweet_potato.jpg. Figura de kiwi Pág. 5 tomada de http:// www.foodreference.com/assets/images/ autogen/a_kiwi_1.jpg Figura de manzana roja Pág. 5 tomada de http://florent.blog.lemonde.fr/files/

tomada de http://www.jfbny.com/images/photos/ tropical_fruits.jpg.

pomme.thumbnail.jpg

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Figuras 10, 11, 12a—12h, Págs. 14 y 15 reproducidas con autorización y cedidas muy amablemente por Puschmann R, Descrição da tecnologia de processamento mínimo de frutas, Exposição, UFV, Viçosa, Brasil. Figura de frutas tropicales deshidratadas Pág. 16

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Figura 13 Pág.16 tomada de http://www.fao.org/ docrep/008/y5771s/y5771s03.htm.

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Figura de peras enteras Pág. 17 tomada de http:// recursos.cnice.mec.es/bancoimagenes/ ArchivosImagenes/DVD03/CD03/h19379_a.jpg

•

Figura de rodajas de plátano deshidratado Pág. 17 tomada de h ttp://parrotisland.mainsecureserver.com/ ttp://parrotisland.mainsecureserver.com/ catalog/images/Banana%20Chips.jpeg.

•

Figura 14a—14c Pág. 18 tomada de http:// www.todafruta.com.br/todafruta/ mostra_conteudo.asp?conteudo=5356.

•

Figura del trozo de carne Pág. 19 tomada de http:// csumeats.clients.webcorelabs.com/images/NY% 20Strip%20Steaks.jpg

•

Figura de piña deshidratada en cubitos Pág. 20 tomada de http://www.qnf.com.au/images/ f027_sml.jpg.

•

Figura de fruta confitada Pág.20 tomada de http:// www.visitbelgium.com/images/CandiedFruit.gif.

•

Figura de trozos de piña sumergida en solución osmótica Pág. 20 tomada de http://www.fao.org/ docrep/008/y5771s/y5771s03.htm.

Reiteramos nuestra deuda de gratitud intelectual a quienes contribuyeron con valiosos aportes en la elaboración de esta publicación. Los autores

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Acerca del boletín y autores El Boletín de Divulgación Tecnológica Agroindustrial es un esfuerzo profesional por poner al alcance de la colectividad agroindustrial, los conocimientos de tecnologías agroalimentarias más relevantes. El tema central de este número es la Deshidratación Osmótica de Alimentos, cuya adopción todavía no está generalizada en nuestros países. Por otro lado, con el mismo entusiasmo puesto en esta publicación, esperamos mantenerlos actualizados con conocimientos generados por la investigación en el área de la agroindustria y tecnología de los alimentos. Además, es el deseo expreso de los autores que, a través de este medio, se difundan el conocimiento y las bondades de nuevas tecnologías; y que ello repercuta en la autogeneración de micro y pequeñas empresas a lo largo y ancho de todo el Perú. Finalmente, esperamos que sea de utilidad y, a la vez, recibir vuestras sugerencias para que el boletín vaya mejorando en sus próximas ediciones.

apple slices. J Food Sci., 67(2): 842—847.

Cómo citar esta publicación Suca Apaza CA, Suca Apaza GR (2010) Deshidratación osmótica de alimentos. Boletín de Divulgación Tecnológica Agroindustrial . Edit. Cadi SAC, Lima, Perú. 24 p. Está permitida la reproducción, siempre que su utilización sea con fines académicos, aprendizaje y/o enseñanza. Titulo original Deshidratación osmótica de alimentos

Boletín de Divulgación Tecnológica Agroindustrial Autores

Carlos Alberto Suca Apaza Guido Rene Suca Apaza Si desea una copia impresa o digital, solicítela escribiéndonos a: [email protected] [email protected]

Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú Nº 2012-01941 IMPRESO EN PERÚ Imprenta Publicistas y Editores Cadi SAC Lima, Perú

Carlos Alberto Suca Apaza es Ingeniero Agroindustrial de la Universidad Nacional del Altiplano. Tiene estudios de Maestría en Tecnología de Alimentos en la Universidad Nacional Agraria La Molina. Ha sido docente en la Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac, y la Universidad Nacional de Moquegua. Moquegua. Es ponente en eventos académicos a nivel nacional e internacional. Es coautor de Bioquímica de Alimentos y Competitividad de la Quinua , y autor del libro Manual de Osmodeshidratación de Alimentos.

Guido Rene Suca Apaza es Ingeniero Agroindustrial de la Universidad Nacional del Centro del Perú, estudió Ingeniería Agroindustrial en la Universidad Nacional del Altiplano. Tiene estudios de Maestría en Ciencias Ambientales en la Universidad Nacional Agraria La Molina. Actualmente es investigador adjunto de la Universidad Nacional del Centro del Perú y coinvestigador de la Universidad Continental de Ciencias e Ingeniería. Laboró en el Centro Internacional de la Papa haciendo análisis espectrofotométrico de vitaminas y polifenoles.

Deshidratación osmótica

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