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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

pocas de cosecha es conservarlos mediante la disminucin del contenido de agua. Para esto,

desde la antigedad emple el secado al sol y en algunos casos lo complement con la

impregnacin de sal.

Hoy, la investigacin tecnolgica busca la aplicacin de otras tcnicas mas eficientes de

deshidratacin, bajo condiciones controladas para producir mayores volmenes de mejor

calidad.

Desafortunadamente durante la deshidratacin de las frutas ocurren cambios mas o menos

intensos que disminuyen en calidad y cantidad el contenido de nutrientes bsicos para la dieta

humana y cambian las caractersticas 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 investigacin y desarrollo de tcnicas

de conservacin 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

qumicos Conservantes.

Entre las tcnicas que son objeto de investigacin en la seccin de vegetales del ICTA., para su

aplicacin en frutas se halla la deshidratacin Osmtica Directa.

Esta tcnica permite obtener productos que renen las caractersticas arriba mencionadas y

adems los costos de produccin son ms bajos, si se compara con las tcnicas que emplean calor

o fro para los diferentes procesos de deshidratacin.

En esta publicacin y en la gua elaborada para la sesin prctica, se describen en detalle los

fundamentos de esta tcnica: la viabilidad de emplearla con frutas; el proceso que de manera

general aplica; los factores que ms influyen en la velocidad de deshidratacin; las caractersticas

y los usos de las frutas y jarabes obtenidos; las ventajas y desventajas de su aplicacin, los clculos

para su realizacin y el control de calidad correspondientes que permiten determinar las

cantidades y caractersticas de las materias primas y los productos obtenidos. Finalmente se

presentan algunos resultados logrados con las investigaciones adelantadas en los ltimos aos.

2. FUNDAMENTOS DE LA DESHIDRATACIN OSMOTICA DIRECTA

Con el objeto de definir la smosis, es preciso definir antes la difusin. Esta ltima es el acto por

el cual, dos cuerpos en contacto, se van mezclando lentamente por si mismos. Este fenmeno es

debido a la energa cintica que tienen las molculas, 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 aade agua que los cubra. Al poco rato los cristales espontneamente forman una solucin

cada vez ms homognea, es decir, la sal termina por repartirse uniformemente entre las

molculas de agua.

Algo similar sucede cuando en un recinto cerrado en relativo reposo alguien enciende un

cigarrillo. Las molculas de humo rpidamente se mueven en todas direcciones, distribuyndose

uniformemente, con lo que le permite a todos los presentes enterarse por el olfato que alguien

est fumando. Ello es posible porque ocurre el fenmeno de difusin.


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La OSMOSIS es el fenmeno de difusin de lquidos o gases, a travs de una sustancia permeable

para alguno de ellos.

Si un compartimento de agua pura se separa de una disolucin acuosa por medio de una

membrana rgida permeable al agua, pero impermeable a los solutos, habr un paso espontneo

de agua desde el compartimento que contiene agua pura hacia el que contiene la disolucin.

La transferencia de agua se puede detener aplicando a la disolucin una presin, adems de la

presin atmosfrica. El valor de esta presin adicional necesaria para detener el paso de agua

recibe el nombre de PRESION OSMOTICA de la disolucin.

De lo anterior se puede deducir que a mayor concentracin de solutos en un compartimento,

que puede ser una clula, mayor ser la presin osmtica que posea, es decir mayor ser su

capacidad de absorber agua de la solucin ms diluida, de la cual esta separada por la membrana

permeable al agua.

Las paredes o membranas biolgicas 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

molculas ms grandes y complejas, a no ser que se haga por fenmenos 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 travs de la membrana hacia el interior de la vejiga, por la tendencia a diluir

la solucin de alcohol.

En este ejemplo, el alcohol ejerce su propia presin osmtica sobre la pared de la vejiga

buscando absorber el agua a travs de la membrana y como la puede atravesar, pasa y aumenta

el volumen de lquidos en el interior. Como este caso, en los tejidos biolgicos se presentan

muchos donde la smosis es un fenmeno central para el normal desarrollo de la vida.

3. EMPLEO EN LA DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS.

La aplicacin del fenmeno de smosis en la deshidratacin de frutas se puede lograr debido a

que un buen nmero de frutas, como es el caso de la fresa, papaya, mango o meln 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

ms o menos rgida que acta como membrana semipermeable. Detrs de estas membranas

celulares se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas, donde se hallan disueltos slidos

que oscilan entre el 5 a 18% de concentracin. Si esta fruta entera o en trozos se sumerge en una

solucin o jarabe de azcar de 70%, se tendra un sistema donde se presentara el fenmeno de

smosis.

Los jugos en el interior de las clulas de la fruta estn compuestos por sustancias disueltas en

agua, como cidos, pigmentos, azcares, minerales, vitaminas, etc. Algunas de estas sustancias o

compuestos de pequeo volumen, como el agua o ciertos cidos, pueden salir con cierta facilidad

a travs de orificios que presenta la membrana o pared celular, favorecidos por la presin

osmtica que ejerce el jarabe de alta concentracin donde se ha sumergido la fruta.

La presin osmtica presente ser mayor en la medida que sea mayor la 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 extrada 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 inmersin.


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La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre en la fruta depender de la impermeabilidad de

las membranas a este soluto. Por lo general los tejidos de las frutas no permiten el ingreso de

sacarosa por el tamao de esta molcula, aunque si pueden dejar salir de la fruta molculas mas

sencillas como ciertos cidos o aromas.

En circunstancias como el aumento de temperatura por escaldado previo de las frutas, la baja

agitacin o calentamiento del sistema se puede producir ingreso de slidos hasta un 6 a 10 %.

Como hasta ahora se ha visto, de las caractersticas y las condiciones en que se realice el proceso,

dependern los fenmenos que dentro del sistema fruta:jarabe se presenten. Este proceso que es

muy sencillo de llevar a cabo, tiene una metodologa propia que puede ser aplicada en

condiciones nada especiales como se presenta a continuacin.

4. DESCRIPCION DEL PROCESO

El proceso de obtencin de frutas deshidratadas mediante smosis directa se realiza de la

siguiente forma (ver esquema):

ESQUEMA 1: PROCESO DE DESHIDRATACIN OSMOTICA DE FRUTAS

Preparacin de la fruta: Se debe seleccionar una fruta que posea estructura celular rgida o sem.

rgida. Es decir que se puede cortar en trozos como cubos, tiras o rodajas. No serviran para este

propsito la pulpa de maracuy o lulo maduro, es decir frutas que posean pulpa lquida.

La fruta se lava, y puede trabajarse entera o en trozos. Si la piel es muy gruesa y poco permeable

no permite una deshidratacin rpida. En este caso se puede retirar la cscara o aplicarle un

tratamiento de permeabilizacin.

El tratamiento de permeabilizacin puede consistir en disolver la pelcula de cera con una

sustancia apropiada o someter la fruta a un tratamiento de escaldado, es decir mediante la accin


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de calor durante un tiempo de 1 a 3 minutos. El escaldado disminuye la selectividad de las

paredes de las clulas, con lo que se acelera la deshidratacin.

Deshidratacin osmtica: El agente osmodeshidratante debe ser un compuesto compatible con

los alimentos como el azcar de mesa, (sacarosa) o jarabes concentrados como la miel de abejas

o jarabes preparados a partir de azcares.

La sal de cocina no es empleada para deshidratar frutas por la posibilidad de comunicarle un

sabor desagradable, aunque se ha agregado en mnima cantidad al jarabe de azcar para

aumentar la velocidad de deshidratacin.

Otros compuestos como los presentados en la tabla 1. Pueden ser empleados , todo depender

de la disponibilidad y rentabilidad del mismo.

La fruta en trozos se sumerge en el jarabe o impregnan con el azcar dentro de un recipiente

adecuado, como puede ser una caneca plstica o de acero inoxidable. De inmediato el agua de la

fruta sale hacia el jarabe, debido a la presin osmtica que se genera dentro de este.

La mayor velocidad de osmodeshidratacin 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 prdida de peso promedio en las frutas ms ensayadas como pia, mango,

guayaba o papaya es de alrededor del 40%, al cabo de cerca de seis horas de inmersin en

jarabe con agitacin y 20 a 25 C.

Como se menciono anteriormente, el fenmeno mas importante que se presenta es la salida de

agua, pero paralelo a este se puede presentar un ingreso de slidos del jarabe al interior de la

fruta teniendo en cuenta esto, que se puede resumir que en total la fruta aumenta la proporcin

de slidos en su interior por dos causas: la salida y el ingreso de slidos. Este aumento de slidos

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 osmodeshidratacin 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 caractersticas especficas que en la mayora de los casos son bastante

aceptables.

Los trozos se extraen del jarabe y la mayor parte de este se retira por medio de un rpido

enjuague y escurrido. Los trozos, segn el grado de deshidratacin alcanzado, se puede someter a

procesos complementarios que le darn mayor estabilidad hasta el punto de poderse mantener a

condiciones ambientales con un empaque adecuado.

Algunos de los procesos complementarios son la refrigeracin, congelacin, pasterizacin,

liofilizacin, secado con aire caliente, adicin de conservantes o empacado en vaco.

Con estos procesos se logra prolongar la vida til de almacenamiento de los productos,

dependiendo de la utilizacin que se le vaya a dar.

Empaque: En general las caractersticas del material de empaque deben responder al nivel de

estabilidad esperado del producto empacado.


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Un producto sometido a deshidratacin osmtica, como nico sistema de estabilizacin y ha

alcanzado un nivel de humedad inferior al 30%, se puede conservar a temperatura y humedad

relativas ambientales de Bogot, por ejemplo, no requiere empaque especial o puede ser uno

construido con pelcula de celofn papel o polietileno delgado, para que la humedad que por

difusin 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 pasterizacin o refrigeracin, el empaque debe ser una pelcula de baja

permeabilidad a gases, es decir que no deje entrar ni salir vapor de agua y menos ingresos de

microorganismos. La pelcula 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 adems se complete su conservacin 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 smosis con otra tcnica de conservacin que incluya

calor o fro o agentes conservantes, de manera que hongos o levaduras puedan desarrollarse y

deteriorar el producto.

Una tcnica complementaria recomendada para un producto parcialmente deshidratado por

smosis es exponerlo a un ambiente seco (60-70% de humedad) durante 24 a 48 horas, para

que se deshidrate un poco ms y se pueda conservar sin empaque hermtico. Este producto

tendr la apariencia y caractersticas de la comn uva pasa.

5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DESHIDRATACION.

La reduccin del peso de la fruta sumergida en la solucin o jarabe concentrado durante un

tiempo determinado, puede ser tomado como indicador de la velocidad de deshidratacin. ( Ver

figura 1 a continuacin).

Figura 1. Curva A: Reduccin porcentual de peso (% WR) en funcin del tiempo , de las muestras de manzana en cubos

sumergidos en una solucin de sacarosa de 60 Bx. Curva B: Variacin de la concentracin ( en o Bx) del jarabe durante el

proceso osmtico ( 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 deshidratacin. Estos factores estn estrechamente relacionados con las

caractersticas 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 caractersticas estructurales de las

paredes o membranas celulares: la cantidad de superficie que se ponga en contacto con el jarabe

y la composicin de los jugos interiores de la pulpa.

La pulpa entera con cscara, de caractersticas cerosas como la breva, al ser sumergida en el

jarabe sufrir una deshidratacin ms lenta que una fruta sin cscara. Lo anterior se presenta por

el " obstculo " que constituye para la salida del agua, la cscara que contiene sustancias de

carcter aceitoso o ceroso. En recientes investigaciones se ha visto como con pretratamientos son

sustancias que disuelven las ceras o la accin del calor (escaldado), se aumenta la permeabilidad

de las paredes.

Los trozos de pia sumergidos en jarabe pierden mayor cantidad de agua que las rodajas de

banano en el mismo tiempo, debido a la estructura ms " apretada " y la mayor cantidad de

almidones que posee el banano.

De manera anloga, perdern agua ms rpido los trozos de pia en forma de cubos de 2cm,

que las rodajas de 10cm de dimetro. Esto es debido a la mayor superficie especfica expuesta al

jarabe que tiene la forma de cubos.

En cuanto a los factores que influyen en la velocidad de deshidratacin de frutas, debido a las

caractersticas del jarabe se hallan la composicin y la concentracin. Dependiendo de la

naturaleza qumica de los compuestos empleados para preparar el jarabe, es decir su

composicin, estos van a ejercer una diferente presin osmtica. Algunos Autores expresan esta

fuerza osmtica en trminos de osmosidad, trmino que expresa el nmero de moles de cloruro

de sodio por litro necesarias para obtener una solucin con la misma presin osmtica de la

solucin en estudio. Ver tabla 1.

Esta osmosidad ser 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 tomos son altamente

ionizables en agua, por lo que se constituye en un soluto de alta osmosidad y de hecho desde la

antigedad se emple en la osmodeshidratacin de pescado y carnes conocidas hoy cono el

pescado salado de Semana Santa o el jamn serrano.

Soluto g de soluto Por 100 g De solucin

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 0.550

Glucosa 0.030 0.159 0.342

Sacarosa 0.015 0.084 0.181 0.295 0.428


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

La concentracin 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 presin

osmtica, favoreciendo un rpido flujo de agua a travs de la membrana en busca del equilibrio.

(Ver figura 2 a continuacin).

Figura 2. Reduccin porcentual de peso ( % WR) en funcin del tiempo, de muestras de manzana en cubos sumergidos

en una solucin de sacarosa de diferentes concentraciones ( en Bx).

* = Ajuste continuo de Bx ( Lerici, 1977).

El peso molecular y el tamao del compuesto de que est preparado el jarabe, tambin influyen

para que se produzca el fenmeno de ingreso de este compuesto a la fruta a travs de la

membrana, paralelo a la salida de agua de la fruta hacia el jarabe. El ingreso de los slidos es del

orden del 3 al 10% del total de los slidos de la fruta y se produce a mayor velocidad durante

los primeros minutos de inmersin. Ver figura 4.

Otros factores que influyen en la velocidad de deshidratacin estn los relacionados con las

condiciones del sistema fruta:jarabe. Estos factores son la temperatura y la agitacin.

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 deshidratacin, debido a la mayor movilidad de las molculas y a la prdida de la selectividad

de la membrana, la cual permite un mayor intercambio de agua que sale de la fruta, pero

tambin un mayor ingreso de solutos o componentes del jarabe. Esto reforzado por el contacto

mas intimo entre el jarabe, que por accin del calor se ha hecho menos espeso y las paredes de

las clulas. (Ver figura 3 a continuacin).


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Figura 3. Reduccin porcentual de peso (% WR) en funcin del tiempo, de muestras de manzana en cubos sumergidos en

una solucin de sacarosa de 60 Bx mantenida a diferentes temperaturas ( Lerici, 1977)

La agitacin peridica al sistema tambin produce un importante aumento en la velocidad de

deshidratacin. 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 tambin 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

ser reemplazada por jarabe concentrado que permitir el nuevo Establecimiento de una alta

diferencia de concentracin entre el aumento de la velocidad de deshidratacin.

De igual forma se ha detectado un menor ingreso de soluto del jarabe al interior de la fruta si se

mantiene la agitacin. Esto se podra explicar por la dificultad que produce el flujo de agua que

sale de la fruta a las molculas de soluto que traten de ingresar, es decir el soluto ira en contra de

la corriente del agua de la fruta. Otro factor que aumenta la velocidad de deshidratacin es la

relacin fruta:jarabe. Cuando esta relacin 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

rpidamente que si la relacin fruta:jarabe se cambia a 1:3.

Recientemente se ha incluido otro factor que puede acelerar el proceso de deshidratacin, como

es la disminucin de la presin atmosfrica mediante aplicacin de vaco al sistema. Esta tcnica

permite la salida de gases ocluidos en el interior de las paredes de la fruta los cuales son una

barrera para la osmodeshidratacin. Adems la disminucin de la presin permite una salida ms

rpida del agua por la ausencia parcial de la barrera que ejerce la fuerza de la gravedad sobre la

pared celular.

Finalmente, existen otros parmetros diferentes a la prdida de peso, que permiten visualizar de

manera mas completa la evolucin y efectos de la osmodeshidratacin en la fruta y en el jarabe.

Estos parmetros son: el contenido de agua (WC, Water contain), que permanece en la fruta. La

prdida de agua (Wl,Water Loss), la ganancia de slidos (SG, solids gain), que proviene del

jarabe, u la actividad del agua, (AW).

Este ltimo parmetro 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 especfico 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 bioqumicas. Dependiendo del valor obtenido se sabr si la fruta es

estable o no para el desarrollo de cierto tipo de deterioro.(Ver figura 4 a continuacin).

Figura 4. Evolucin de algunas variables en el curso de la deshidratacin osmtica de manzanas en cubos sumergidas en

jarabe de glucosa de 51 Bx.

Aw= actividad e agua; %WR= Reduccin 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 slidas 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 tcnica pueden tener diferentes caractersticas segn el grado

de estabilidad que almacenen. Este grado de estabilidad depender del nivel de deshidratacin

alcanzado durante la inmersin en el jarabe o por la aplicacin de tcnicas complementarias de

conservacin.

Cuando se necesita un producto derivado de una fruta lo ms parecido a la fruta fresca pero de

alta estabilidad, se debe recurrir a complementar el producto mediante otras tcnicas de

conservacin como el fro (refrigerado, congelado), el calor (escaldado , pasterizado) o los

aditivos (sulfitado, sorbato, benzoato, cido ascrbido).

Generalmente mediante esta tcnica 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 pastelera, la lctea, la de

pulpas para obtener concentrados.

Tambin se pueden emplear como productos estables a condiciones ambientales cuando han

llegado a perder cerca del 70 % del agua, semejante a las uvas pasas, pudindose emplear como

pasabocas solo o mezclados.

Los jarabes usados y resultantes de la deshidratacin tambin pueden ser utilizados como

ingredientes de otros productos. En otros jarabes, luego de haber sido retirada la fruta,

permanecen compuestos extrados de la misma, que conservan las caractersticas 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

caractersticas de los jarabes, se les puede utilizar como edulcorantes de productos Especficos,

como sera el caso de nctares, yoghurts, salsas para helados y otros con caractersticas de esa

fruta.

Estos jarabes tambin pueden ser reutilizados en nuevos procesos de deshidratacin, si son

llevados a concentraciones adecuadas para generar su fuerza osmtica y adems evitar la

posibilidad de fermentacin.

Esta interesante aplicacin ha permitido comprobar que las frutas sumergidas en jarabes

reutilizados, poseen mejores caractersticas sensoriales que las frutas que se deshidratan en jarabes

frescos. La explicacin es que en un jarabe fresco adems de extraer agua, tambin atrapa aromas

sabores y colores de la fruta como se mencion 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

terminar con mayor y mejor aroma y sabor. En estos jarabes reutilizados el fenmeno que con

mayor fuerza se presenta es la salida de agua de la fruta al jarabe, para compensar la presin

osmtica que se ejerce al interior del jarabe.

Teniendo en cuenta las aplicaciones descritas hasta ahora, conviene resumir las ventajas y

desventajas que ofrece sta tcnica y evaluar la posibilidad de incorporarla en Colombia para la

mayor conservacin y el mejor aprovechamiento de nuestros recursos.

7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA OSMOSIS.

Despus de adelantar una serie de investigaciones durante los ltimos aos a nivel de laboratorio

y algunos ensayos en Planta piloto, se ha logrado comprobar ciertas ventajas del proceso de

deshidratacin osmtica aplicado principalmente a frutas. Algunas de las ventajas logradas estn

relacionadas con la conservacin de la calidad sensorial y nutricional de las frutas.

El agua que sale de la fruta al jarabe de temperatura ambiente y en estado lquido, evita las

prdidas de aromas propios de la fruta, los que si se volatilizaran o descompondran a las altas

temperaturas que se emplean durante la operacin de evaporacin que se practica durante la

concentracin o deshidratacin de la misma fruta mediante otras tcnicas.

La Ausencia de oxgeno en el interior de la masa de jarabe donde se halla la fruta, evita las

correspondientes reacciones de oxidacin (pardeamiento enzimtico) que afectan directamente la

apariencia del producto final.


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La deshidratacin de la fruta sin romper clulas y sin poner en contacto los sustratos que

favorecen el oscurecimiento qumico, permite mantener una alta calidad al producto final. Es

notoria la alta conservacin de las caractersticas nutricionales propias de la fruta.

La fruta obtenida conserva en alto grado sus caractersticas de color, sabor y aroma. Adems, si se

deja deshidratar suficiente tiempo es estable a temperatura ambiente (18 C) lo que la hace

atractiva a varias industrias.

La relativa baja actividad de agua del jarabe concentrado, no permite el fcil desarrollo de

microorganismos que rpidamente atacan y daan las frutas en condiciones ambientales.

Esta tcnica tambin presenta interesantes ventajas econmicas, teniendo en cuenta la baja

inversin inicial en equipos, cuando se trata de volmenes pequeos a nivel de Planta piloto,

donde solamente se requieren recipientes plsticos medianos, mano de obra no calificada, sin

consumo de energa elctrica y adems los jarabes que se producen, pueden ser utilizados en la

elaboracin de yoghurts, nctares, etc.) a fin de aprovechar su poder edulcorante y contenido de

aromas y sabores de la fruta osmodeshidratada.

Por otra parte el uso de azcar (sacarosa) o jarabes y melazas tan disponibles en nuestro medio

rural, con la posibilidad de su reutilizacin bien sea en nuevos procesos o para edulcorar otros

productos la hace una tcnica interesante.

Entre las limitaciones que presenta esta tcnica de smosis est que no a todas las frutas puede

aplicarse. Por ahora solo se emplean las frutas que presentan estructura slida y pueden cortarse

en trozos. Tampoco se recomiendan las frutas que poseen alto nmero de semillas de tamao

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

o la pia, aunque se puede corregir este inconveniente ajustando la acidez del jarabe a fin de que

la relacin de sabor cido-dulce sea agradable al gusto.

Una caracterstica en la operacin de inmersin de la fruta en el jarabe es la flotacin. Esto es

debido a la menor densidad de la fruta que tendr 5 a 6 veces menos brix que el jarabe y adems

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 circulacin del jarabe a

travs de cada trozo, con lo que se obtiene la smosis parcial de la fruta.

Las frutas obtenidas, dependiendo del grado de deshidratacin, por lo general no son productos

estables, sino semielaborados que pueden complementarse con otras tcnicas que podran

encarecer el producto final. Las investigaciones desarrolladas en diferentes centros han estudiado

complementar la smosis con la refrigeracin, pasterizacin, congelacin, deshidratado mediante

diferentes tcnicas o en condiciones de secado solar. Los resultados han sido diversos tanto en

calidad sensorial como de vida til en anaquel. En el ICTA se han desarrollado productos en los

que se ha combinado la smosis con la deshidratacin por aire caliente y la pasterizacin.

Tambin se presentan inconvenientes con el manejo de los jarabes. Algunos de estos

inconvenientes estn relacionados con el almacenamiento de los altos volmenes que se

necesitan, su reutilizacin una vez se hayan concentrado de nuevo; el enturbiamiento que se

genera por el desprendimiento de solutos y partculas de las frutas all sumergidas; el riesgo de

contaminacin microbiana cuando ha descendido a niveles inferiores a 60Bx; la resistencia de los

microorganismos a los tratamientos trmicos higienizantes; la necesidad de conservar los jarabes

almacenados bajo condiciones que eviten su fermentacin, y si ya avanz un poco esta

contaminacin puede transmitirse a la nueva fruta all sumergida. Finalmente est la presencia de

insectos que se puede generar en los sitios donde se manejan estos jarabes debido a la atraccin

que estos tienen por los aromas frutales que con el tiempo se pueden tornar difciles de erradicar.


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8. ALGUNOS RESULTADOS

Los estudios adelantados en el ICTA, sobre deshidratacin osmtica 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 volmenes y poder as 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, meln, mora, papaya, papayuela, patilla, pera, pia,

pitaya, tomate de rbol y uchuva.

Por ejemplo. Los niveles de perdida de agua alcanzados despus de 12 horas de inmersin en

jarabe de sacarosa de 70 Brix, de diferentes frutas en trozos, se presentan en la siguiente tabla:

FRUTA Prdida

Agua % FRUTA

Prdida

Agua %

Banano 34 Manzana 37

Mora 18 Melocotn 38

Peras 53 Tomate 32

Pia 52 Mango A. 52

Curuba 46 Breva 13

Guayaba 52 Papayuela 36

Fresa 51 Feijoa 38

Las caractersticas de los productos obtenidos se podran resumir as:

Las rodajas de banano se alcanzan a pardear ligeramente si estn muy maduras o no se sumergen

pronto en el jarabe. Una alternativa es sumergirlos en una solucin de cido ascrbico

inmediatamente se cortan y luego si sumergirlos en la solucin osmodeshidratante de jarabe. Los

trozos adquieren un sabor mas intenso.

La moras tardan mas del promedio de las dems frutas por las caractersticas de su piel. Con

previo congelado de la fruta y aplicacin de la osmosis se acelera la deshidratacin.

Las peras pueden tambin pardearse ligeramente sobre todo antes de sumergirlas en el jarabe. Se

puede seguir el proceso anotado para banano.

La deshidratacin 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 caracterstico que pasa al jarabe.

La deshidratacin de la breva es lenta debido a la impermeabilidad de las cscara. Esta aumenta

con el escaldado previo que se le puede dar.

La feijoa en rodajas permite obtener una fruta ligeramente pardeada; la cscara posee un fuerte

sabor caracterstico y el jarabe resultante es altamente aromtico. 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

osmodeshidratacin han sido mnimos y en estos se ha empleado salmueras con resultados no

muy satisfactorios.

En el inmediato futuro se tiene programado adelantar investigaciones, con la estrecha

colaboracin de la facultad de ingeniera, sobre el desarrollo de equipos que permitan identificar

las condiciones de las operaciones y las caractersticas de los productos obtenidos a escala de

Planta piloto.

Para esto se espera tener el apoyo del sector productivo, quien en ltimas ser el que aplique los

desarrollos que la Universidad adelanta en el campo de la tecnologa de procesamiento de frutas.

9. BALANCE DE MATERIA

En el caso de reutilizar el jarabe empleado en la deshidratacin osmtica, este debe ser

concentrado nuevamente hasta los niveles adecuados. La concentracin se realiza para recuperar

su capacidad deshidratante, aprovechar los aromas y sabores que se desprendieron de la fruta en

la primera osmodeshidratacin y para evitar su deterioro.

El deterioro del jarabe puede consistir en una fermentacin o simplemente un enturbiamiento

natural. En caso de presentarse la fermentacin, que es muy grave por el sabor y aroma que se

genera, en cuyo caso se recomienda no volver a emplear. La fermentacin se produce porque la

concentracin de solutos es baja y permite el desarrollo cada vez mas acelerado de

microorganismos. Normalmente la descomposicin de los azcares elevan las concentraciones de

alcohol, esteres y cidos de sabor y olor desagradables.

Esta carga crece aceleradamente si la concentracin del jarabe alcanza niveles menores de 60%, a

los que se llegan por la dilucin 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 deshidratacin 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 concentracin del jarabe.

Las dos formas de alcanzar la adecuada concentracin del jarabe, antes de la inmersin del nuevo

lote son mediante la adicin de azcar (u otro soluto) o la evaporacin de agua. (Analizar

esquema adjunto).

La primera forma se logra a partir de los clculos que se realizan para conocer la cantidad de

azcar que se debe agregar al jarabe que se tiene. Por este mtodo la cantidad de jarabe se va

incrementando despus de cada proceso. La ventaja de esta alternativa es que no se requiere de

energa para la reutilizacin del jarabe.

La segunda forma si requiere energa y se logra mediante la concentracin por evaporacin

controlada de parte del agua del jarabe. Esta concentracin se puede realizar bien sea a presin

atmosfrica o al vaco.

Esta tcnica de conservacin esta siendo estudiada en los pases desarrollados, teniendo en cuenta

la calidad de sus productos y el bajo consumo de energa que implica, frente a las dems tcnicas

tradicionales lograr concentrados de alta calidad aromtica. Esta tcnica ha sido propuesta para la

obtencin de mostos de vinos. Los compuestos astringentes y cidos son reducidos mejorando la

relacin azcar/cido. Los vinos obtenidos a partir de la fermentacin de este mosto modificado

presenta mejores cualidades organolpticas.


15

FUTUROS DESARROLLOS

Los reportes en literatura se limitan mximo a aplicaciones de osmodeshidratacin a nivel de

Planta piloto. Se necesita resolver los problemas tericos y prcticos al aumentar la escala de

produccin mediante el proceso osmtico. Existen problemas ingenieriles relacionados con el

movimiento de grandes volmenes de soluciones concentradas de azcar y equipos para

operacin continua. Tambin estn los problemas de agitar jarabes de alta viscosidad o el

problema de la flotacin del producto por la diferencia de densidad con el agente osmtico.

Otro aspecto es investigar sobre la prevencin de la fermentacin de los ingredientes durante el

proceso, a fin de, evitar grandes problemas cuando se logre escalar a nivel de Planta industrial.

Se necesita profundizar tambin en el estudio de modelos matemticos relacionados con el flujo

simultneo en contracorriente de materia durante el proceso osmtico, es decir de la salida de

agua desde la fruta e ingreso de soluto del agente osmtico hacia la fruta.

9. Cmo conservar mediante la deshidratacin y la concentracin de alimentos?

El secado ha sido, desde tiempos remotos, un medio de conservacin de alimentos. El agua

retirada durante este secado, deshidratacin o concentracin, puede ser eliminada de los

alimentos por las simples condiciones ambientales o por una variedad de procesos controlados

de deshidratacin en los que se someten a tcnicas que emplean diferentes medios como calor,

aire, fro, y smosis.

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 contaminacin y a prdidas debidas al polvo, los insectos, los roedores y otros

factores.

Por las razones anteriores el secado al sol evolucion a fin de realizarlo en recintos interiores en

donde las condiciones pudieran ser controladas en forma ms eficiente. Hoy en da el trmino

deshidratacin de alimentos se refiere al secado artificial bajo control. Esta eliminacin de agua

puede ser casi completa y se busca prevenir al mximo los cambios en el alimento, a fin de lograr

luego, durante la reconstitucin, obtener productos lo mas parecidos a los alimentos originarios.

Los niveles de humedad remanente llegan alcanzar valores de 1 al 5%, segn el producto. Por lo

general la calidad lograda en la de deshidratacin es proporcional al costo del proceso aplicado,

existiendo sus excepciones.

Los procesos llamados de evaporacin o concentracin tienen como finalidad la eliminacin de

solo una parte de agua de los alimentos, quizs una o dos terceras partes, como en la

preparacin de jarabes, leches evaporadas o pasta de tomate.

Adems de los fines de la conservacin, la deshidratacin 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 deshidratacin donde solo se retira el agua, a fin de mantener las caractersticas

de aroma y sabor del producto es al obtencin de caf instantneo.

Hay otras tcnicas en las que se emplea calor durante el proceso de retiro de agua. All se busca

que sea lo ms rpido posible, lo cual se logra teniendo en cuenta las siguientes variables:

rea expuesta: Entre ms dividido est el alimento, hasta cierto lmite, ms posibilidades

hay para que el calor penetre y deshidrate.


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Temperatura: Entre ms alta sea la diferencia de temperatura entre el medio de

transmisin de calor el alimento mayor la velocidad de salida de humedad.

Velocidad del aire.

Humedad del aire.

Presin atmosfrica

Por lo general la deshidratacin produce cambios fsicos, qumicos y sensoriales en los alimentos.

Entre los cambios fsicos estn el encogimiento, endurecimiento y la termoplasticidad. Los

cambios qumicos 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

reconstitucin, 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 deshidratacin, y el grado en que ocurren depende de la

composicin del alimento y la severidad del mtodo de secado.

Las reacciones de oscurecimiento pueden deberse a oxidaciones enzimticas, por lo que se

recomienda inactivarlas mediante tratamientos de pasterizacin o escaldado.

El oscurecimiento tambin puede deberse a reacciones no enzimticas. Estas se aceleran cuando

los alimentos se someten a altas temperaturas y el alimento posee elevada concentracin de

grupos reactivos y el secado alcanza niveles del 15 a 20%. Cuando se superan los niveles de

deshidratacin como el 2% los cambios en el color son menos intensos.

Otra consecuencia de la deshidratacin de alimentos es la dificultad en la rehidratacin. Las

causas son de origen fsico y qumico, teniendo en cuenta por una parte el encogimiento y la

distorsin de las clulas y los capilares y por otra, la desnaturalizacin de las protenas ocasionada

por el calor y la concentracin de sales. En estas condiciones estas protenas de las paredes

celulares no podrn absorber tan fcil de nuevo el agua, perdiendo as la turgencia y alterando la

textura que caracteriza a un determinado alimento.

La prdida parcial de componentes voltiles y de sabor es otro efecto de la deshidratacin. Por

esto algunos mtodos emplean atrapar y condensar los vapores producidos en el secador y

devolverlos al producto secado. Otras tcnicas usan agregar esencias y saborizantes que derivan

de otras fuentes, o bien agregando gomas u otros compuestos que reducen las prdidas de sabor

y aroma.

Los factores analizados se tienen en cuenta cuando se va a disear un equipo de deshidratacin

de alimentos. Todo debe tender a lograr la mxima velocidad del secado, con el mnimo de

dao al alimento al costo ms bajo. Para esto se debe trabajar en forma interdisciplinaria para

conseguir resultados ptimos.

El punto crtico es que el material biolgico que son los alimentos nunca es completamente

homogneo y tiende a comportarse de manera diferente debido a que es diferente su

composicin inicial, cantidad y caractersticas del agua que posee; los patrones de encogimiento,

migracin de solutos y ms importante, que cambian sus propiedades a lo largo de la operacin

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 Mtodos de secado.

Existen diferentes mtodos de secado y un mayor nmero de modificaciones de los mismos. El

mtodo 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 mtodos de secado por


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conveccin del aire, secadores de tambor o rodillo y secadores al vaco. Algunos de estos sirven

para alimentos lquidos y otros para slidos.

Cada uno de estos mtodos tiene un nmero mayor de variantes que se ajustan a las necesidades

de volmenes y caractersticas de productos finales.

9.2 La concentracin de alimentos

Esta forma de conservar los alimentos se realiza prcticamente por las mismas razones que se

emplea la deshidratacin. Aqu tambin se reduce el peso y el volumen que resultan en algunas

ventajas inmediatas. Casi todos los alimentos lquidos que se van a deshidratar se concentran

antes de ser sometidos a la deshidratacin. Los alimentos concentrados ms comunes incluyen

productos como los jugos y nctares de frutas, jarabes, mermeladas y jaleas, pasta de tomate, y

otros. Estos ltimos son bastante estables debido a las altas presiones osmticas que los

caracterizan.

Cuando los microorganismos se ponen en contacto con estos productos concentrados, sufren una

prdida de agua que resulta letal para su desarrollo. Estos alimentos se conservan por tiempos

prolongados sin refrigeracin, aunque estn expuestos a la contaminacin microbiana, a

condicin que no sean diluidos arriba de un punto crtico de concentracin por medio de la

asimilacin de humedad, por ejemplo del medio ambiente circundante.

La concentracin crtica de azcar o de slidos solubles vara segn el tipo de microorganismo, la

acidez del medio y la presencia de otros nutrientes, pero normalmente cerca de un 65-70% de

sacarosa en solucin detiene el crecimiento de todos los microorganismos en los alimentos.

Entre los mtodos de concentracin 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 pelcula descendente,

pelcula delgada y al vaco.

Otra tcnica de concentrar es mediante congelacin. Esta tcnica llamada Crioconcentracin se

basa en que al congelarse un alimento slido o lquido, no todos sus componentes se congelan

inmediatamente. Primero se congela una parte del agua, y sta forma cristales de hielo que

permanecen suspendidos en la mezcla. La solucin alimenticia que permanece sin congelar tiene

entonces una mayor concentracin de slidos. Este efecto va aumentando a medida que ms

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 centrifugacin a travs de un

tamiz de malla fina. La solucin de alimento concentrado sin congelar pasa por el tamiz, en tanto

que los cristales de agua congelada son retenidos y luego separados.

La smosis directa es otra tcnica que permite concentrar a temperatura ambiente alimentos

slidos. Un caso tpico que son las frutas en trozos, que al ser sumergidas en soluciones

concentradas de azcares, por el fenmeno de smosis el agua de las clulas 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 sta a travs 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 lcteos.


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La concentracin elevada del jarabe o compuesto que rodea los trozos de fruta no permite el

crecimiento microbiano, adems evita el contacto directo con el oxigeno, y todo esto en

condiciones ambientales, sin necesidad de invertir de manera importante en energa o en equipos

sofisticados para lograr concentrar este tipo de alimentos.

En la tcnica de smosis directa son factores importantes que influyen en la velocidad de

deshidratacin la temperatura, agitacin, presin, composicin del sistema, cantidad de rea

expuesta, tipo de membrana y caractersticas de los trozos de fruta.

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