M MM MANUAL ANUAL ANUAL ANUAL DE DE DE DE O OO OSMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN DE DE DE DE A AA ALIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS Carlos Alberto Suca Apaza SERIE TECNOLOGAS EMERGENTES EN CIENCIA DE ALIMENTOS Ao I Nmero 1 2008 EDITORIAL UNIVERSITARIA de la UNCP M MM MANUAL ANUAL ANUAL ANUAL DE DE DE DE O OO OSMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN DE DE DE DE A AA ALIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS M MM MANUAL ANUAL ANUAL ANUAL DE DE DE DE O OO OSMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN SMODESHIDRATACIN DE DE DE DE A AA ALIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS LIMENTOS Carlos Alberto Suca Apaza Ingeniero Agroindustrial Profesor Universitario e Investigador Adjunto de la Universidad Nacional del Centro del PerJunn EDITORIAL UNIVERSITARIA de la UNCP Titulo original: Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos Serie Tecnologas Emergentes en Ciencia de Alimentos Ao I, Nmero 1, 2008. Autor : Carlos Alberto Suca ApazaEditorial: Universitaria de la UNCP, 2008 Av. Mariscal Castilla, km 5, El Tambo, HuancayoJunn, Per Todos los derechos reservadosEditorial Universitaria de la UNCP, 2010 Hecho el Depsito Legal en la Biblioteca Nacional del Per N 2011-04240 Diagramacin y cartula: Guido R. Suca Apaza IMPRESO EN PERPRINTED IN PERU Este manual podr ser reproducido parcial o totalmente slo para fines estrictamente acadmicos o de ensean-za, y siempre que se cite a los autores. Cualquier otro fin diferente al mencionado ser sancionado. Imprenta Estudio de Diseo y Publicidad MERU Jr. Puno N 219 PunoPer vi LaserieTecnologasEmergentesenCienciadeAlimentoscubretemasdelasdiversas tecnologasdeactualidadaplicadasalprocesamientodealimentos.Estaseriecompilauna ampliagamadeartculosdeinvestigacin,generadosporlasuniversidadeseinstitutosde investigacin ms prestigiosos del mundo, y constituye una herramienta de consulta perma-nente para profesores y estudiantes dedicados a la ingeniera agroindustrial y de alimentos. En este nmero, el tema central es la Deshidratacin Osmtica, que es una tecnologa apro-vechable para las condiciones de nuestro pas. Esta tecnologa puede generar oportunidades para la consolidacin de las actividades econmicas e ingresos de los productores frutihort-colas del Per; y a su vez se constituye como una actividad promisoria en el campo empre-sarial, constituyendo una verdadera fuente de desarrollo que los peruanos debemos aprove-char. Es nuestro deseo que la presente sirva para ampliar las perspectivas de lo que se puede hacer por mejorar la calidad de los productos y de ampliar la oferta de alimentos en nuestro pas. El autor Prefacio a la serie vii Acerca del autor CarlosAlbertoSucaApazaes Ingeniero Agroindus-trialegresadodelaUniversidadNacionaldelAlti-plano, Puno. Tiene formacin en el rea de Ciencia y Tecnologa de los Alimentos en la Universidad Nacio-nalAgrariaLaMolina,yestcnicoenIndustriasAli-mentarias.EsinvestigadoradjuntodelaUniversidad NacionaldelCentrodelPer(UNCP);realizainvesti-gacionesenelrea;yesponenteenreunionesde carctercientficonacionaleinternacional.Hasido profesoruniversitarioenlaUniversidadNacionalMi-caela Bastidas de Apurmac y la Universidad Nacional deMoquegua.Tambinsedesempeacomotraduc-torpolglotaprofesionalconnfasisenCienciade Alimentos. Actualmente, desarrolla investigacin en el usocombinadodetecnologasemergentes (deshidratacin osmtica y alta presin hidrosttica) y energas renovables (secado solar, y recubrimientos y lminascomestibles).Susprximaspublicaciones tratarn temas sobre alta presin hidrosttica aplicado a los alimentos, obtencin de lminas comestibles de biopolmeros y un manual de normas de redaccin de tesis universitarias y artculos cientficos. ix Dedicatoria In Memorian Tus luces se apagaron estrellita, y aunque tu paso por la tierra fue breve, me diste mi misin en esta vida. Ya nos encontraremos... A Mara Anglica xi Prefacio a la serievii Acerca del autor ix Dedicatoria xi Contenido xiii Captulo 1Introduccin1 Captulo 2Principio de la osmodeshidratacin5 2.1 Difusin 5 2.2 smosis9 2.3 Presin osmtica10 2.4 Solucin isotnica15 2.5 Solucin hipertnica15 2.6 Solucin hipotnica 15 Captulo 3Mecanismo de la osmodeshidratacin17 Captulo 4Ingeniera de la osmodeshidratacin21 4.1 Cintica de la osmodeshidratacin22 4.2 Transferencia de masa23 Captulo 5Variables de procesamiento en OD31 5.1 Variables internas31 5.2 Variables externas33 Captulo 6Tecnologa de la osmodeshidratacin 41 6.1 Preparacion y/o acondicionamiento 41 6.2 Osmodeshidratacin 46 6.3 Postratamiento a la OD47 6.4 Tcnicas para mejorar la osmodeshidratacin51 Captulo 7Perspectivas y conclusiones53 Apndices55 Agradecimientos 61 Referencias bibliogrficas 63 Contenido xiii Desde el comienzo de la humanidad, el hombre siempre ha buscado la forma ms eficaz de conservar sus alimentos. Inicialmente, se dedicaba a asegurar su provisin por medio de la cazayrecoleccindeplantassilvestresy,mstarde,cultivandoespeciescomestiblesy criando animales de abasto. Aprendi que las carnes y vegetales se conservaban mejor bajo nieve - usando bajas temperaturas-, experiment tcnicas de fermentacin de ciertos alimen-tos, con las cuales no slo consigui prolongar su vida til sino que obtuvo nuevos aromas y sabores; con ayuda del sol pudo secar frutas, carnes y cereales que almacen por mucho ms tiempo.Todasestastecnologas,noobstanteempricas,estabandestinadasapreservarsus alimentos y proveerse de stos cuando las inclemencias de la naturaleza no le permitan ir a recolectarlos.Cuantomsexperimentaba,mscomprenda lanaturalezadelastecnologas de conservacin. As, han transcurrido miles de aos sin que el hombre pudiera dar cuenta de los fen-menosinvolucradosenlaconservacindesusalimentos;nopodaexplicarlosprincipios molecularessubyacentesqueayudabanapreservarlos.Suconocimientosebasabaenuna mera repeticin de tcnicas ya aprendidas, las cuales se transmitan oralmente, sin que obre por medio alguna forma que permitiera documentarlos. En las cercanas de la era moderna y conelmejoramientodelosmtodosagrcolasdeproduccin,lefueposibleproducirms alimentodelindispensable,crendoselanecesidaddepreservarlosparapodercomerciali-zarlos. Desde aquellas pocas, el tratamiento trmico ha jugado un rol muy importante en la conservacindeproductos.Lastecnologasqueusanesteprincipioayudanapreservarlos alimentos; inactivando enzimas y destruyendo microorganismos causantes de intoxinaciones alimentarias. Por mucho tiempo, las industrias del ramo han usado el calor para procesar y producir alimentos. La sociedad moderna actual hered todos esos conocimientos hasta aho-ra producidos, siendo la contribucin de la ciencia de los alimentos de los ltimos cien aos la ms significativa. 1 Introduccin NicolasAppertmarca unhitoen lamodernaproduccinagroalimentaria,ycon ella, elingresoaunmundomodernoregidoporlavariedaddeproductosalimenticios.Aestos avances ayudaron mucho las ciencias bsicas. La biologa, qumica, fsica y la moderna bio-tecnologa han dado respuestas a las necesidades de conocimiento de los mecanismos mole-cularesenunprocesodetransformacinagroindustrial.Sinembargo,lamismainvestiga-cincientficaenelreahademostradoqueelcalorproduceefectosadversosenmuchos compuestos benficos para la salud del ser humano. As, el calor destruye vitaminas, desna-turalizaprotenas,producearomasdesagradables,promueveelenranciamientodegrasas, etc.Lamayorade estosefectosprovocaron,aunque indirectamente,laaparicindeenfer-medades degenerativas modernas, como el cncer y dolencias cardiovasculares, que aque-jan actualmente a una buena parte de la poblacin mundial. El hombre padece de las secue-las de la tecnologa tradicional agroalimentaria. Anteesteproblema,elser humanohadadoungiro drsticoensushbitosalimenti-cios.Contaldenopadeceresaspenosasenfermedades,estdispuestoadarunaopcina nuevosproductos,frutodeinnovadorastecnologasagroalimentarias.Enlaltimadcada, se ha dado mucho inters a los alimentos mnimamente procesados (AMP), tanto en los con-sumidorescomoenlacomunidadcientficamundial.Esohacesuponerquelosproductos alimenticiosprocesadoscontecnologastradicionalesyanocuentanconlaaceptacindel consumidor. Una de las formas de preservar los alimentos, y que puede ser considerada como una tecnologadeprocesamientomnimo,eslaosmodeshidratacin(OD).Estatecnologaha cobrado recientemente mucha importancia debido a las razones expuestas. Sin embargo, su adopcin en muchos pases no ha tenido el efecto que se esperaba, no obstante, creemos que en el Per puede adaptarse con mucha expectativa. Elespaciogeogrfico peruanoesunaregin caracterizadapormltiplesmaticescli-mticos, que lo convierten en uno de los pases ms biodiversos del planetta. Esta variedad deecosistemaspermiteproducirunaenormevariedaddeproductosencontraestacin, creandooportunidadesdedesarrollodeproductosagropecuariosconfinesdeexportacin. Sin embargo, muchos de los productos se pierden debido al bajo nivel de articulacin entre los distintos factores productivos vinculados a la agroindustria; ocasionando prdidas debido a la falta de soporte tecnolgicologstico para su procesamiento y comercializacin. Es in-concebible,alaluzdelastecnologasdisponibles,queinnumerablesproductospermanez-caninadvertidosyolvidadosporlacarenciadealternativastecnolgicasviables.Carencia que muchas veces se da por una inadecuada difusin de informacin en el ramo, y que com-petedirectamenteatodalacolectividadintelectualtecncratadenuestropas.Porconsi-guiente, se hace necesario desarrollar tecnologa sencilla, de bajo costo, para preservar y dar valor agregado a la variedad de tales productos. Esto va a permitir al pas ingresar al compe-titivo y exigente mercado mundial de alimentos. Por otra parte, una de las causas de prdida y deterioro de productos es la cantidad de agua libre presente en los alimentos. A expensas de este elemento vital, muchos microorga-nismos proliferan, las enzimas catalizan reacciones degradativas que aceleran el deterioro o CAPITULO 1 Introduccin 2 podredumbre; causando prdidas econmicas cuantiosas a la industria de los alimentos.La deshidratacin es una de las alternativas de solucin al problema del deterioro. As los pro-ductos secos ofrecen como ventaja el fcil manejo, transporte cmodo de un volumen redu-cido de producto, abaratando costos de transporte y almacenaje y facilitando los tratamien-tos posteriores. La disminucin de la actividad de agua a niveles que no promuevan crecimiento mi-crobiano o reacciones degradativas es el requisito fundamental para evitar prdidas poscose-chaenalimentos.Estareduccinpuedellevarseacaboatravsdelosmtodosdesecado siguientes:alsol,secadosolar,conairecaliente,atomizacin,liofilizacin,secadoenmi-croondas, entre otros. Algunosdeestosmtodosdesecado,noobstante,desmejoranenmuchoscasosla calidaddelosalimentos.Porejemplo,ladeshidratacinconvencionalpuedeproducirun color oscuro en los productos, una textura coricea, adems de tornarlos inspidos y dismi-nuirsuvalornutricional.Otros,comolaliofilizacin,sonpocoviablesdesdeelpuntode vista econmico, pues su adopcin tecnolgica requiere de equipos costosos y de gran con-sumodeenerga.Elcambiodefase(congelacin,sublimacinyevaporacin),queesel principiodesecadoutilizadoporalgunasdeestastecnologas,insumecuantiosaenerga haciendo inviable su adopcin. Recientemente est cobrando cada vez ms importancia la osmodeshidratacin (OD) como una de las alternativas ms viables dentro de este abanico de tecnologas de deshidra-tacin.Laosmodeshidratacinesunmtodoisotrmicoderemocinparcialdeaguapor inmersin del alimento en soluciones o jarabes concentrados de slidos solubles (sal o az-car), sin cambios de fase ni consumo intensivo de energa. LasventajasquepresentalaODencomparacinconlosmtodostradicionaleses que: evita que el producto pierda aroma u otros compuestos susceptibles al calor, evita reac-ciones de oxidacin o pardeamiento debido a la ausencia de oxgeno en el jarabe; y es una tecnologadebajainversininicialenequipos.Adems,puedeaplicarseaunagranvarie-dad de alimentos de origen vegetal (frutas y verduras) y animal (carnes y pescado). Algunasdelasfrutasquehanmerecidomayoratencinporpartedelacomunidad cientficamundialyqueasuvezpresentanmejorescualidadesparaelprocesamientocon OD son: pia, mango, fresas, guayaba, papaya, meln, carambola y kiwi. Entre los vegetales destacan las zanahorias, cebollas, nabos y pimientos. Algunos tejidos musculares de anima-lesypescadostambinsesometenaesteproceso,fundamentalmenteparasalazonarloso curarlo con sales. Porloexpuesto,estapublicacintieneporobjetivomostrartodoslosaspectosrela-cionados con la OD como alternativa de procesamiento. Las razones expuestas nos llevan a creer que esta tecnologa puede tener una acogida y un impacto muy fuerte, sobre todo entre los productores fruti-hortcolas del Per.Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos3 Antesdedesarrollarelprincipiodelaosmodeshidratacin,seraconvenienteenestaparte hacer una introduccin acerca de la difusin, fenmeno que sirve de base para comprender la smosis, derivando algunas relaciones matemticas para su mejor entendimiento. 2.1Difusin Supongamos que cae una gota de una solucin coloreada muy concentrada en un vaso con agua. La gota, inicialmente, queda flotando y a medida que pasa el tiempo empieza a espar-cirse por todo el vaso. A este fenmeno se le conoce como difusin (Figura 2.1) Si se deja pasar el tiempo suficiente, la gota de colorante se difundir en todo el vaso. Si el colorante es rojo, el vaso se tornar de un color rojo plido. En consecuencia, toda el agua quedar del mismo color. Se habla entonces de difusin pasiva; y esto ocurre cuando la gotadecolorantesedifundesola,sinquesehagafuerza.Noobstante,tambinsepuede ayudara que la gota se difunda agitando o revolviendo el vaso con una cuchara; la difusin tardar menos tiempo. A esto se denomina difusin convectiva, ya que la agitacin ayuda en la dispersin del colorante en el agua. 2 Principio de la Osmodeshidratacin Figura 2.1Efecto de la difusin de una gota de colorante en un vaso de agua.La difusin puede darse entre lquidos, como en el caso ejemplificado, entre un slido en un medio lquido, entre gases o gases y lquido. Por ejemplo, si se echa sal en agua, hay difusin de un slido en un lquido. Porotrolado,lacantidaddemasaqueatraviesaunaunidaddesuperficiedelmedio en cierto tiempo se denomina flujo difusivo. De cierta forma se podra entender a este flujo como una especie de caudal, pero con la diferencia que en este caso se presta atencin a la masa de la materia que se est difundiendo. La Figura 2.2 ilustra el concepto. Paracalcularelflujodifusivo(J)seutilizaunafrmulamuyparecidaalcaudalen lquidos (Ecuacin 2.1): (Ecuacin 2.1) Por ejemplo, un flujo difusivo de 20 kg/(m2s) indica que por cada metro cuadrado de superficie estaran pasando 20 kg por segundo de masa. Otro concepto que se debe tener muy en claro es el de vector gradiente. El gradiente es un vector que indica hacia dnde se incrementa un determinado fenmeno. Se puede ha-blar, por ejemplo, de gradiente de altura, temperatura, presin, etc. Entonces, ese vector in-dicara hacia donde crece la altura, temperatura, presin o alguna otra de las caractersticas que se estn estudiando. La flecha que representa al vector gradiente siempre inicia donde la caracterstica tie-tiempo areamasaJ=((

s mkg2SUPERFICIE FLUJO DIFUSIVO (J) MASAFigura 2.2Flujo difusivo que ocurre en el fenmeno de la difusin. ((

s cmmol2CAPITULO 2 Principio de la Osmodeshidratacin6 ne el ms bajo nivel y apunta hacia niveles ms altos. Es decir, apunta siempre de menor a mayor. En el caso que tuviramos dos soluciones con distinta concentracin, el gradiente de concentracin sera una flecha que ira de la solucin de menor concentracin a la de mayor concentracin. Fick estudi el fenmeno de la difusin. Quera entender qu es lo que haca que una materiadifundieraenotra.Paraentendermejorelconcepto,supongamosqueechamosen unrecipienteaguaconmuchasaldeun ladoyagua conpoca saldelotro (Figura2.3).Se tiene entoncesdossolucionesdeconcentraciones C1 yC2.Supongamosque la solucinC1 est ms concentrada que la solucin C2; es decir C1>C2. Para que las dos soluciones no se mezclen, se coloca un tabique poroso que divide el recipiente en dos. A este tabique poroso se le llama membrana permeable. Se denomina as porque sta deja pasar soluto y solvente para los dos lados de la membrana. El gradiente de concentra-cinprovocarelflujodesolventeysolutodeunladoparaelotrodelamembrana.Este fenmeno va a continuar hasta que prcticamente ambas concentraciones se igualen, o sea, hasta que el gradiente desaparezca; momento en el que se alcanza el equilibrio. La diferencia entre las concentraciones de dos soluciones se simboliza como C. Las unidadesdeladiferenciadeconcentracinsernmolesporlitrookilogramosporlitroo alguna otra combinacin de moles por centmetro cbico. Es decir: (Ecuacin 2.2) 2 1C C C = ((

3cmmolesC1 C2 (x) Espesor Membrana permeable Agua con mucha sal Agua con poca sal Figura 2.3Soluciones de concentraciones diferentes y separadas por una membrana permeable.Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos7 La distancia de separacin entre las dos soluciones se la llama x, que viene a ser el espesor de la membrana. Entonces, el gradiente de la concentracin es la diferencia de con-centracin (C) dividido entre el espesor de la membrana (x). En la Figura 2.4 se muestra un sistema donde ocurre un fenmeno de difusin. Supo-niendo que la concentracin de la solucin C1 es mayor que la concentracin de la solucin C2, el gradiente de concentracin apuntara hacia la izquierda. El vector apunta hacia la iz-quierda porque el gradiente de una caracterstica, como se dijo, siempre va de menor a ma-yor. Como la concentracin se mide en moles por centmetro cbico y el espesor se mide en centmetros, las unidades del gradiente de concentracin van a ser mol/cm4. C2 Figura2.4Solucionesdeconcentracionesdiferentesyseparadasporunamembrana permeable que demuestra la direccin del gradiente de concentracin y flujo de fluidos. 4cmmolCAPITULO 2 Principio de la Osmodeshidratacin8 La ecuacin que relaciona el flujo de soluto de un lado a otro de la membrana se de-nomina ley de Fick. La ley de Fick dice que el flujo de soluto que atraviesa la membrana es proporcional al gradiente de concentracin y es de sentido contrario, todo ello multiplicado porunaconstanteDllamadaconstantededifusinoconstantedeFick.LaEcuacin2.4 presenta la frmula de la primera ley de Fick. (Ecuacin 2.4) J es el flujo de difusin y est expresada en kg/(m2s); D es el coeficiente o constante de difusin (m2/s); C/x se llama gradiente de concentracin. El signo negativo indica que el flujo ocurre en direccin contraria al gradiente de concentracin. La constante de difusin Desdistintaparacadasustancia.Adems,estaconstantedependedelatemperaturaala cual se lleva a cabo la difusin. A mayor temperatura, la difusin suele ser ms rpida. Larelacindadaenlaecuacin2.4esconsistentenicamenteparamediosisotrpi-cos,esdecir,conestructuraypropiedadesdedifusinconstantesencualquierpuntoyen todas direcciones. Debido a ello, el flujo de la sustancia que se difunde en cualquier punto esnormalalasuperficiedeconcentracinconstante.Sinembargo,elcasoesdiferenteen medios anisotrpicos. La difusin, en la mayora de los casos aplicados a la vida real, ocurre en rgimen transitorio. En este caso, tanto el flujo como la concentracin varan con el tiem-po.Fickderivuna frmulaque essusegunda leyyquerelacionamatemticamente estos fenmenos (Ecuacin 2.5). (Ecuacin 2.5) La Ecuacin 2.5 tambin puede expresarse de la siguiente forma: (Ecuacin 2.6) La segunda ley de Fick se usa cuando el coeficiente de difusin no depende de la concentra-cin, pero s de la posicin. 2.2smosis La tecnologa de la osmodeshidratacin se basa en el fenmeno de la smosis. sta consiste en la difusin de agua a travs de las membranas de las clulas que conforman los sistemas biolgicos(paranuestrocaso,lossistemasbiolgicosvienenrepresentadosportejidosali-mentarios). El proceso de la smosis es de tal importancia que es motivo de estudio en va-xCD J =||

\|=xCDx tC22xCDtC=Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos9 riasreasdelconocimientohumanoendondetieneaplicacin.Existesmosiscuandoel flujo neto de agua se da a travs de una membrana semipermeable, inducida por una diferen-cia de concentraciones de soluto. Una membrana es semipermeable cuando permite el paso de agua y otras sustancias de bajo peso molecular (e.g., sal) y no las de alto peso molecular (e.g., sacarosa). En consecuencia, esta es la diferencia entre difusin y smosis. Esta ltima siempre se lleva a cabo por intermedio de una membrana semipermeable. Sea el sistema mostrado en la Figura 2.5. En el recipiente hay agua con mucho azcar de un lado y agua con poco azcar del otro; por tanto, hay dos soluciones de concentracio-nes C1 y C2. Supongamos que la solucin C1 est ms concentrada que C2; es decir, C1 > C2. Para que las dos soluciones no se mezclen se coloca una divisin, que en este caso viene a ser la membrana semipermeable. Inicialmenteambassolucionestienendistintaconcentracin.PorlaleydeFick,las concentraciones de las dos soluciones tienden a igualarse. La membrana semipermeable deja pasarsololasmolculasdeaguaperonolasdeazcar.Demodoque,solohabrflujoen una direccin, desde el lado de la solucin diluida hacia la concentrada. Por consiguiente, el nivel de agua del lado derecho va a incrementarse y el nivel del lado izquierdo va a dismi-nuir. El incremento ser proporcional a la concentracin de solutos de la solucin. Esa fuer-za que obliga al lquido a pasar de un lado al otro se llama presin osmtica, y se desarrolla-r a continuacin. 2.3Presin osmtica Sea el sistema mostrado en la Figura 2.6 (a). El extremo inferior de un tubo de vidrio se ha cerrado con una membrana semipermeable, y se ha agregado un volumen de solucin muy concentrada. El tubo luego es sumergido parcialmente en un recipiente ms grande que con-tiene solvente puro (en este caso agua). Debido a la diferencia de concentracin entre el in-terioryexteriordelcapilar,elaguasedifundeatravsdelamembranayasciendeporel tubo, hasta alcanzar un estado de equilibrio dinmico. La altura h, diferencia entre la altura inicial y la altura alcanzada en el equilibrio, mostrada en la Figura 2.6 (b) es proporcional al nivel de concentracin inicial de la solucin contenida dentro del tubo. Cuanto mayor es la (x) Agua con mu-cho azcar Agua con po-co azcar Membrana semipermeable Figura 2.5 Esquema que ilustra el concepto de smosis.CAPITULO 2 Principio de la Osmodeshidratacin10 diferenciadeconcentracin,mayoreslaalturahdeequilibrio.Porlotanto,lapresinos-mticapuededefinirsecomolapresinejercidaporlaalturahyqueeslanecesariapara revertir el proceso de smosis y volver a las condiciones iniciales. Este equilibrio se alcanza debido a que la solucin concentrada contenida dentro del tubo se diluye progresivamente como consecuencia del paso de agua a travs de la membra-na. Esto hace que la fuerza osmtica de la solucin se iguale con la del solvente puro, desa-pareciendo la diferencia de concentraciones que inducan el paso de agua al interior de tubo. Como resultado, la altura h se estabiliza y no asciende ms. El equilibrio dinmico se refiere a que el agua contina entrando y saliendo del tubo a travs de la membrana, con la diferen-cia que antes lo haca en mayor proporcin hacia el lado de mayor concentracin. Inicialmente, las concentraciones diferentes en los dos lados de la membrana causarn unadiferenciainicialenelpotencialqumico.En elequilibrio,estadiferenciasercontra-rrestada por una presin efectiva a travs de la membrana. Comencemos con un anlisis ter-modinmicodelapresinosmtica.Enelequilibrio,elpotencialqumicodelasolucin ser igual al potencial qumico del solvente puro: (Ecuacin 2.7) donde, es el potencial qumico del lquido puro, es decir: (Ecuacin 2.8) La nica forma de que los potenciales qumicos sean iguales es que la actividad del compo-nente A en la solucin sea igual a 1. La actividad puede incrementarse a 1 aplicando presin; es decir, es dependiente de la presin. Aplicando la presin correcta, o sea la presin osm-A AsolucinAsolventeAa RT ln + = =o solventeAoAsolventeA =h Membrana semi-permeable (a)(b) Solucin osmo-deshidratante Figura 2.6 Esquema que ilustra el concepto de presin osmtica.Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos11 tica, la actividad en la solucin puede ser cambiada a 1. La presin osmtica que consigue ser aplicada ocurre naturalmente por la tendencia a alcanzar al equilibrio. Para conseguir la dependencia a la presin de la actividad, consideremos la dependen-cia a la presin del potencial qumico: (Ecuacin 2.9) Reordenando e integrando el lado izquierdo de la actividad original aA a la actividad final 1, y el lado derecho de la presin inicial 0 a la final la presin osmtica () resulta en: (Ecuacin 2.10) la cual se integra a (Ecuacin 2.11) Ahora, en una solucin ideal (Ecuacin 2.12) Esta ltima aproximacin se da porque ln(1 x) es muy prximo a xpara pequeos valo-res de x. Finalmente, reemplazamos XB por: (Ecuacin 2.13) dando (Ecuacin 2.14) A AA A AAadPdRT VdndVdPdGdnddndGdPddPdln = = = = = =01ln dPRTVa dAaAARTVaAA= lnB A AX X a = ln lniiXNAiiMcMX=RTVMcMANA=CAPITULO 2 Principio de la Osmodeshidratacin12 Pero, MA/res los gramos por mol del solvente dividido por los gramos por centme-trocbicodelsolvente.Losgramosseeliminanytenemoscm3pormoldelsolventeoel volumenmolarparcialdelcomponenteAVA.Sustituyendoenlaecuacindelapresin osmtica: (Ecuacin 2.15) Reescribiendo la ecuacin de la presin osmtica resulta muy similar a la ecuacin de gases ideales: (Ecuacin 2.16) (Ecuacin 2.17) La Ecuacin 2.17 se simplifica a: (Ecuacin 2.18) Despejando: (Ecuacin 2.19) La expresindada en la Ecuacin 2.19 se refiere a la concentracin. Para el caso, sta representa la diferencia de concentraciones C1 C2; entonces reemplazando en la Ecuacin2.19obtenemoslasiguienterelacinqueseconocecomolaEcuacindeVant Hoff: (Ecuacin 2.20) En la Ecuacin 2.20, es la presin osmtica (atm); (C1 C2) es la diferencia de NMRTc ==iiii iNM NcRT =iiii iii iNM NRTVM N=iiRT N V RTVNii = VNii RT C C ) (2 1 = Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos13 concentraciones (mol/L); R es la constante de los gases ideales (= 0,082 (L.atm)/(K.mol)); y T es la temperatura absoluta en grados Kelvin. En el Apndice 2, se da un ejemplo aplica-tivo del clculo de presin osmtica en soluciones azucaradas. En la Figura 2.6 (b), habamos notado que a medida que avanza el tiempo, la solu-cin concentrada que est dentro del tubo iba absorbiendo agua y elevndose hasta llegar a una altura h. Esta altura es tal que la presin que la columna de agua ejerce va a igualar a la presinosmtica.Comoesevidente,lapresinosmticatambinpuedecalcularsecomo presin hidrosttica que proviene de la diferencia de alturas. Por lo tanto, la presin hidros-ttica es igual a la osmtica; as: (Ecuacin 2.21) Donde esladensidaddela solucin(g/mL); g es laaceleracin de lagravedad (m/s2); y h es la altura. h g = Figura2.7Efectodelaconcentracindesolucionessobrelosalimentostratadospor smosis.CAPITULO 2 Principio de la Osmodeshidratacin14 En los procesos osmticos, se presentan tres tipos de soluciones cuyas concentracio-nes de solutos afectan cada una de manera diferente sobre los tejidos o clulas que se sumer-jan en ellas. Estas son: a) solucin isotnica, b) solucin hipertnica y c) solucin hipotni-ca. A continuacin describiremos las caractersticas de cada una; la Figura 2.7, por su parte, ilustra los efectos de las mismas. 2.4Solucin isotnica Una solucin isotnica es aquella que tiene una concentracin de slidos igual a la del pro-ducto; por lo tanto, no existe smosis o difusin de agua. Al no existir un intercambio din-mico, la clula permanece del mismo tamao; es decir, no se hidrata ni se deshidrata (Figura 2.7 (a)). 2.5Solucin hipertnica Es la que tiene una mayor concentracin de soluto en relacin al producto a ser deshidrata-do,yeselusadoenlaosmodeshidratacin(Figura2.7(b)).Sualtaconcentracincreala fuerza necesaria para desalojar el agua del alimento. Como resultado, la clula se encoge. El agua extrada es proporcional a la prdida volumtrica que sufre la clula o el tejido alimen-tario. 2.6Solucin hipotnica

Es aqulla que tiene una baja concentracin de slidos con respecto al producto a deshidra-tar. Para ver su efecto sobre los tejidos alimentarios o clulas, veamos la Figura 2.7 (c). Co-mo el medio en el que est sumergida la clula posee una concentracin de solutos inferior a sta, entonces, la clula tiende a captar el agua del medio. Por lo tanto, esto provoca un in-cremento en el tamao celular debido a la absorcin de agua. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos15 La deshidratacin osmtica se basa en la smosis para remover agua del alimento. Esta re-mocin se da generalmente por difusin. La difusin de agua y otros fluidos o gases a travs desistemasbiolgicoshomogneosesfcildedescribirymodelarmatemticamente.La complejidad se da cuando el medio en el que se difunde el agua es muy heterogneo y pre-senta cambios durante el desarrollo de la difusin. Tal es el caso de los tejidos alimentarios. Los alimentos son sistemas biolgicos heterogneos, por lo tanto el curso que sigue el agua duranteladifusinylavelocidaddedeshidratacinsonmuyvariablesydependendela constitucin del tejido y de su ordenacin celular. En la dcada de 1980, la mayora de las investigaciones no consideraba la naturaleza variabledeltejidoalimentarioenelmodelamientomatemticodelaosmodeshidratacin. Noobstante,apartirdeaosmsrecientes,aparecenestudiosconinclusindevariables relacionadas fundamentalmente con la estructura microscpica y sus efectos en la dimensin hednico-sensorial. Unodetalesestudios,desarrolladoporRastogiycolaboradores(2002),proponeun mecanismo (Figura 3.1) que ms tarde dara origen a modelos matemticos que describe loscambiosqueocurrenenunsistemaalimentarioduranteelintercambiodesolutosdel medioconelsistema.EnlaFigura3.1,ZpyM/M0representanelndicededesintegracin celular y el contenido de humedad relativa, respectivamente. D1, D2 y D3 son los coeficien-tes de difusin del agua desde el centro del material hasta el frente de difusin, a travs del frente y a travs del material tratado osmticamente, respectivamente, hacia la solucin os-mtica. x es el espesor del frente de deshidratacin mvil. Los investigadores proponen que el frente de deshidratacin (x) se desplaza durante el proceso hacia el centro del alimento. El paso de este frente a travs del alimento provoca una desintegracin celular en la regin deshidratada. El agua es transportada a travs de tres regiones bien definidas y con caractersticas propias y distintas. El agua se difunde desde el centro del material hacia el frente de deshidratacin, luego hay difusin a travs del frente y, 3 Mecanismo de la Osmodeshidratacin finalmente, difusin de agua en la seccin del material tratado osmticamente. En principio, elaguasedifundedelacapaexteriordelamuestrahaciaelmedioosmtico.Estogenera una presin osmtica en la superficie del alimento, la cual tiende hacia un valor crtico. Una vez alcanzado dicho valor, la membrana celular se rompe y la clula se encoge. Como con-secuencia, hay una reduccin en la proporcin de clulas intactas, la cual se ve reflejado en unincrementodelndicedepermeabilizacin(Zp).Enotraspalabras,Zpesunparmetro integral que indica la reduccin relativa de clulas intactas. Al proseguir con la osmodeshidratacin, el frente de deshidratacin, x, contina des-plazndose hacia el centro del tejido alimentario. La caracterstica principal de este frente es que el proceso de deshidratacin que se da en esta parte es muy rpido debido a la presin osmtica ejercida por la concentracin de la solucin. Enlaregincentraldelalimento,lasclulasdel tejidoalimentarioestnintactas.El coeficiente de difusin de agua (D1) en esta regin es mucho menor que en las otras dos re-giones; es decir que D1 r y A = r. Cuando el nmero de Fourier (Det/A2) es mayor a 0,1, las Ecuaciones 4.22 y 4.23 se reducen al primer trmino, es decir: (Ecuacin 4.24) =|||

\||||

\| =122expncnew cn pnAqt D C C) () (0 =s ss sStr= (((

|||

\|+ =12222expncnpnes cn pnrqlqt D C C=|||

\||||

\| =122expncnes cn pnAqt D C C) 1 /( ) 1 ( 22 2pnq + + +) 4 4 /( ) 1 ( 42 2cnq + + +(((

|||

\|||

\|+ =222 211 1cnpnqqlrr A(((

|||

\|+ =|||

\|2212211 1lnrqlqt DC CMcpewc prCAPITULO 4 Ingeniera de la Osmodeshidratacin28 (Ecuacin 4.25) LosvaloresdeDewyDespuedenobtenersedelaspendientesdelploteoentre y, respectivamente, con t, al igual que las Ecuacio-nes 4.24 y 4.25. 4.2.5Esfera Basado en la segunda ley de Fick, Cranck (1975) propuso una ecuacin para la difu-sindesolutosenesferasencontactoconunacantidadinfinitadesolucin.Suecuacin simplificada para pequeos valores de t es: (Ecuacin 4.26) Donde, WL es la cantidad de agua que sale del alimento en el tiempo t; es la cantidad de agua que deja el alimento despus de un tiempo infinito; D es el coeficiente de difusin aparente del agua; r es el radio de la muestra. Esta ecuacin es solamente aplicable en los primeros instantes de la adsorcin, cuando la difusin se asume que ocurre en un me-dio semiinfinito, y la cantidad de agua que sale del alimento es directamente proporcional a la raz cuadrada del tiempo. Relacionando las Ecuaciones 4.26 y 4.5, se obtiene una ecuacin con la que se puede calcular D en diferentes tiempos: (Ecuacin 4.27) Donde Dt es el coeficiente de difusin aparente en el tiempo t; es el valor de equilibrio obtenido de la Ecuacin 4.5; es el valor de equilibrio obtenido de la expe-rimentacin.Cuandoesdesconocido,asumiendoqueesiguala,laEcua-cin 4.27 puede ser usada para obtener una buena estimacin para Dt.(((

|||

\|+ =|||

\|2212211 1lnrqlqt DC CScpesc pr) / ln(1 1 c p rC C M ) / ln(1 1 c p rC C S 2 / 126||

\|=rDtWLWLWL2expmod111 36((

|||

\||||

\|+=WLWLt Sr S tDtmodWLexpWLexpWLmodWLManual de Osmodeshidratacin de Alimentos29 Como puede verse, la difusin en estado inestable dada por la segunda ley de Fick es elmecanismomsapropiadoparalaestimacindeloscoeficientesdedifusindurantela osmodeshidratacin.Dependiendodelaformadeunmaterialalimenticiodado,sepuede seleccionar un mtodo adecuado para estimar los mencionados coeficientes. CAPITULO 4 Ingeniera de la Osmodeshidratacin30 Lasvariablesquemsinfluyenenelprocesodeosmodeshidratacinseclasificanendos grupos:a)variablesinternas,esdecir,aqullasquetienenqueverconlanaturalezaylas caractersticas fsicas, qumicas y bioqumicas propias del alimento; y b) variables externas, aqullas que tienen que ver ms con las condiciones y caractersticas del medio osmodeshi-dratante. Estasvariableshansidoestudiadasprofundayextensivamente,atalpuntoquesus efectossobrelaODsonbienconocidosysepuedenpredecirsusconsecuenciassobrelos alimentostratadosconbastantefiabilidad.Sinembargo,dadoquelosalimentossonmuy heterogneos ensuconformacinycomposicinqumica,esnecesariorealizar laverifica-cindelefectodelasvariables cuandosequiereadaptar estatecnologaanuevasespecies alimenticias; puesto que no todos los alimentos responden de igual manera a las condiciones de procesamiento. Porlo tanto,conocerestasvariablesnosayudar aexplicar,por ejemplo,lacintica de deshidratacin que vimos en la seccin 4, as como la distribucin de la ganancia de sli-dos en la matriz alimentaria. La efectividad de la OD viene determinada decisivamente por las variables que detallaremos a continuacin. 5.1Variables internas Las variables internas que ms afectan a la OD son: la estructura del tejido alimentario, y el tamao y forma del alimento. 5.1.1Estructura del tejido alimentario Los alimentos se obtienen de organismos vivos, sean de origen animal o vegetal, y en am-boscasoscompuestosdeclulas.Laestructurayladisposicinespacialdeestasclulas dentro del tejido alimentario son los que ms contribuyen a la caracterstica de textura de los 5 Variables de Procesamiento en OD alimentos. Como resultado de dicho arreglo celular se obtiene la turgencia, la misma que es un atributo esencial para llevar a cabo un ptimo proceso de deshidratacin por smosis. Lavariacindelaestructuradel tejidoentreespeciesestasociadaprincipalmente a la compactacin del mismo, la que a su vez depende del enmaraado biomolecular que pre-senta. Las diferencias tambin tienen que ver con el contenido inicial de slidos solubles e insolubles,espaciosintercelulares,presenciadegasocluidoendichosespacios,relacin entre fracciones de pectina (hidrosoluble y protopectina), y nivel de gelificacin de la pecti-na.Lacompactacin,porejemplo,estdirectamenterelacionadaconladensidadaparente de los alimentos y sta, a su vez, tiene que ver con la porosidad. Cuanto mayor sea la porosi-dad,mayorserlavelocidaddetransferenciademasay,portanto,mayoreldesalojode agua; por consiguiente, el proceso de OD se tornar ms eficiente. En la superficie de las clulas existe una membrana denominada plasmtica o celu-lar que separa el medio intracelular del extracelular, y es la principal responsable del con-troldeintercambiodesolutosdelaclula.Estamembranaesmuypermeablealaguaya algunassustanciasdebajo pesomolecular.Cuandosecolocanenunasolucinhipotnica, las clulas aumentan de volumen debido a la penetracin de agua al interior. Si el aumento de volumen fuese muy acentuado, la membrana se rompe y el contenido de la clula drena al medio. En cambio, cuando se colocan en solucin hipertnica, las clulas disminuyen de volumen debido a la salida de agua.

Existetambinunamarcadadiferenciaentreclulasrodeadasporotrasclulasy aqullasqueestnencontactoconespaciosintercelularesdentrodeltejidodeunamisma especie alimentaria, cuando se someten al estrs osmtico. Tal como se observa en la Figura 5.1, las clulas que estn rodeadas por otras clulas son ms redondas al inicio del proceso osmtico. A medida que transcurre la osmodeshidratacin, su forma cambia a elptica. Pero las clulas que estn en contacto con espacios intercelulares se deforman y son fuertemente afectadas por la deshidratacin, justamente porque que la solucin llena dichos espacios. (a)(b) Figura 5.1Microfotografas de tejido de manzana, a) tejido fresco, b) tejido despus de 180 min de tratamiento osmtico. Las reas oscuras representan los espacios intercelu-lares, la barra es 300 m.CAPITULO 5 Variables de procesamiento en OD32 Por otro lado, tambin existen similitudes en el comportamiento de los tejidos de dife-rentes alimentos con respecto a la osmodeshidratacin. Por ejemplo, porciones de tejido de papas,manzanaycamotesiguenuncomportamientosimilarduranteelproceso;enotras palabras, sus cinticas de desalojo de agua e impregnacin de slidos presentan curvas que siguen la misma tendencia o trayectoria. De estas similitudes se deduce que el fenmeno de OD puede presentarse en frutos con concentraciones iniciales de agua y slidos semejantes. 5.1.2Tamao y forma del alimento El reducido tamao y la forma particular que poseen frutos como fresas, moras y otros son fundamentales para obtener una mxima velocidad de desalojo de agua. La razn es que hay un rea mayor expuesta al medio osmtico por unidad de peso de alimento. En este caso, los frutos se procesan enteros, pues no requieren una mayor reduccin de tamao. No obstante se debe cuidar que los frutos tengan el mismo tamao, pues de no ser as, repercutir severa-mente en el proceso, obteniendo productos de baja calidad. 5.2Variables externas Las variables externas que ms influyen en la OD son: a) temperatura del medio osmtico, b) concentracin de solucin, c) proporcin solucin osmtica: alimento, d) agitacin duran-teelproceso,e)tamaoyformadelalimento,f)tipodesolutoosmtico,g)aplicacinde presin de vaco, y h) tiempo de proceso. 5.2.1Temperatura del medio osmtico La temperatura, como en la mayora de los procesos de deshidratacin, es una variable muy importante en la OD. En la Figura 5.2 se presenta las curvas de prdida de agua en el deshi-dratado de cebollas por OD, utilizando la sal como soluto osmtico. Podemos decir que, los procesos de OD a mayores temperaturas generalmente promueven una prdida de agua mu-cho ms rpida que a bajas temperaturas; esto se ve en la diferencia que presentan las pen-dientes de las referidas curvas de 0 min a 10 min de tratamiento. El incremento de la temperatura disminuye la viscosidad de la solucin osmtica ha-ciendoquestafluyaconmenosdificultadalinteriordelaheterogneaconformacindel tejido alimentario. Por consiguiente, se puede decir que la temperatura tambin influye en la ganancia de slidos por parte del alimento. Las temperaturas cercanas a 60C pueden inducir una ligera degradacin de los tejidos, lo cual favorece la incorporacin de solutos al tejido. Lainfluenciade la temperaturaenlaganancia desolutos ha sidodemostraday bien docu-mentadaporvariosautores;aunquedichainfluenciavaradeacuerdoalanaturalezadel producto tratado y de las caractersticas del tratamiento aplicado (Figura 5.3). Sin embargo, laaplicacindetemperaturasporencimade60Cpuedeprovocarcambiosperjudiciales contra la integridad del tejido alimentario, adems de causar pardeamiento interno y ocasio-narprdidadecompuestostermolbiles(i.e.,vitaminas,compuestosaromticos,entre otros).Algunos parmetrosde temperaturamsusadosenosmodeshidratacinson: tempe-ratura ambiente, 25C, 30C, 40C y 60C.Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos33 5.2.2Relacin solucin osmtica:alimento Larelacinsolucinosmtica:alimentoexpresalacantidaddesolucinrequeridaporuni-daddepesodelalimentoadeshidratar.EstefactoresimportanteenelprocesodeOD. Cuandosesumergeelalimentoenlasolucin,stepierdeaguademaneraprogresivaya unavelocidaddirectamenteproporcionalalafuerzaosmtica.Elaguadrenadodiluyela solucinalamismavelocidadconquefluyedesdeelalimento.Otracausadelaprdida 0246810121416180 20 40 60 80 100Tiempo (min)WL (%)28C 43C 58CFigura5.2 Efectodela temperatura delasolucinosmticasobrela prdidadeagua (WL) a concentracin constante de sal (5%) en la OD de cebollas en cubitos. ABC3050600,0000,1000,2000,3000,4000,5000,6000,700Prdida de agua (g/g materia fresca)Temperatura (C)305060ABC3050600,0000,0200,0400,0600,0800,1000,120Ganancia de slidos (g/g materia fresca)Temperatura (C)305060Figura 5.3Prdida de agua y ganancia de slidos en un proceso de deshidratacin de rodajas de mango a diferentes temperaturas. Las letras A, B y C se refieren a diferentes condiciones de procesamiento.CAPITULO 5 Variables de procesamiento en OD34 progresivadelafuerzaosmticaeslaincorporacindesolutoenlamatrizdelalimento, ocasionando que el medio pierda dichos slidos. En conclusin, se observa dos fenmenos que promueven la prdida de la fuerza osmtica. Esto, por su parte, retrasa el proceso oca-sionando prdidas en la productividad y rentabilidad del proceso. Una forma de mantener constante la fuerza osmtica, y por ende, la concentracin de los solutos, es utilizando soluciones osmticas que superen largamente, en volumen o peso, lacantidaddealimentoadeshidratar.Esdecir,utilizarproporcionesdealimento:solucin deshidratante del orden de 1:5 a 1:10. Si bien esta medida es viable a nivel de laboratorio y planta piloto, es inviable a nivel industrial, puesto que significara un sobredimensionamien-to de equipos de planta, haciendo muy difcil los trabajos con equipos grandes. Sehanexploradomuchasposibilidadesparaenfrentaresteproblema.Sehanhecho estudios donde la solucin es recirculada y reconcentrada por evaporacin, tal como lo vere-mosmsadelante.Para llevaracabolareconcentracindel agente osmodeshidratante,de-beran conocerse la cintica de desalojo de agua e incorporacin de slidos en el tejido ali-mentario.Porotrolado,aunqueselograramantenerconstantelafuerzaosmticadurante todo el proceso, la tasa de prdida de agua de todos modos experimentara una disminucin progresiva.Estodebidoaque,tantoeltejidoalimentariocomolasolucin,alcanzaranen algn momento el equilibrio; y al no presentar gradiente de concentracin entre ambos, no habra la fuerza necesaria para seguir desalojando ms agua del alimento. Por ello, para di-sear un sistema de recirculacin y reconcentracin de solucin osmtica se debe tomar en cuenta todas las variables que afecten al proceso, de manera a garantizar una concentracin constante de slidos en el fluido osmodeshidratante.

5.2.3Agitacin Laagitacin es unaoperacin fsica que haceala solucinmsuniforme,eliminandogra-dientes de concentracin, temperatura y otras propiedades en la vecindad de la superficie del alimento. Diversos reportes de investigacin han demostrado que con la agitacin se obtie-nen valores de coeficientes de transferencia de soluto muchsimo mayores. La agitacin ase-gura que las soluciones deshidratantes sean renovadas en la vecindad del alimento, cuando ste est sumergido en el viscoso fluido osmodeshidratante. El nivel de agitacin va desde 80 a 120 rpm. La configuracin del rodete y la veloci-daddeagitacin,ascomolasrevolucionesporminuto,nodebendaarlaintegridaddel tejido alimentario. 5.2.4Tamao y forma Si procesramos los alimentos en forma entera, no lograramos el objetivo de la osmodeshi-dratacin,muchomenos,obtendramoselproductoconlascaractersticasdeseadas.Por ello, se deben reducir de tamao. Sabemos que cuanto mayor es el rea superficial con res-pectoalvolumen,mayorser elreadecontactoconla solucin;porconsiguiente,mayor ser la velocidad de deshidratacin. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos35 Paraobtenermejoresresultados,tambinesnecesarioquelasunidadestrozadasde alimentoseandelamismageometraydelmismotamao.LaTabla5.1muestraalgunas formas en las que se pueden reducir de tamao diversos alimentos. 5.2.5Tipo de agente osmtico Eltipodesolutoutilizadoafectafuertementealacinticadetransferenciademasaenla osmodeshidratacin; y su correcta eleccin depende de diversos factores tales como: a) ca-ractersticas sensoriales del producto a obtener, b) costo del soluto, c) capacidad de deprimir la actividad de agua, d) solubilidad en agua, y e) peso molecular. Los agentes deshidratantes ms usados, debido a su disponibilidad y bajo costo, son la sacarosa y el cloruro de sodio (sal comn). La primera se utiliza generalmente en el deshi-dratado de frutas, mientras que la segunda se aplica en vegetales y carnes. Tambin se utili-zanotrosagentesosmticoscomolaglucosa,dextrosa,lactosa,glicerol,etanol,poliolesy jarabe de maz hidrolizado. El sorbitol, que es un poliol, se muestra muy eficiente en la re-mocin de agua en frutas, confirindolas un sabor aceptable. La Tabla 5.2 muestra los usos y ventajas de algunos solutos osmticos ms utilizados comercialmente. Los solutos osmticos de mayor peso molecular provocan disminucin en la ganancia de slidos por parte del alimento, favoreciendo una mayor tasa de prdida de agua, y conse-cuentemente, de peso. Segnelfinquesepersiga,sepuedeusarunacombinacindeestossolutosenuna misma solucin. Por ejemplo, un aumento de la concentracin de la sal mejora la prdida de agua,almismotiempoquesolucionesmsconcentradasensacarosadificultanlapenetra-cin de sal en los alimentos. Esto ocurre debido a la formacin de una capa compacta en la superficie del tejido, que dificulta la transferencia de sal hacia el alimento, por consiguiente, tambin la remocin de agua.En conclusin,elclorurodesodioaumenta latasadedeshi-dratacindebidoasubajopesomolecular,loquepermiteunapenetracinmsfcilenel alimento, mientras que la sacarosa permanece principalmente en el espacio extracelular. Es-tos dos solutos osmticos poseen un efecto sinrgico en la impregnacin de slidos, a pesar de que la sacarosa reduce la ganancia de los mismos. Porotro lado,sesuelen agregar frecuentementealgunosaditivos con elpropsitode mejorar la calidad del producto y evitar reacciones de degradacin indeseables. Las caracte-rsticas de estos aditivos se muestran en la Tabla 5.3. 5.2.6Aplicacin de vaco LatransferenciademasadurantelaODbajovacoparcialesmsrpidaquebajopresin ambiental. La utilizacin de vaco proporciona una intensificacin de los flujos de transporte demasaen el sistema,debidoalgradientedepresin.Enalgunosalimentos comola pia, manzana o patatas, la presencia de celdas de aire es caracterstica de su tejido parenquimti-co. Estas celdas ocupadas por gas pueden ser removidas por aplicacin de presiones de va-CAPITULO 5 Variables de procesamiento en OD36 co.Comoconsecuencia,lareduccindelapresincausalaexpansinyescapedelgas ocluido en los poros. Cuando la presin es restaurada, un torrente de solucin osmtica ocu-pa las celdas, incrementando, de esa manera, el rea superficial de transferencia de masa. Un ejemplo de la mejora del proceso por aplicacin de vaco se muestra en la Figura 5.4, donde se observan diferentes muestras de guayabas. La Figura 5.4 (a) muestra guayabas frescas mnimamente procesadas, la Figura 5.4 (b) muestra guayabas secadas por OD y apli-cacin de vaco; mientras que la Figura 5.4 (c) muestra guayabas secadas por OD a presin AlimentoGeometraEjemplificacin Pia, meln, papayaCubos Bayas,frambuesas,fre-sas,moras,grosellas, ciruelas,duraznos, aguaymanto. Enterasomita-des. Pera, manzana, kiwi, pomelo, mango, pia, papaya, pltano, caram-bola Rodajas, cubos. Manzana, piaCubos, tiras. Cebollas, pimientosCubitos Patatas, camoteRodajas,tiras, cubos Carnes rojasPaquetesmuscu-lares, filetes Carnes de pescadoTiras, filete Tabla5.1Geometrasdereduccindetamaoenalimentosparadeshidratacinpor smosis. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos37 NombreUsosVentajas Cloruro de sodioCarnes y verdurasAlta capacidad de depresin de la actividad de agua SacarosaFrutas principalmen-te Reduce pardeamientos y aumenta retencin de compuestos voltiles LactosaFrutas principalmen-te Sustitucin parcial de sacarosa GlicerolFrutas y verdurasMejora la textura CombinacinFrutas, verduras y carnes Caractersticas sensoriales ajustadas, combi-na la alta capacidad de depresin de la activi-dad de agua de las sales con la alta capaci-dad de eliminacin de agua del azcar. Tabla 5.2Usos y ventajas de algunos agentes osmticos utilizados en la osmodeshidra-tacin. CompuestoNombreCdigoFuncinMecanismo de accin 4-Hexilresorcinol4-HRE-586Agente de retencin de color y antioxidante Inhibicin directa del enzima cido ascrbico y su sal sdica AA, NaAE-300AntioxidantesReducen o-quinonas a difenoles inco-loros de baja reactividad cido isoascrbico (cido eritrbico) y su sal sdica ER, NaEE-315AntioxidanteBaja reactividad cido etilendiaminote-traactico EDTAE-386Antioxidante, conservante sinrgico y secuestrante Quelante del centro activo Cu++ Propionato clcico-E-282ConservadorAntimicrobiano de superficie (antimoho) Cloruro de calcioCaCl2E-509Agente de firmeza, regulador de acidez Formacin de pectatos de calcio inso-lubles Lactato de calcioLCE-327 cido ctricoACE-330Antioxidante (slo cido ctrico), regulador de acidez y secuestrante Acidulantes del medio y secuestrado-res de iones metlicos (Cu++) cido oxlicoAO- L-cistena L-cistina - - - - AntioxidantesReduce o-quinonas a difenoles de baja coloracin cido tartrico-E-334Antioxidante sinrgico, regu-lador de acidez. Acidulante del medio Sorbato de potasioKSE-202ConservantesAntimicrobianos (fungicidas) Benzoato de sodio-E-211 Tabla 5.2Usos y ventajas de algunos agentes osmticos utilizados en la osmodeshidra-tacin. Fuente: Barbosa-Cnovas GV, Vega-Mercado H. Deshidratacin osmtica, 2000.Fuente:ReproducidodeAlimentacin,EquiposyTecnologa,ChiraltA,PrezL,Gonzles-Martnez,ChaferM.Calidadde frutas mnimamente procesadas.Control y prevencin del pardeamiento enzimtico, 2003. CAPITULO 5 Variables de procesamiento en OD38 ambiental.La aplicacindevacoaguayabasmuestraquenoslomejoralaeficienciadel proceso, sino tambin las caractersticas sensoriales del producto. Lautilizacindevacoyaltastemperaturas(digamos60C)promueveunamayor concentracin de los jarabes de azcar, debido a la evaporacin de parte del agua de la solu-cinconeldecorrerdelproceso.Estopuedeparecerbeneficiosoalproceso,sinembargo, esta aparente sinergia promueve ms bien la cristalizacin del azcar. Por ello es fundamen-talcontrolarlatemperaturadelproceso,sobretodocuandoseaplicavacoparaapoyarla OD. 5.2.7Tiempo de proceso La prdida de agua y ganancia de slidos es mayor durante los primeros minutos del proce-so. La tasa de prdida de agua frecuentemente es alta hasta los primeros 40 a 60 min, luego del cual, disminuye drsticamente como consecuencia de una progresiva disminucin de la presin osmtica. Enrealidad,eltiempodeprocesoestenfuncindelascondicionesdedeshidrata-cinydelascaractersticasdel alimento.Porejemplo,amayortemperaturadelmedioos-mtico,menorsereltiemporequeridoparaextraeraguadelalimentoenunaproporcin deseada; y mientras ms porosa sea la matriz alimentaria, menor ser el tiempo de proceso. En consecuencia, el tiempo de deshidratacin est en funcin de las otras variables que in-tervienen en la OD. (a)(b)(c) Figura 5.4 Muestra de guayabas (a) frescas, (b) osmodeshidratadas a presiones de vaco y (c) guayabas secadas por osmodeshidratacin a presin ambiental. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos39 Laadopcindelatecnologadeosmodeshidratacininvolucranecesariamentetresetapas fundamentales, que son: a) etapa de preparacin y/o acondicionamiento de la materia prima, b)osmodeshidratacinpropiamentedichayc)postratamientoalaOD.Enotraspalabras, hay un antes, durante y un despus al aplicar esta tecnologa. 6.1Preparacin y/o acondicionamiento EldiagramadeflujodelaFigura6.1muestraenformadetalladalasetapasaseguirenla preparacinoacondicionamientodelosalimentosantesdeladeshidratacin;lasmismas que describiremos a continuacin. 6.1.1Seleccin/clasificacin Seseleccionanlas frutasy/ovegetalesatravsdeunainspeccinvisualytctil. Seeligen aquellas que presenten una textura y turgencia adecuadas, con un ndice de madurez ptimo como para soportar el proceso. En algunos casos se prefiere que las frutas estn aun verdes para poder soportar las exigencias del proceso, y que no colapse la estructura del tejido. La seleccin es una etapa muy importante y crucial. Previene que se procesen frutos de mala calidad y evita la proliferacin y contaminacin microbianas. Si no se toma en serio esta etapa, se obtendrn productos de psima calidad; all estriba su importancia. 6.1.2Lavado El lavado se puede hacer en forma manual o mecnica. Para el primer caso se hace uso de escobillas con cerdas que no maltraten la superficie de los frutos. Se realiza con abundante aguapotableafindeeliminarlasuciedadyotrassustanciasextraas.Ellavadosepuede hacer de manera tradicional en tinas o tanques, o tambin de la manera cmo se observa en la Figura 6.2. 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin Figura6.1Diagramadeflujodelapreparaciny/oacondicionamientodealimentos para el proceso de osmodeshidratacin. Figura 6.2 Lavado superficial de melones con potente chorro de agua potable. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin42 6.1.3Sanitizacin Lasanitizacintieneporfinalidadlaeliminacindemicroorganismoscontaminantesque persisten an despus del lavado. Para ello, los frutos se sumergen en una solucin clorada (50 ppm) por 15 min (Figura 6.3) y agitando suavemente. Luego se sumerge nuevamente en agua para eliminar residuos de cloro. 6.1.4Cortado Algunos frutos, como los melones, pueden ser difciles de pelar debido a su tamao. Por ello es conveniente reducirlo a un tamao ms manejable. Para este fin, se quitan los extremos y luego se realiza un corte transversal con ayuda de un cuchillo previamente desinfectado; la operacin se muestra en la siguiente figura. Aquellas frutas que, por su tamao, no requieren el trozado, pueden pasar directamen-te a las siguientes etapas del procedimiento para preparacin de la osmodeshidratacin. En todo caso, se debe extremar las medidas de higiene a fin de garantizar la calidad microbiol-Figura6.3(a)Sanitizacindepltanosenunaplantamecanizadadeprocesamiento mnimo de frutas, (b) melones en agua clorada, (c) sanitizado de alcachofas. Figura 6.4Secuencia de procedimientos del trozado de frutas para osmodeshidratacin de productos. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos43 gicadelproducto.Laetapadeescaldadoposteriornovaaeliminarlosmicroorganismos contaminantes, puesto que tiene un fin ms bien de ayudar el proceso mismo de la osmodes-hidratacin. 6.1.5Despepitado En esta etapa se eliminan las pepas o semillas, pues stas, en la mayora de los casos, confie-rensaboresdesagradablesydesmejoranlapresentacindelproductofinal.Eldespepitado puedesermanualomecnico.Eldespepitadomanualsepuederealizarconunacucharau otro instrumento previamente desinfectado. En la Figura 6.5 se observa el despepitado ma-nual de una mitad de meln. 6.1.6Pelado Lacscaraes unacortezaimpermeable,esdecir,nopermiteelpasode solucin osmtica; por esa razn, es despojada a todos los alimentos que vayan a ser sometidos a OD, incluyen-do a aqullos que poseen una cscara tan delgada como los tomates. El pelado puede ser manual, mecanizado, qumico y por escaldado. El pelado qumico consiste en sumergir el alimento en una solucin de soda castica (0,5 3,0%) por 10 a 70 s,dependiendodelalimentotratado.Luegoseneutralizalasodaresidualqueseencuentra enlasuperficiedelalimentoconayudadeuncido.Paraello,sesumergeelalimentoen agua cida (pH 2,5). Por cada kilogramo de producto se requerir 1L de agua acidulada. Figura 6.5Despepitado manual de una mitad de meln. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin44 El pelado por escaldado consiste en sumergir el alimento en agua hirviente o en vapor de agua, por un perodo de tiempo que oscila entre 30 a 120 s. Asimismo, se debe cuidar que el tiempo de escaldado no sea muy prolongado ya que puede daar de sobremanera el tejido alimentario. 6.1.7Trozado El trozado es una de las etapas crticas en la preparacin del alimento. Las muestras deben ser trozadas de un tamao y geometra uniformes, pues de la uniformidad depender, en l-timainstancia,lacalidadfinaldelproducto,laefectividaddelaosmodeshidratacinyel menor tiempo de procesamiento. Paraelcasodelosmelones,porejemplo,eltrozadosepuederealizarenformade cubos, tal como se muestra en la Figura 6.6. Sin embargo, no quiere decir que sea la nica formaaplicable, almenos, almeln.Laeleccindelaformadependerdelapresentacin final que se quiera dar al producto (vase la Tabla 5.1 para mayores ejemplos). 6.1.8Escaldado nicamente los alimentos que no han sido pelados por medio de este mtodo, se someten a estaoperacin.Estavez,lafinalidaddelescaldadoespermeabilizarlasmembranasdelas clulas que conforman cada trozo de tejido alimentario. Para ello, los trozos de alimento son homogneamente distribuidos en bandejas, las mismas que se hacen pasar dentro de un t-nel saturado con vapor caliente (85 a 100C).El tiempo de escaldado es mnimo (30 a 120 Figura 6.6Trozado de pulpa de meln en cubos. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos45 s). Una vez escaldado, el alimento est listo para ser enviado a los tanques de osmodeshidra-tacin. Con esta operacin concluye la primera etapa, que es el acondicionamiento de las di-ferentes materias prima para obtener excelentes productos finales. Antes de continuar con la siguiente etapa, haremos una breve descripcin de los pasos necesarios para preparar la solucin osmodeshidratante. Una vez elegido el soluto, ste deber ser disuelto en un recipiente o tanque. La con-centracin de soluto y la cantidad de solucin osmodeshidratante estn en funcin a la canti-daddealimentoaprocesar.Losvalores tpicosde concentracinestnenel rangode30a 80 Brix para la sacarosa, y de 2 a 20% para la sal (NaCl). Por otro lado, la proporcin ali-mento:solucin 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 so-lucinobtenida.Losparmetrosdelapasteurizacinporcalorsonde85Cpor15min,y tieneporobjetivogarantizarlaesterilidaddelmedioosmodeshidratante.Seguidamente,la solucin se enfra a la temperatura deseada para el proceso. Despus de este enfriamiento, se debe evitar la contaminacin de la solucin. 6.2Osmodeshidratacin Llegamos a la operacin que es el centro de todo el proceso de osmodeshidratacin. El obje-tivodeestaetapaesdesalojar lamayorcantidaddeaguadelalimentoenelmenortiempo posible. Para ello, el proceso se lleva a cabo en recipientes lo suficientemente grandes como para contener tanto al alimento como a la solucin osmodeshidratante. Por lo general se desarrolla a temperatura medio ambiental, sin embargo, con el fin de acelerar el proceso, se suele trabajar hasta una temperatura mxima de 60C. Tambin puede aplicarsepresionesdevacoyagitacin,cuyospropsitossonaumentarlavelocidadde desalojo de agua. Terminadoelprocesodedeshidratacin,lostrozosdealimentosonsacadosdelos recipientes con ayuda de coladores o cestos de malla. Se deja escurrir la solucin adherida al producto,durante5minaproximadamente,yseprocedeaenjuagar con aguadesinfectada. Luego, se vuelve a dejar por otros 5 min hasta que el agua del enjuague haya escurrido com-pletamente. Finalmenteelproductoestlistoparasersometidoalossiguientesprocesos.Cabe mencionar que el producto obtenido de la OD no es muy estable, por lo que requiere de una combinacindeotrosmtodosdesecadoopreservacin,paralograrlaestabilizacin.La Figura 6.7 ilustra los pasos hasta aqu desarrollados en el proceso de osmodeshidratacin a nivel industrial. Se puede notar que hay un sistema de recirculacin de solucin osmodeshi-dratante que ayuda a mantener constante la concentracin del soluto en la solucin. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin46 6.3Postratamiento a la OD LaODporssolanootorgaestabilidadalproductodeshidratado.Enconsecuencia,elali-mento es susceptible al ataque de microorganismos y reacciones enzimticas; pese a haberse disminuido su actividad de agua. La mayora de los procesos de preservacin estn basados en obstculos o barreras que afec-tan a las condiciones en las que los microorganismos pueden proliferar. Estas barreras son el pH,latemperatura,actividaddeagua,usodeantimicrobianos,entreotros.Laideafunda-mental de la tecnologa de obstculos o mtodos combinados es no utilizar un solo factor u obstculoparaconservarelalimento.Dichodeotraforma,latecnologadeobstculosse basa en la combinacin sinrgica de diferentes factores en niveles moderados para mejorar la seguridad de los alimentos, compensando las limitaciones de los procesos y minimizando el uso de niveles extremos de cualquier tratamiento. Sin embargo, la mayora de los proce-sospostratamientodelaODfortalecennicamentelaefectividaddeunamayordepresin de la actividad de agua de los alimentos. LosprincipalesprocesospostratamientoqueacompaanalaODsonelsecado,congela-cin, liofilizacin, fritura y envasado al vaco (Figura 6.8). Figura 6.7Diagrama de flujo de un proceso de osmodeshidratacin de melones a nivel industrial. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos47 El objetivo fundamental del secado, as como de cualquier otro proceso, es prolongar la vida comercial del alimento procesado. Esto se consigue reduciendo el contenido de hu-medaddelproductohasta unnivelque limitaelcrecimientomicrobiano.Enla mayorade las operaciones de secado se utiliza aire caliente. La configuracin bsica de un secadero de aire es una cmara donde se coloca el alimento y est equipado con un ventilador y canales que permiten la circulacin de aire caliente alrededor y a travs del alimento.Figura 6.8Diagrama de flujo general de un proceso de deshidratacin osmtica de ali-mentos. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin48 La congelacin es otro mtodo que se combina con OD para estabilizar el producto en eltiempo.LosmtodosdecongelacinmsusadosenODsonporcorrientedeairefro, congelacin por inmersin y congelacin criognica. En la congelacin por corriente de ai-re, el alimento se pone en contacto con una corriente de aire fro (-40C) y su velocidad es de 5 m/s. En la congelacin por inmersin el alimento entra en contacto directo con el refri-gerante,queest,asuvez,encontactoconlosserpentinesrefrigeradores.Lacongelacin criognica,noobstante,puedeserlamsadecuadaparacongelaralimentosdeshidratados osmticamente. La velocidad de congelacin conseguida por este mtodo produce alimentos de gran calidad, con cristales de hielo muy pequeos. El nitrgeno lquido es el refrigerante ms usado en esta tcnica de congelacin. Despus de la congelacin, el producto puede ser envasado convenientemente y con-tinuar con el almacenamiento a bajas temperaturas. Un mtodo de deshidratacin que utiliza alacongelacincomopretratamientoeslaliofilizacin.Enlaliofilizacin,elproductose seca por sublimacin directa del hielo bajo presin reducida. El alimento es congelado antes deintroducirlo enbandejasa la cmarahipobrica delliofilizador.Finalmente,secierra la cmara y se disminuye la presin, para luego comenzar el proceso de sublimacin. La fritura tambin es un mtodo de secado. En trabajos de investigacin se ha demos-trado que algunos alimentos (papa y camote) han mejorado su textura cuando fueron deshi-dratados parcialmente por OD y fritura. ElalimentopuedeserenvasadodespusdeterminarelprocesodeOD,sinrequerir ningn proceso previo de deshidratacin. Eso quiere decir que puede ser envasado al vaco, enatmsferamodificadaocontrolada,o usandoalgunosgasesomezclas de stos.En este caso,losproductosobtenidossedenominarancomoalimentosdehumedadintermedia (AHI). Se denominan de esta forma a aquellos alimentos que tienen una humedad en el ran-go 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 OD ser lo su-ficientementeestablesenalmacenamiento.Adems,lahumedadcontenidalesconfiereca-ractersticas sensoriales nicas, concluyendo una vez ms, que los alimentos osmodeshidra-tados son de muy alta calidad y tienenmuy buenas perspectivas en el futuro como alimen-tos listos para consumir. Unaventajadelaosmodeshidratacinqueesnecesarioresaltaresqueevita,hasta cierto punto y bajo ciertas condiciones, el pardeamiento de alimentos. Por ejemplo, la Figu-ra 6.9 muestra papas trozadas en tiras despus de un proceso de osmodeshidratacin. La Fi-gura 6.9 (a) muestra los trozos sin pardeamiento despus de dos horas de terminado el pro-cesodeosmodeshidratado.Encambio,laFigura6.9 (b)muestrapardeamientodelasmis-mas muestras solo despus de siete horas. Eso significa que la OD no requiere de sustancias que inhiban estas reacciones. Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos49 Algunos otros tratamientos adicionales a los mencionados, se pueden ver en la Figura 6.10. Los alimentos tratados osmticamente pueden volver a tratarse con secado convectivo, pas-teurizacin, secado por microondas y por alta presin. Esta ltima tcnica es la que actual-mente est despertando mucho inters en los industriales, pues no recurre a las altas tempe-raturas para preservar los alimentos; ms bien, explota las propiedades de las altas presiones para otorgar estabilidad a los productos osmodeshidratados. Figura 6.9Presencia de pardeamiento en papas trozadas tratadas por OD. (a) (b) Figura 6.10Otros tratamientos en el procesamiento de alimentos. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin50 6.5Tcnicas para mejorar la osmodeshidratacin La OD es de lejos uno de los mtodos de deshidratacin parcial ms eficientes en el uso de energa, pues como se mencion, no involucra cambios de fase para deshidratar el alimento. Siaestoaadimoselhechodequelasolucinosmodeshidratanteesreutilizable,laadop-cindeestatecnologaesmsqueatractiva.Perocomoentodo,existenciertosinconve-nientes que requieren ser superados. La OD es un proceso lento por naturaleza debido a que la velocidad de transferencia de masa es generalmente baja. Esta limitacin se ha superado parcialmente a travs del ma-nejode factoresdeprocesotalescomolatemperatura,concentracindelasolucin,agita-cin, entre otros. No obstante, estos factores pueden ser slo aplicados en una extensin li-mitada, ms all de la cual, afectara severa y adversamente a la calidad del producto final. Es entonces, que se han identificado mtodos combinados que puedan incrementar la trans-ferencia de masa sin ir en detrimento de la calidad del alimento. En los ltimos aos, se han desarrollado varias tcnicas para salvar dichos obstculos. stastcnicasincluyen:aplicacindevacoparcial(quesedesarrollenelcaptuloante-rior), alta presin hidrosttica, campo de pulsos elctricos, ultrasonido y aplicacin de fuer-za centrfuga. Con la mayora de estos mtodos se consigue aumentar la permeabilidad de la membranacelulardel tejidoalimentario,ascomo, incrementarelndicededesintegracin celular. 6.5.1Alta presin hidrosttica La aplicacin de altas presiones causa la permeabilizacin de la estructura celular. Cuando los trozos de alimento son pretratados con este mtodo, resulta en la desintegracin celular y permeabilizacindelamembrana.Comoconsecuencia,hayunareconfiguracincompleta de la arquitectura celular, redundando en una mayor tasa de transferencia de materia a travs de sus respectivas membranas. Se ha encontrado que la aplicacin de altas presiones (100 a 800 MPa) incrementa los valores de difusividad hasta en cuatro veces para el agua y en dos veces para el azcar en la OD de pia. Por otro lado, las altas presiones compactan las estructuras celulares, provocan-do la liberacin del fluido intracelular. Estatcnicayaestdisponiblecomercialmente,aunquefaltamuchopordesarrollar, sin embargo, se siguen haciendo esfuerzos por hacerlo tcnica y econmicamente viable. 6.5.2Aplicacin de campo de pulsos elctricos Este mtodo, al igual que el anterior, tambin incrementa la permeabilidad de las clulas y, enconsecuencia,lavelocidaddetransferenciademasatambinseveincrementada.En torno a la aplicacin de este mtodo, parece existir serias discrepancias entre los estudiosos. Por un lado, la aplicacin de campo de pulsos elctricos ocasiona una prdida de la turgen-Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos51 cia del tejido, afectando de cierta manera la textura final del producto. Por otro lado, los pro-cesos convencionales tambin ocasionan dao a los tejidos alimentarios. Siendo as, la apli-cacin de pulsos elctricos como pretratamiento de la OD parece tener bastante futuro. 6.5.3Aplicacin de ultrasonido En medios slidos, las ondas sonoras causan una serie de compresiones rpidas y sucesivas, con velocidades que dependen de su frecuencia. Este mecanismo es de gran importancia en elsecadodealimentos.Laacsticaafectaalespesordelacapalmitequeexisteentreel fluido agitado y el slido. La cavitacin, un fenmeno producido por la sonicacin, consiste en la formacin de burbujas en el lquido, el cual puede colapsar explosivamente y generar fluctuaciones de presin localizada. Este efecto incrementa la difusin durante el proceso de smosis y acelera el desgasi-ficado del tejido. La tecnologa de osmodeshidratacin ultrasnica puede ser llevada a cabo a baja temperatura de la solucin, obtenindose altas valores de prdida de agua y velocida-des de ganancia de slidos, mientras que se preservan los aromas, colores y compuestos nu-tritivos y sensibles al calor.

6.5.4Aplicacin de fuerza centrfuga Se ha aplicado fuerza centrfuga del orden de 64g durante la osmodeshidratacin y se obtu-vo mejor transferencia de masa. La prdida de agua aument en 15% mientras que se redujo considerablementelagananciadeslidos(80%).Noobstante,serequiereprofundizarlos estudios para investigar el efecto de variables como temperatura y concentracin de la solu-cin, velocidad de rotacin, tipo de soluto, etc. CAPITULO 6 Tecnologa de la Osmodeshidratacin52 La osmodeshidratacin es una tecnologa emergente de relativa actualidad. sta tiene el po-tencial de promover el desarrollo hortofrutcola del pas, adems de proveer a los consumi-dores con productos de excelente calidad, debido a que no utiliza eltratamiento con calor, porconsiguiente,hayuna prdidamnimadecompuestos termolbiles(vitaminas,antioxi-dantes, etc.) importantes para la salud. Por lo desarrollado en el presente manual, la osmodeshidratacin es un campo abierto a la investigacin. Las tecnologas de pre y postratamiento recin se estn estudiando inten-sivamente. Algunas tecnologas emergentes como el uso de alta presin hidrosttica o el de pulsos elctricos se muestran como tcnicas complementarias eficaces en el proceso de des-hidratacinporsmosis.Enconclusin,seavizoraunfuturobastanteprometedorparala OD de frutas y vegetales; sobre todo en un pas tan megadiverso como el Per, donde la na-turaleza ha sido muy generosa. Los principales ejes que debern guiar las futuras investigaciones en osmodeshidrata-cindebernestar centradasenresolver lossiguientespuntos:unentendimiento mscom-pleto acerca de la cintica de deshidratacin. Se requiere un anlisis sistemtico de las com-binacionesptimasdeltratamientoosmticoconotrasoperacionesunitariasparaproducir productos con excelentes cualidades sensoriales. Por el lado de la adopcin de la tecnologa, la OD an requiere de estudios conducen-tes hacia el diseo de maquinaria apropiada para el proceso de smosis. Deben desarrollarse mquinas para un proceso de deshidratacin continua. Otra razn que impide la adopcin a escala industrial de la OD, es el costo de la solu-cin osmtica; sta requiere medios apropiados para ser adecuadamente reciclada y/o recon-centrada y hacer de la osmodeshidratacin una alternativa mucho ms viable. Adems, esta tecnologa deber ser aplicada a toda la gama de productos hortofrutcolas exticos existen-tes en nuestro pas, con la finalidad de alentar su consumo y promover su cultivo y produc- 7 Perspectivas y Conclusiones cin.Esto redundaraenlacreacin deempresasdedicadas alprocesamientode estospro-ductos. Elaccesoaalimentosdecalidadyencantidadsuficienteesfundamentalpara lasu-pervivenciadelserhumano.Deellodependesusaludyunaadecuadanutricin.Anivel global,seestnhaciendomuchosesfuerzosparaponeradisposicinalimentosdelams alta calidad. Todava hay mucho alimento a pesar de que grandes extensiones de tierra estn siendo degradadas y muchas otras no son aptas para cultivo. Parasatisfacerlademanda,losalimentostienenquesersuministradosenellugary tiempo adecuados, y con el alto grado de calidad requerido por los consumidores. Esta dota-cin espacial, temporal, cualitativa y cuantitativa plantea el ms grande reto a todos los acto-res comprometidos en la produccin y provisin de alimentos. Elcrecimientodemogrficoalcanzarcifrasalarmanteslosprximosaos.Lapro-duccin de alimentos para estas grandes masas poblacionales vendr, no obstante, de culti-varlamismaextensindetierras.Ennombredelabastecimiento,sedesarrollarnnuevas tecnologas para incrementar la productividad, muchas extensiones de tierra sern anexadas alasyaexistentes.Sinembargo,elefectoirremediablementeserunempobrecimientode stas,y,consecuentemente,unaescasezdealimentosnuncaantesvista.Lafaltadeagua potablepararegarextensionesdetierrayprocesaralimentosagudizaranmselproble-ma. En el futuro, las naciones ms poderosas del mundo sern las que tengan garantizada la seguridad alimentaria de su poblacin, con alimentos de calidad y en la cantidad suficien-te.Porello,elcompromisodeagricultores,tcnicos,tecnlogosycientficosdealimentos eshacialabsquedadealternativasdemaximizacindelaproduccinyminimizacinde prdidas poscosecha. Para sobrellevar este problema se hace necesario difundir nuevas tec-nologas, que no slo produzcan alimentos de alta calidad, sino que a travs de la ocupacin en mano de obra por producirlos, nos ayude a salir del atraso en el que estamos sumidos. CAPITULO 7 Perspectivas y Conclusiones54 Apndice 1 Formas de expresar concentraciones Existen diferentes formas de expresar la concentracin de una solucin. Las que se emplean con mayor frecuencia en osmodeshidratacin suponen la comparacin de la cantidad de so-luto con la cantidad total de solucin, ya sea en trminos de masas, masa a volumen o inclu-so volumen a volumen. Gramos por litro Indicalamasaengramosdisueltaencadalitrodedisolucin.Tienelaventajadeseruna concentracinexpresadaenunidadesdirectamentemediblesparaeltipodedisoluciones ms frecuentes usadas a la hora de desarrollar experimentos de osmodeshidratacin a escala de laboratorio. Su clculo es inmediato: Tanto por ciento en peso (p/p) Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolucin. Su clcu-lo requiere considerar separadamente la masa del soluto y la del solvente: Tanto por ciento peso/volumen (p/v) Expresalamasaengramosdesolutodisueltaporcadacienmililitrosdedisolucin.Su clculo, a diferencia del anterior, se puede considerar juntamente la masa del soluto y la del disolvente; a esto se conoce como enrase. Su frmula es: litros endisolucin de volumen gramos ensoluto de peso/= l g100disolucin de masasoluto de masa(peso) % = 8 Apndices Tanto por ciento volumen/volumen (v/v) Expresa el volumen en mililitros de soluto disuelto por cada cien mililitros de disolucin. Su clculo requiere considerar separadamente los volmenes: Molaridad Indica el nmero de moles de soluto disueltos por cada litro de solucin; se representa por la letra M. El clculo de la molaridad se efecta determinando primero el nmero de moles y dividiendo por el volumen total en litros: 100disolucin de volumen soluto de masa(p/v) % =100disolucin de volumen soluto de volumen (v/v) % =litro 1 endisolucin la de volumen soluto) del molecularo soluto/pes de gramos en(peso(M) Molaridad =8 APENDICES Formas de expresar concentraciones56 Apndice 2 Clculo de la presin osmtica La siguiente frmula se conoce como la ecuacin de Vant Hoff, y que sirve para calcular la presin osmtica de una disolucin. Donde,eslapresinosmtica(atm);(C1C2)esladiferenciadeconcentraciones (mol/L); R es la constante de los gases ideales (= 0,082 (L.atm)/(K.mol)); y T es la tempe-ratura absoluta en grados Kelvin. Por ejemplo, vamos a calcular la presin osmtica de una solucin azucarada que contiene 100gde sacarosa,cuyafrmulamolecularesC12H22O11,disueltoensuficiente aguacomo para hacer 1 L de solucin a 25C; R = 0,0821 L.atm/mol.K. Convertir los gramos de sacarosa a moles dividiendo los gramos por el peso molecular de la sacarosa (342 g/mol). 100 g de sacarosa 1 mol / 342 g de sacarosa = 0,292 mol de sacarosa. Determinar la concentracin molar Molaridad = moles de sacarosa / volumen de solucin = 0,292 / 1 = 0,292 M. Convertir la temperatura de grados Celsius a grados Kelvin. K = 25 + 273 = 298 K Calcular la presin osmtica usando la ecuacin de Vant Hoff Reemplazando datos: Siguiendolademostracin,calculelapresinosmticaa50Cdeunasolucindeglucosa (C6H12O6) que tiene 60 g de glucosa disuelta en suficiente agua para hacer 1500 mL. RT C C ) (2 1 = RT C C ) (2 1 = atm 144 , 7 ) 298 )( 0821 , 0 )( 0 292 , 0 ( = = Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos57 Apndice 3 Clculo de la humedad de equilibrio ( ) En el osmodeshidratado de tomate cerasiforme (Lycopersicon esculentum var cerasiforme), seobtuvieronlosdatosde prdidadeagua(WL)yeltiempoquesepresentanenlaTabla A3.1. El proceso se llev en solucin salina al 10%. Con dichos datos, calcular la humedad de equilibrio usando el modelo linealizado de Azuara y colaboradores. Tabla A3.1. Resultados de prdida de agua en tomate cerasiforme sometido a osmodes-hidratacin. Fuente: datos aproximados obtenidos de Azoubel PM, Murr FEX (2000) Mathematical modelling of the osmotic dehydration of cherry tomato (Lycopersicon esculentum var cerasiforme). Cinc.Tecnol.Aliment.,en linea, 20 (2). El modelo linealizado de Azuara y colaboradores es: Para determinar la humedad de equilibrio ( ) es necesario realizar una regresin lineal, obteniendo los datos a partir de t/WL versus t. Usando los datos de la Tabla A3.1 se obtienen los datos de la Tabla A3.2. WLNT (min) WL (g agua/100 g muestra) 100,00 2308,49 3609,82 49010,65 512012,73 615013,98 718015,91 + =WLtWL S WLt) (11WL8 APENDICES Clculo de la humedad de equilibrio58 Tabla A3.2. Datos convertidos para la regresin y determinacin de. ConayudadeMicrosoftExcel,seobtieneelsiguientegrficoqueeslarepresentacin de la curva ajustada con los datos de la Tabla A3.2. El modelo de Azuara y colaboradores tambin puede expresarse de la siguiente forma: WLNt (min) t/WL G 100,00 2303,53 3606,11 4908,45 51209,43 615010,73 718011,31 y = 0,0512x + 2,8872R2 = 0,94210,002,004,006,008,0010,0012,0014,000 50 100 150 200t (min)t/WLtWL WL S WLt|||

\|+ = 1) (11Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos59 Esta ecuacin es semejante a la ecuacin de una recta:. Para nuestro caso: ; y Reemplazando el valor obtenido en la regresin de la constante b para obtener, tene-mos: = 1/0,0512= 19,53 Lo que quiere decir que en un tiempo infinito y dadas las condiciones del proceso de osmo-deshidratacin, se lograr desalojar 19,53 g de agua por cada 100 g de muestra. bx a y + =WLty =) (11 =WL Sa=WLb1WL0512 , 0 = bWLWL8 APENDICES Clculo de la humedad de equilibrio60 El autor desea expresar su agradecimiento a todos quienes facilitaron sus derechos para re-producir las fotografas, ilustraciones y textos, sin los cuales, este manual no sera ilustrati-vo. Asimismo, agradecer la paciencia, capacidad crtica y sugerencias del Ing.Guido Rene Suca Apaza, en la correccin de estilo y gramatical del manuscrito. Igualmente a mis alum-nos WilsonUrrutiaGutirrezyDaminvalosdela UniversidadNacional MicaelaBasti-das de Apurmac, por sus aportes en los trabajos de investigacin que sirvieron de referencia para esta publicacin. Atodosellosreiteromideudadegratitudintelectual porsusvaliosascontribucionesenla elaboracin de esta publicacin. 9 Agradecimientos Ade-Omowaye BIO, Rastogi NK, Angersbach A, Knorr D (2002) Osmotic dehydration behaviour of red paprika (Capsicum annuum L.) J Food Sci., 67(5): 1790 1796. Amami E, Vorobiev E, Kechaou N (2006) Modelling of mass transfer during osmotic dehydration of apple tissue pre-treated by pulsed electric field. LWT 39:1014 1021. Antonio GC, Azoubel PM, Alves DG, El-Aouar AA, Murr FEX (2004) Osmotic dehydration of papa-ya (Carica papaya L.): influence of process variables. Drying 2004 Proceedings of the 14th Inter-national Drying Symposium, So Paulo, Brasil, 22 25 Agosto 2004, C: 1998 - 2004. AntonioGC,KurozawaLE,XidiehMurrFE,ParkKJ(2006)Otimizaodadesidrataoosmtica debatatadoce(Ipomoeabatatas)utilizandometologiadesuperfciederesposta.Braz.JFood Technol., 9(2):135 141.Azoubel PM, Murr FEX (2000) Mathematical modelling of the osmotic dehydration of cherry tomato (Lycopersicum esculentum var. Cerasiforme). Cinc. Tecnol. Aliment [online] 20(2): 228232.Azuara E, Beristain CI, Gutirrez GF (1998) A method for continuous kinetic evaluation of osmotic dehydration. Lebensm. Wiss. u.-Technol., 31: 317 321. Barbosa-CnovasGV,Vega-MercadoH(2000)Deshidratacindealimentos.Edit.Acribia,Zara-goza, Espaa. Deshidratacin osmtica, 235255. BaroniAF,HubingerMD(1999)Kineticsofthedehydrationofonionbyimmersion.Braz.JFood Technol., 2(1,2): 81 86. BehsnilianD,SpiessWEL(2006)Osmoticdehydrationoffruitsandvegetable.IUFoST:1857 1869. Borges SV, Menegalli FC (1994) Influncia da desidratao osmtica sobre a cintica de secagem de manga. Pesq. Agropec. Bras., Brasilia, 29(4): 637 642. BorinI(2006)Cinticadesecagemdeabboras(Cucrbitamoschata)pr-tratadasosmticamente em solues contendo sacarose e NaCl. Tesis Magistral, Instituto de Biocincias, Letras e Cincias Exatas, Universidade Estadual Paulista, So Jos do Rio Preto, SP, Brasil. Brandelero RPH, Vieira AP, Telis VRN, Telis-Romero J, YamashitaF (2005) Aplicao de revesti- 10 Referencias Bibliogrficas mento comestvel em abacaxis processados por mtodos combinados: isoterma de soro e cintica de desidratao osmtica. Cinc. Tecnol. Aliment [online] 25(2): 285 - 290.BurattiS,RizzoloA,BenedettiS,TorreggianiD(2006)Electronicnosetodetectstrawberryaroma changes during osmotic dehydration. J Food Sci., 71(4): E184E189. CaliariM,SoaresSoaresJniorM,NunesFernndezT,GonalvesJniorS(2004)Desidratao osmticadebatatabaroa(Arracaciaxanthorrhiza).PesquisaAgropecuriaTropical,34(1):15 20. CastellML,FitoPJ,ChiraltA(2006)Effectofosmoticdehydrationandvacuumimpregnationon respiration rate of cut strawberries. LWT, 39: 1171 1179. Chavarro-Castrilln LM, Ochoa-Martnez CI, Ayala-Aponte A (2006) Efecto de la madurez, geome-traypresinsobrelacinticadetransferenciademasaenladeshidratacinosmticadepapaya (Carica papaya L., var. Maradol). Cinc. Tecnol. Aliment [online] 26(3): 596-603.Corzo O, Centeno E (2003) Superficies de respuesta de la transferencia de masa durante la deshidra-tacin osmtica delmeln (Cucumis melo, variedad Edisto). RevistaFacultad de Farmacia, 45(1): 5460. DermesonlouoglouEK,GiannakourouMC,TaoukisP(2007)Stabilityofdehydrofrozentomatoes pretreated with alternative osmotic solutes. J Food Engineering, 78: 272280. DermesonlouoglouEK,TaoukisPS(2006)Osmodehydrofreezingofsensitivefruitandvegetables: effect on quality characteristics and shelf life. IUFoST: 1901 1909. El-AquarAA,MurrFEX(2003)Estudoemodelagemdacinticadedesidrataoosmticadoma-mo formosa (Carica papaya L.) Cinc. Tecnol. Aliment., Campinas, 23(1): 6975. Emam-DjomehZ,DjelvehG,GrosJ-B(2001)Osmoticdehydrationoffoodsinamulticomponent solution Part I. Lowering of soluteuptake in agar gels: diffusion considerations.Lebensm.Wiss. u. Technol., 34: 312 318. FernandezCMO(2000)Developmentofmethodstocharacterisemasstransferbehaviourofplant tissuesduringosmoticdehydration.TesisMagistral,FacultyofGraduateStudies,Universityof Guelph, Ontario, Canad. FerrandoM,SpiessWEL(2003)MasstransferinstrawberrytissueduringosmotictreatmentI:mi-crostructural changes. J Food Sci., 68(4): 13471355. FerrandoM,SpiessWEL(2003)MasstransferinstrawberrytissueduringosmotictreatmentII: structure-function relationships. J Food Sci., 68(4): 13561364. FrancoMS,BarbosaHJ,MoralesAL(2005)Estudiodelaencapsulacindelosagentesosmticos utilizados para la deshidratacin osmtica de mora castilla (Rubs glaucus). GasparetoOCP,OliveiraEL,daSilvaPDL,MagalhesMMA(2004) Influenciadeltratamientoos-mtico en el secado de la banana Nanica (Musa cavendishii, L.) en secador de lecho fijo. Infor-macin Tecnolgica, 15(6): 9 16. Genina Soto P, Altamirano Morales SB (2005) Deshidratacin osmtica de prismas de camote, man-zana y papa. Interciencia, Caracas, 30(8): 485 487. Giannakourou MC, Taoukis PS (2003) Stability of dehydrofrozen green peas pretreated with noncon-ventional osmotic agents. J Food Sci., 68(6): 20022010. 10 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 64 Giraldo GA, Chiralt A, Fito P (2005) Deshidratacin osmtica de mango (Mangifera indica). Aplica-cin al escarchado. Ingeniera y Competitividad, 7(1): 44 55. Gomes Alves D (2003) Obteno de acerola (Malpighia punicifolia L.) em passa utilizando processos combinadosdedesidrataoesecagem.TesisDoctoral,FaculdadedeEngenhariadeAlimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, Brasil. Grabowski S, Marcotte M, Poirier M, Kudra T (2002) Drying characteristics of osmotically pretreat-edcranberriesenergyandqualityaspects.FoodResearchandDevelopmentCentre,Agriculture and Agri-Food Canada, 21 p. HuayamaveCE,CornejoF(2005)Influenciadepresionesdevacoenlatransferenciademasadu-rante la deshidratacin osmtica del mango. Revista Tecnolgica ESPOL, 18(1): 141 145. HussainI,IqbalM,ShakirI,AyubN(2004)Effectofsucroseandglucosemixtureonthequality characteristics of osmotically dehydrated banana slices. Pakistan J Nutrition, 3(5): 282284. Jokic A,Gyura J, Levic L, ZavargZ (2007) Osmotic dehydration of sugar beet in combined aque-ous solutions of sucrose and sodium chloride. J Food Engineering, 78: 4751. Lemos L, Daz A, Rodriguez A (2002) Reutilizacin de soluciones concentradas utilizadas en deshi-dratacin-impregnacinporinmersin(D.I.I.)depltanomaduro(MusaparadisiacaL.).Memo-riasXVReunindelaAsociacindeBananerosdeColombiarealizadaenCartagenadeIndias, Colombia, 27 de octubre al 02 de noviembre, 2002, Medelln. LewickiPP,Porzecka-PawlakR(2005)Effectofosmoticdewateringonappletissuestructure.J Food Engineering, 66: 43 50. Li H, Ramaswamy HS (2005) Osmotic dehydration. Stewart Postharvest Review, 4(3): 19. Lima SA, Figuereido WR, Maia AG, Lima RJ, Machado de Sousa PH (2004) Estudo da estabilidade de meles desidratados obtidos por desidratao osmtica seguida de secagem convencional. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal-SP, 26(1): 107109. Lima SA, Figuereido WR, Maia AG, Lima RJ, Souza Neto MA, Souza ACR (2004) Estudo das vari-veisdeprocessosobreacinticadedesidrataoosmticademela.Cinc.Tecnol.Aliment., Campinas, 24(2): 282286. Machado de Sousa PH, Arraes Maia G, Moreira de Souza Filho MS, Wilane de Figuereido R, Rodri-guesdeSouzaAC(2003)Goiabasdeshidratadasosmticamenteseguidasdesecagememestufa. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal SP, 25(3): 414 416. Machado de Sousa PH, Arraes Maia G, Moreira de Souza Filho MS, Wilane de Figuereido R, Tieso NassuR,BorgesMF(2003) Avaliaodeprodutosobtidospeladesidrataoosmticadebanana seguida de secagem. B.CEPPA, Curitiba, 21(1): 109 120. MachadodeSousaPH,MoreiradeSouzaFilhoMS,ArraesMaiaG,WilanedeFiguereidoR,de Sousa Neto MA, de Carvalho JM (2003) Avaliao das curvas de secagem e da alterao de cor e texturadabananaprocessadapordesidrataoosmticaseguidadesecagem.RevistaCincia Agronmica, 34(2): 179 185. Madamba PS, Lopez RI (2002) Optimization of the osmotic dehydration of mango (Mangifera indica L.) slices. Drying Technology, 20(6): 12271242. Martnez VY, Nieto AB, Viollaz PE, Alzamora SM (2005) Viscoelastic behaviour of melon tissue as Manual de Osmodeshidratacin de Alimentos65 influenced by blanching and osmotic dehydration. J Food Sci., 70(1): E12E18. Martnez-Monz J, Martnez-Navarrete N, Chiralt A, Fito P (1998) Mechanical and structural chang-es in apple (Var. Granny Smith) due to vacuum impregnation with cryoprotectans. J Food Sci., 63(3): 499503. Matusek A, Mersz P (2003) Modelling of sugar transfer during osmotic dehydration of carrots. Peri-odica Polytechnica Ser. Chem. Eng., 46(1-2): 8392. Mazzanti G (2000) Analysis of mass transfer in osmotic dehydration of apples. Tesis Magistral, Fac-ulty of Graduate Studies, University of Guelph, Ontario, Canad. Mendoza R, Schmalko ME (2002) Diffusion coefficients of water and sucrose in osmotic dehydration of papaya. Int. J Food Properties, 5(3): 537546. Milln Trujillo FR, Lpez Pl S, Roa Tavera V, Tapia MS, CavaR (2001) Estudio de la estabilidad microbiolgicadelmeln(CucumismeloL)mnimamenteprocesadoporimpregnacinalvaco. Archivos Latinoamericanos de Nutricin, 51(2): 173 179. Milln Trujillo FR, Ostojich Cuevas Z (2005) Aplicacin de un diseo rotable en el modelado emp-rico de la deshidratacin osmtica en frutas. I