Secado de Alimentos Por Metodos Combinado_deshidratacion Osmotica_secado Por Microondas y Aire Caliente

TESIS de Maestría enTECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS Tesista: Patricia Della Rocca Director: Dr. Rodolfo H. Mascheroni Secado de alimentos por métodos combinados: Deshidratación osmótica y secado por microondas y aire caliente Ciudad Autónoma de Buenos Aires 2010 ÍNDICE DE CONTENIDOS CAPÍTULO I I. INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO II II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA II.1 DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE ALIMENTOS 4 Principales etapas en la preparación de productos deshidratados 7 osmóticamente Análisis de las principales ventajas potenciales de la deshidratación 8 osmótica 1. Mejora de la calidad en términos de color, sabor, aroma y textura 2. Eficiencia energética 3. No requiere de tratamientos químicos 4. Estabilidad del producto durante el almacenamiento 5. Costo de empaque y distribución menores Algunos inconvenientes que pueden presentarse en el proceso de deshidratación osmótica 11 1. Características sensoriales del producto 2. Manejo de la solución deshidratante 3. Algunas dificultades en el diseño y el control del proceso Factores que afectan el proceso de deshidratación osmótica 12 1. Tipo de agente osmótico 2. Concentración de la solución osmótica 3. Temperatura de la solución osmótica 4. pH de la solución 5. Propiedades del soluto empleado 6. Agitación de la solución osmótica 7. Geometría y tamaño del producto 8. Relación masa de solución a masa del producto 9. Propiedades físico-químicas del alimento 10. Presión de operación Modelado de la deshidratación osmótica 17 Modelo de Crank 19 Determinación de coeficientes de difusión del agua y de los sólidos a) Rebanadas o placas planas de longitud infinita 20 b) Paralelepípedo rectangular 22 c) Cilindro infinito 24 d) Esfera 26 Coeficientes de difusión efectivos obtenidos en diferentes productos hallados en la literatura 27 Modelos empíricos 29 Modelo de Peleg 29 Modelo de Azuara 30 Modelo de Hawkes y Flink 30 Modelo de primer orden 31 Modelo de Raoult Wack 32 Modelo de Page 33 Diseño de Equipos de Deshidratación Osmótica 33 II.2 SECADO POR MICROONDAS 34 1. Ecuaciones que gobiernan el fenómeno de la generación de los campos electromagnéticos 35 2. Ecuaciones que gobiernan la transferencia de calor 36 Modelo simplificado electromagnético de transferencia de calor en sólidos con transporte de humedad 38 Algunas aplicaciones de las microondas 39 Ventajas y desventajas en el uso de microondas en el secado 39 II.3 SECADO COMBINADO 40 II. 4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE VIDA ÚTIL DE UN ALIMENTO 43 II.5 ENVASADO EN ATMÓSFERA MODIFICADA 49 MATERIALES 51 Etilen vinil alcohol (EVOH) 51 Poliamida 52 Policloruro de vinilideno (PVDC) 52 Polietileno 53 Permeabilidad de las películas poliméricas 53 CAPÍTULO III III. OBJETIVOS 56 Generales 56 Específicos 56 CAPÍTULO IV IV. PARTE EXPERIMENTAL 58 IV.1 MATERIALES 58 IV.2 MÉTODOS 59 IV.2.1 Búsqueda de las condiciones de operación para la deshidratación osmótica 59 a) Preparación de la muestra 59 b) Pesada de las muestras de papas y de los solutos para preparar las soluciones 59 c) Ensayos de deshidratación osmótica para analizar el efecto de las distintas variables sobre la pérdida de peso durante el proceso 60 IV.2.2 Experiencia de deshidratación osmótica 61 a) Descripción 61 b) Condiciones de operación 63 c) Comparación del aspecto de las papas para diferentes tiempos de deshidratación osmótica y distintas concentraciones de sacarosa luego de transcurridos 15 días en condiciones ambientales 63 IV.2.3. Descripción de las experiencias de secado por microondas 64 IV.2.4 Descripción de las experiencias de secado combinado de las papas (microondas y convección con aire caliente) y pretratamiento con deshidratación osmótica 65 a) Análisis de la concentración más adecuada de sal a emplear en el pretratamiento 65 b) Análisis del tiempo de pretratamiento con deshidratación osmótica 66 Condiciones de operación de las papas pretratadas con deshidratación osmótica 66 Descripción de las experiencias de secado de las papas luego del Pretratamiento 66 IV.2.5 Determinación de humedad de las papas 67 IV.2.6 Medición de la transferencia de masa 67 IV.2.7 Modelado de la deshidratación osmótica 68 IV.2.8 Modelado del secado por microondas 70 IV.2.9 Modelado del secado combinado (microondas y convección con aire caliente) 71 IV.2.10 Condiciones de envasado en atmósfera modificada y determinación del tiempo de vida útil del producto 71 IV.2.11 Microscopía electrónica de barrido ambiental de las papas para estudiar su estructura y los efectos que provocan en las mismas los distintos tratamientos térmicos 72 a) Principio de funcionamiento y características del microscopio 73 CAPÍTULO V V. ANÁLISIS DE RESULTADOS V.1 BÚSQUEDA DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO 75 V.1.1 Estudio de la concentración 75 a) Concentración de sacarosa 75 b) Concentración de sal 81 Análisis de la ganancia de sólidos en el producto durante el proceso de deshidratación osmótica 83 V.1.2 Estudio de la deshidratación osmótica en función del tiempo de deshidratación 84 V.1.3 Estudio de la deshidratación osmótica en función de la variación de la temperatura 86 V.1.4 Estudio de la relación de masa de solución a masa de papa (R) y su influencia en la deshidratación osmótica 87 V.1.5 Estudio de la influencia del tamaño de los cubos 89 V.1.6 Superficie de respuesta 90 V.1.7 Condiciones de operaciones finales 92 V.1.8 Estudio de la relación pérdida de agua a ganancia de sólidos en función del tiempo para diferentes concentraciones de sacarosa en la solución 93 V.1.9 Comparación de aspecto de las papas para diferentes tiempos de deshidratación osmótica y distintas concentraciones de sacarosa luego de transcurridos 15 días en condiciones ambientales 95 V.2 MODELADO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA V.2.1 Modelos fenomenológicos que se basan en la Segunda Ley de Fick de la difusión 97 V.2.1.1 Modelo de Crank 97 Determinación de los coeficientes de difusión 97 a) Determinación del coeficiente de difusión del agua de las papas para las condiciones óptimas finales de deshidratación osmótica 97 b) Determinación de los coeficientes de difusión de agua de las papas para las restantes concentraciones de sacarosa ensayadas en las experiencias 98 c) Determinación del coeficiente de difusión de sólidos para las condiciones óptimas finales de deshidratación osmótica calculadas (ítem V.1.7) 101 V.2.2. Modelos Empíricos 102 V.2.2.1. Modelo de Peleg 103 V.2.2.2. Modelo de Azuara 108 Correlación de la pérdida de agua del producto a tiempo infinito y la concentración de sacarosa 113 V.2.2.3. Modelo de Hawkes y Flink 113 Análisis de los valores de los coeficientes k y k 0 de la ecuación del modelo 115 V.2.2.4. Modelo de primer orden 118 V. 2.2.5. Modelo polinomial 121 V.2.2.6. Modelo de Raoult-Wack 124 Comparación entre los modelos empleados para describir el proceso de deshidratación osmótica 126 Modelos utilizados para describir la ganancia de sólidos en el producto durante la deshidratación osmótica 127 V. 3. MODELADO DEL SECADO POR MICROONDAS 131 V. 4 SECADO COMBINADO (MICROONDAS Y CONVECCIÓN CON AIRE CALIENTE) LUEGO DE PRETRATAMIENTO CON DESHIDRATACIÒN OSMÓTICA 141 V.4.1 Condiciones de pretratamiento utilizando xilitol en reemplazo de la sacarosa 141 a) Análisis del tiempo de pretratamiento (deshidratación osmótica) 141 b) Análisis de la concentración más adecuada de sal a emplear en el pretratamiento 141 c) Condiciones de pretratamiento de las papas utilizando xilitol antes del secado combinado 142 V.4.2 Comparación de los valores de humedades del producto durante el tratamiento con deshidratación osmòtica en soluciones con diferentes tipos y concentraciones de solutos 142 V.4.3 J ustificación del uso de xilitol en las experiencias de deshidratación osmótica e importancia de la elecciòn del soluto 144 V.5 MODELADO DEL SECADO COMBINADO 145 V.6 TRATAMIENTO SELECCIONADO 149 V.6.1 Condiciones de operación y resultados obtenidos con el tratamiento Seleccionado para el secado de las papas 149 V.7 RESULTADOS MICROBIOLÓGICOS 149 V.8 ANÁLISIS DE LAS MICROFOTOGRAFÍAS DE LAS PAPAS FRESCAS Y DURANTE LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS DE DESHIDRATACIÒN 151 CAPÍTULO VI IV CONCLUSIONES 158 ANEXO TRATAMIENTO DE RÉPLICAS 162 BIBLIOGRAFÎA 167 ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO II- REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Figura II.1 Flujo de solutos y de agua en el producto alimenticio inmerso en la solución hipertónica Figura II.2 Etapas principales en el procesamiento de productos deshidratados osmóticamente Figura II.3 Calentamiento de un sólido por microondas CAPÍTULO V- ANÁLISIS DE RESULTADOS Figura V.1 Pérdida de peso en función del tiempo para distintas concentraciones de sacarosa, concentración de sal 10 % m/m, R=4, T=40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cm de arista Figura V.2 Pérdida de peso, pérdida de agua y ganancia de solutos (sólidos) en función del tiempo para una solución de concentración de sacarosa del 40 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, T=40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cmde arista Figura V.3 Humedad de la papa en función del tiempo durante la deshidratación osmótica para una solución de concentración de sacarosa del 40 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, nivel de agitación 120-130 rpm, T=40 ºC y cubos de 1 cmde arista Figura V.4 Pérdida de peso, pérdida de agua y ganancia de solutos (sólidos) en función del tiempo para una solución de concentración de sacarosa del 10 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, nivel de agitación 120-130 rpm, T=40 ºC y cubos de 1 cmde arista Figura V.5 Humedad de las papas en función del tiempo para distintas concentraciones de sacarosa en la solución (10 % m/my 40 m/m), concentración de sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa de 4, temperatura de 40ºC, nivel de agitación 120-130 rpm y cubos de 1 cmde arista Figura V.6 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica a distintas concentraciones de sal (5 %; 10 % y 20 % m/m). La concentración de sacarosa se mantuvo constante en un 40 % m/my las otras variables también, R=4, T=40ºC y cubos de 1 cmde arista. Figura V.7 Humedad de las papas en función del tiempo durante la deshidratación osmótica a distintas concentraciones de sal (5 %; 10 % y 20 % m/m). La concentración de sacarosa se mantuvo constante en un 40 % m/m, relación masa de solución a masa de papa,R=4, T=40ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cmde arista. Figura V.8 Ganancia de sólidos en función del tiempo en las distintas experiencias de 6 7 37 77 78 79 80 81 82 82 deshidratación osmótica con diferentes concentraciones de sacarosa y la misma concentración de sal en la solución, 10 % m/m. Los valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales Figura V.9 Pérdida de peso versus tiempo durante la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cm de arista en una solución de concentración en sacarosa del 20 % m/m y de sal del 10% m/m, una relación de masa de solución a masa de papa de 4, un nivel de agitación de 120-130 rpm y una temperatura de 40º C Figura V.10 Concentración de sólidos solubles (g de sólidos solubles/100 g de solución) en la solución deshidratante en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cmde arista en una solución de concentración en sacarosa del 20 % m/m y de sal del 10% m/m, una relación masa de solución a masa de papa de 4, un nivel de agitación de 120-130 rpmy una temperatura de 40° C. Figura V.11 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papa en cubos de 1cmde arista, en una solución 40 % m/mde sacarosa y 10 % m/mde sal, relación masa de solución a masa de papa de 4, nivel de agitación 120-130 rpma distintas temperaturas (30 ºC y 40 ºC) Figura V.12 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papas de cubos de 1cm de arista en una solución 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/mde sal, a una temperatura de 40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpm, a distintas relaciones masa de solución a masa de papa (R) Figura V.13 Pérdida de peso versus tiempo durante la deshidratación osmótica de papa en una solución 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/mde sal para una relación masa de solución a masa de papa de 4, una temperatura de 40 ºC, nivel de agitación de 120-130 rpmy distintos tamaños de cubos de 0,6; 1 y 1,2 cmde arista Figura V.14 Superficie de respuesta: Pérdida de peso en función de la concentración de sacarosa en la solución deshidratante (10 % m/m– 50 % m/m) y el tiempo de deshidratación (0 – 4 h) Figura V.15 Superficie de respuesta: Pérdida de peso en función de la concentración de sal (5 % m/m-20 % m/m) en la solución deshidratante y el tiempo de deshidratación (0-4 h) Figura V.16 Relación pérdida de agua a ganancia de solutos en función del tiempo para diferentes concentraciones de sacarosa en la solución deshidratante Figura V.17 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cm de arista en solución de sacarosa 40 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.18 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cm de arista) en solución de sacarosa 10 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.19 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cm de arista) en solución de sacarosa 20 83 85 86 87 88 89 91 92 94 98 99 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.20 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cm de arista) en solución de sacarosa 30 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.21 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cm de arista) en solución de sacarosa 50 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.22 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión de solutos, en la deshidratación osmótica de papas de cubos de 1 cm de arista en solución de sacarosa 40 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Figura V.23 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.24 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.25 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.26 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.27 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.28. Curva de humedad en función del tiempo. Ajuste de los datos experimentales con el modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas con solución de sacarosa al 40 % m/m y de sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.29 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.30 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las 99 100 100 102 103 104 104 105 105 108 109 condiciones de operación óptimas finales) Figura V.31 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.32 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.33 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figuras V.34 Correlación de la pérdida de agua a tiempo infinito, PA ∞ en función de la concentración de sacarosa en la solución (% m/m) Figura V.35 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.36 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.37 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.38 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.39 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.40 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.41 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.42 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.43 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las 109 110 110 111 113 115 116 116 117 117 118 119 119 de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.44 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.45 Valores experimentales de humedad de las papas en función del tiempo y ajuste polinómico (grado 3) de dichos datos. Las papas fueron deshidratadas osmóticamente en distintas soluciones deshidratantes a diferentes concentraciones de sacarosa (10 % m/m, 20 % m/m, 30 % m/m, 40 % m/my 50 % m/m) y 10 % m/mde sal Figura V.46 Variación de la humedad de las papas en función del tiempo deshidratadas osmóticamente en distintas soluciones deshidratantes a diferentes concentraciones de sal (20 %, 10 % y 5 % m/m) y 40 % m/mde sacarosa y ajuste polinomial de las curvas Figura V.47 Datos experimentales de pérdida de agua en función del tiempo para las experiencias de deshidratación osmótica en las distintas soluciones deshidratantes y ajuste del modelo de Raoult-Wack Figura V.48 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/my sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.49 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.50 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.51 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.52 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V. 53 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo exponencial Figura V.54 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo logarítmico Figura V.55 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %. 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo potencial 120 120 122 123 124 128 128 129 129 130 133 133 134 Figura V.56 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por polinomio de grado 3 Figura V.57 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por polinomio de grado 5 Figura V.58 Pérdida de peso en función del tiempo para las distintas potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % respecto de la potencia máxima. Figura V.59 Variación de las humedades de las papas durante el tratamiento de deshidratación osmótica en distintas soluciones Figura V.60 Curvas de secado combinado a distintas potencias (40, 50 y 60 % de la potencia máxima) luego de un pretratamiento con deshidratación osmótica de 1 h Figura V.61 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/m de xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con el modelo de Page Figura V.62 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/m de xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con el modelo de difusión Figura V.63 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/m de xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con expresión exponencial Figura V.64 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/m de xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con expresión polinómica de segundo grado ANEXO Figura I- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 1- Figura II- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 2- Figura III- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 3- 134 135 136 143 145 147 147 148 148 163 164 165 ÍNDICE DE FOTOS CAPÍTULO IV- PARTE EXPERIMENTAL Foto IV.1 Papas variedad Spunta Foto IV.2 Agitador orbital y el sistema: papas-solución en su interior Foto IV.3 Papas luego del tratamiento de deshidratación Foto IV.4 Equipo de microondas Foto IV.5 Microscopio electrónico de barrido ambiental Foto V.1 Papas deshidratadas osmóticamente en solución de concentraciones de sacarosa 10% y 40% m/m durante distintos tiempos de tratamiento 1 h, 2 h, 3 h, 4 h y 5 h, luego de transcurridos 15 días al ambiente sin ningún tipo de tratamiento químico y/o físico para su conservación 58 62 62 65 74 96 ÍNDICE DE MICROFOTOGRAFÍAS CAPÍTULO V – ANÁLISIS DE RESULTADOS Microfotografía I Papa fresca Microfotografía II Papa fresca Microfotografía III Deshidratación osmótica durante 30 min Microfotografía IV Deshidratación osmótica durante 1 h Microfotografía V Deshidratación osmótica durante 2 h Microfotografía VI Deshidratación osmótica durante 3 h Microfotografía VII Microondas durante 1 min Microfotografía VIII Microondas durante 3 min 151 151 152 152 153 153 154 155 Microfotografía IX Microonda durante 5 min Microfotografía X Microondas durante 10 min Microfotografía XI Secado combinado (microondas y convección con aire caliente a una potencia del 60%) durante 5 min, luego de pretratamiento con deshidratación osmótica por 1 h 155 156 157 ÍNDICE DE TABLAS CAPÍTULO II - REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Tabla II.1 Difusividad efectiva de frutihortícolas encontrados en la literatura Tabla II.2 Factores principales que afectan la ecología microbiana de los alimentos (Alzamora, 1997) Tabla II.3 Principales métodos de conservación de alimentos y su acción sobre microorganismos Tabla II.4 Permeabilidad de gases en láminas de PEBD Tabla II.5 Permeabilidad de gases en láminas de PEAD CAPÍTULO V - ANÁLISIS DE RESULTADOS Tabla V.1 Valores medios y sus correspondientes desviaciones estándares de los coeficientes de difusión del agua, D ew para distintas concentraciones de sacarosa y la misma concentración de sal 10 % m/men la solución Tabla V.2 Parámetros del modelo de Peleg (k 1 y k 2 ) y los coeficientes de correlación, R 2 Tabla V.3 Velocidades iniciales de transferencia de masa y humedades de equilibrio para distintas concentraciones de sacarosa en la solución Tabla V.4 Humedades de equilibrio experimentales y predichas por el modelo de Peleg y sus correspondientes errores porcentuales Tabla V.5 Parámetros del modelo de Azuara: PA ∞, s 1 y coeficientes de determinación, R 2 Tabla V.6 Valores de pérdida de agua a tiempo infinito estimados por el modelo de Azuara y valores experimentales obtenidos luego de 4 h de deshidratación osmótica y su respectivo error porcentual Tabla V.7 Expresiones del modelo de Hawkes y Flink para las experiencias de deshidratación osmótica realizadas en soluciones de diferente concentración de sacarosa y la misma concentración de sal, 10 % m/m, considerando diferentes tiempos de deshidratación osmótica Tabla V.8 Comparación de los valores obtenidos de difusividad efectiva para la transferencia de masa empleando los modelos de la 2° Ley de Fick de la difusión y de primer orden (valores medios y su respectiva desviación estándar) Tabla V.9 Coeficientes del modelo polinomial de grado 3 para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución y su coeficiente de determinación, R 2 Tabla V.10 Coeficientes del modelo polinomial de grado 3 y su coeficiente de 27- 45 47 53 53 101 106 106 107 111 112 114 121 122 123 determinación, R 2 para cada experiencia Tabla V.11 Ecuaciones de ajuste del modelo de Raoult-Wack para las distintas soluciones y coeficientes de determinación, R 2 respectivos Tabla V.12 - Comparación de los PA ∞ obtenidos con los modelos de Azuara, y Raoult- Wack Tabla V.13 Valores de ganancia de sólidos a tiempo infinito, GS  , el parámetro s 1 y el coeficiente de determinación, R 2 para el modelo de Azuara. Tabla V.14 Valores de los parámetros k 1 y k 2 del modelo de Peleg en las distintas experiencias con diferentes concentraciones de sacarosa y el coeficiente de determinación, R 2 . Tabla V.15 Ecuaciones correspondientes a los distintos modelos matemáticos utilizados para ajustar los datos experimentales durante el secado por microondas Tabla V.16 Modelo lineal Tabla V.17 Modelo Exponencial Tabla V.18 Modelo Logarítmico Tabla V.19 Modelo Potencial Tabla V.20 Polinomio de grado 2 Tabla V.21 Polinomio grado 3 Tabla V.22 Polinomio grado 4 Tabla V.23 Polinomio grado 5 Tabla V.24 Deshidratación osmótica en una solución con una concentración 40 % de xilitol y 5 % de sal durante 60 min y 120 min Tabla V.25 Deshidratación osmótica en una solución con una concentración 40 % de xilitol y 10 % de sal durante 30 min y 60 min. Tabla V.26 Valores de humedades en función del tiempo para las soluciones con diferentes concentraciones de solutos Tabla V.27 Expresiones polinómicas obtenidas a partir de los datos experimentales de las curvas de secado combinado para potencias 40 %, 50 % y 60 % de la potencia máxima de microonda Tabla V.28 Resultados microbiológicos 125 126 130 131 132 137 137 138 138 139 139 140 140 141 141 143 146 150 ANEXO Tabla 1 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 1 Tabla 2 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 2 Tabla 3 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 3 Tabla 4 Intervalos de confianza del 95 % para los valores de las tres corridas 162 163 164 166 A mishijasMarilé, LucyyDebbieyami padre [ E s c r i b i r t e x t o ] Agradecimientos Agradezco muy especialmente al Dr. Rodolfo Horacio Mascheroni, por sus enseñanzas durante la dirección de esta tesis. También mi reconocimiento por su excelente predisposición y su desinteresada colaboración con el grupo de investigación de Tecnología de Alimentos de la FRBA (UTN) en el que participo. Mi agradecimiento a la Secretaría de Ciencia y Técnica y al Departamento de Ingeniería Química de la FRBA por su contribución financiera que hicieron posible que esta tesis pueda llevarse a cabo en las instalaciones de esta Facultad. También deseo expresar mi reconocimiento al Ing. Ricardo Mateucci por su colaboración en los ensayos microbiológicos y al gerente de la empresa Rapi-vac, Werner Pablo Kähnlein que puso a mi disposición sus máquinas de envasado en atmósfera modificada. Por último, mi especial gratitud a mi familia que apoyó mi esfuerzo para la realización de este trabajo y que siempre me acompaña PatriciaA ndreaDellaR occa [ E s c r i b i r t e x t o ] Resumen El presente trabajo se enfocó en el estudio y análisis de las variables que afectan el secado de un producto hortícola como la papa. En primer lugar, el secado se llevó a cabo mediante la deshidratación osmótica y luego a través del secado combinado (microondas y convección con aire caliente). Se aplicaron diferentes modelos matemáticos a los datos experimentales a fin de representar los datos cinéticos obtenidos durante el secado. Para la etapa de deshidratación osmótica se utilizaron modelos basados en la segunda Ley de Fick de la difusión y de cinética de primer orden. Asimismo, aquellos modelos sencillos como los de Peleg, Hawkes y Flink, Azuara y Raoult Wack también se ensayaron. Estos últimos ajustaron de manera muy satisfactoria los datos. Otras ventajas de estos modelos son su rapidez de cálculo debido a su sencillez matemática y el no requerir parámetros de equilibrio como el modelo de Fick, los que no obstante, se pueden estimar a partir de las ecuaciones que los representan. Para la etapa de secado combinado se emplearon modelos polinomiales, siendo el polinomio de tercer grado el de mejor ajuste. Se estudió comparativamente el uso del microondas solamente y se modeló. También se observó que para llegar a la misma humedad final, con el microondas solamente se obtenía un producto de textura muy dura y con la superficie quemada, mientras que si el producto se pretrataba con deshidratación osmótica y luego se secaba de manera combinada, las características texturales y organolépticas mejoraban. El producto final se obtuvo a partir de cubos de 1 cm de arista los cu{ales se deshidrataron osmóticamente durante 1 h en una solución de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/mde sal a una temperatura de 40 ºC , un nivel de agitación de 120-130 rpmy una relación msa de solución a masa de papa de 4. Finalmente, se llevó a cabo el secado combinado que consistió en el secado simultáneo por convección con aire caliente y microondas a una potencia del 60 % respecto de la máxima del equipo Luego del tratamiento térmico, las papas se envasaron en atmósfera modificada (30 % de CO 2 y 70 % de N 2 ) y se almacenaron en refrigeración a 4 ºC durante 120 días. Se realizaron ensayos microbiológicos a 0, 30, 60 y 120 días de su almacenamiento. Los resultados de laboratorio pudieron constatar que las papas se mantuvieron estables frente al deterioro microbiano durante estos lapsos de tiempo. Se realizaron microfotografías con un microscopio de barrido ambiental para observar la estructura final del producto. En ellas se pudo apreciar que la estructura de la papa permanece casi inalterada en cuanto a forma si bien se observa cierta laxitud en las paredes celulares que se puede atribuir al llenado inicial con solución durante la deshidratación osmótica y el posterior secado donde luego parte del agua desaparece y disminuye la presión sobre las células. Mediante experiencias de rehidratación, se pudo verificar que el producto final obtenido podría luego rehidratarse en 5 min en agua a ebullición mostrando una textura y cocción adecuadas para un alimento mínimamente procesado, así como también preservar características organolépticas apropiadas Palabras claves: Deshidratación osmótica, Secado combinado de papas, Secado de frutihortícolas, Microondas y convección con aire caliente, Alimentos mínimamente procesados [ E s c r i b i r t e x t o ] Introducción 1 I. INTRODUCCIÓN Teniendo en cuenta los hábitos actuales de consumo de alimentos minimamente procesados, en este trabajo se realizó el secado combinado (SC) por microondas y convección con aire caliente de papas pretratadas por deshidratación osmótica (DO), las que se conservaron en atmósfera modificada (30 % de CO 2 y 70 % de N 2 ) y refrigeración a 4ºC. Las mismas requieren para su consumo una posterior rehidratación y cocción en un tiempo mínimo con agua en ebullición. Este tiempo se estimó en 5-6 min aproximadamente, luego de ensayos de laboratorio y sensoriales. La deshidratación osmótica (DO) es una técnica de deshidratación parcial de alimentos que consiste en la inmersión de los mismos en soluciones acuosas de solutos (azúcares y/o sales) de alta presión osmótica. La fuerza impulsora requerida para el flujo del agua es la diferencia de potencial químico entre la disolución y el fluido intracelular. Si la membrana celular es perfectamente semipermeable, el soluto es incapaz de difundir hacia el interior de las células. Sin embargo, en los alimentos es difícil tener membranas perfectamente semipermeables, debido a su compleja estructura interna, y entonces, siempre se produce alguna difusión del soluto al alimento, y viceversa, una lixiviación de los componentes del alimento hacia la solución. Por consiguiente, el fenómeno presenta dos procesos simultáneos en contracorriente: el movimiento de agua desde el alimento hacia la solución hipertónica, en el que se pueden arrastrar algunos componentes disueltos del alimento junto con el agua extraida y, la impregnación del alimento con los solutos que provienen de la solución. El proceso de deshidratación osmótica se caracteriza por presentar dos etapas: una dinámica y otra de equilibrio. En la etapa dinámica las velocidades de transferencia de materia disminuyen hasta que se alcanza el equilibrio. El proceso osmótico termina cuando se alcanza este equilibrio, es decir, cuando la velocidad neta de transporte de materia se anula. El agua se elimina principalmente por difusión y flujo capilar, mientras que la impregnación del alimento con los solutos y la lixiviación de los componentes del alimento se producen solamente por difusión. El uso de la deshidratación osmótica en la industria alimenticia como pretratamiento mejora la calidad del producto en términos de color, flavour y textura con un mínimo requerimiento energético ya que se realiza a bajas temperaturas. La ventaja de la tecnología de secado combinado, microondas y convección con aire caliente, luego del pretratamiento con deshidratación osmótica radica en las superiores velocidades de secado alcanzadas preservando las propiedades organolépticas del producto cuando se lo compara con el secado convectivo con aire caliente o microondas solamente. En el trabajo se analizó si era más conveniente deshidratar osmóticamente durante 1 ó 2 h, antes del secado combinado (microondas y convección con aire caliente). Asimismo, se estudiaron los resultados en el secado combinado a diferentes potencias: 40, 50 y 60 % respecto de la potencia máxima. Los datos experimentales obtenidos durante la deshidratación osmótica y el secado combinado fueron ajustados mediante modelos encontrados en la literatura. 2 Esta tesis consta de 6 capítulos.  Capítulo I - INTRODUCCIÓN Introducción del tema de la tesis.  Capítulo II - REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Presentación de la revisión bibliográfica y los avances tecnológicos relacionados con el tema. En este acápite se estudia el fenómeno de la deshidratación osmótica de frutihortícolas y se exponen las principales ventajas e inconvenientes y los factores que afectan a este proceso. Asimismo se presentan los modelos utilizados en la literatura para describir el fenómeno de la deshidratación osmótica. Se citan los modelos fenomenológicos que se basan en soluciones de la segunda Ley de Fick de la difusión y modelos empíricos o semiempíricos que relacionan variables y que dependen fuertemente de las condiciones de operación de las experiencias (modelos de Peleg, Azuara, Hawkes y Flink, Raoult-Wack, de primer orden). También se analiza el secado por microondas y el secado combinado: microondas y convección con aire caliente simultáneo y los datos experimentales obtenidos se modelan con ecuaciones polinómicas. Finalmente se realiza una introducción a la preservación de alimentos en atmósferas modificadas.  Capítulo III - OBJETIVOS Enunciación de los objetivos generales y específicos del trabajo.  Capítulo IV - PARTE EXPERIMENTAL Presentación de la parte experimental. Consiste en la descripción del material y de los métodos usados. Se describen las experiencias de deshidratación osmótica y de secado combinado: microondas junto con convección por aire caliente. Asimismo, se analizan los resultados microbiológicos obtenidos luego del envasado en atmósfera modificada de las papas tratadas térmicamente (DO y SC). Se describen las prácticas de laboratorio para la determinación de humedad del producto, de los sólidos solubles en la solución y la caracterización estructural de las papas por microscopía electrónica de barrido ambiental.  Capítulo V - ANÁLISIS DE RESULTADOS Análisis de los resultados obtenidos en las experiencias de deshidratación osmótica, de secado por microondas y de secado combinado. En él se incluye el modelado matemático de los procesos anteriormente mencionados. Asimismo, se presentan los resultados microbiológicos de las papas tratadas térmicamente y envasadas en atmósfera modificada (70 % N 2 y 30 % CO 2 ) y el an{alisis estructural de las papas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental en distintas condiciones de tratamiento térmico 3  Capítulo VI - CONCLUSIONES Exposición de las conclusiones finales alcanzadas en el trabajo.  ANEXO Presentación del tratamiento de los datos experimentales obtenidos en las diferentes réplicas.  BIBLIOGRAFÍA Revisión Bibliográfica 4 II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA II.1 DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE ALIMENTOS La deshidratación osmótica es una técnica que permite eliminar parcialmente el agua de los tejidos de los alimentos por inmersión en una solución hipertónica, sin dañar el alimento y afectar desfavorablemente su calidad (Rastogi et al., 2002). La fuerza impulsora para la difusión del agua desde los tejidos a la solución es la diferencia de actividad acuosa (presión osmótica) entre el alimento y la solución. Los medios de deshidratación son generalmente soluciones acuosas concentradas de un azúcar o una sal o mezclas de diversos azúcares y/o sales. Asimismo, cuando no es deseable apreciar dulzor en el alimento, como en el caso de la mayoría de los vegetales, se emplean alcoholes de alto peso molecular para reemplazar los azúcares o la conjunción de sal y azúcar u otros edulcorantes para enmascarar a estos últimos. Acompañando a la eliminación parcial de agua del alimento se produce la pérdida de algunos solutos solubles del mismo que son arrastrados por el agua y una ganancia de solutos por parte del alimento desde la solución (Figura 1). Tanto la magnitud de este fenómeno como la pérdida de agua dependen de las características del producto alimenticio: forma, tamaño, estructura, composición y tratamiento previo (pelado, escaldado, tratamiento de la superficie); de la solución: tipos de solutos, concentración de los mismos y de las condiciones de proceso: temperatura, grado de agitación de la solución, presión de trabajo y relación masa de solución a masa de producto. Por lo general, la deshidratación osmótica no disminuye la actividad acuosa del alimento de manera tal de estabilizarlo totalmente, sino que sólo extiende su vida útil. Por ello la necesidad de aplicar otros procesos posteriores como secado, congelado o liofilizado, entre otros posibles. La pérdida de agua puede ser aproximadamente del 50-60% de su contenido inicial, existiendo entonces la posibilidad de producir significativas modificaciones en el volumen, forma y 5 estructura del alimento. Así como también variaciones apreciables en los valores de los coeficientes de difusión y de transferencia de masa, etc., durante el transcurso del proceso. Las principales ventajas que se adjudican a la deshidratación osmótica como primera etapa de un método combinado de deshidratación de alimentos son:  Es eficiente desde el punto de vista energético ya que se lleva a cabo generalmente en condiciones cercanas a la temperatura ambiente sin que el agua cambie de fase.  No se afecta prácticamente el color, el sabor, el aroma y la textura del alimento.  Es un proceso tecnológicamente sencillo.  Se puede trabajar con pequeños volúmenes de producto.  Produce un daño mínimo en la estructura del alimento deshidratado ya que no debe someterse a altas temperaturas como en otros tratamientos térmicos como es el caso del secado convectivo.  Por lo general, no se requiere tratamiento químico previo para evitar el pardeamiento del producto, pues al estar sumergido en la solución se minimiza el contacto con el oxígeno y de esta manera, se retarda el proceso.  Se retienen la mayoría de los nutrientes.  Puede aumentar la relación azúcar/ácido. Ponting (1973) observó que los ácidos de las frutas eran extraídos de la fruta junto con el agua eliminada en la deshidratación dando lugar a un producto con un menor contenido en ácidos y mayor tenor de azúcar.  Mejora de la estabilidad del producto. La actividad de agua del alimento disminuye de modo tal de inhibir parcialmente el crecimiento microbiano y así extender la vida útil del alimento.  Disminuyen los costos de empaque y transporte al disminuir el peso por eliminación parcial del agua. 6  Se puede fortificar el producto agregando minerales tales como calcio y zinc a la solución para que se produzca la impregnación del producto (Alzamora y col., 2005). También se pueden producir alimentos funcionales al agregar probióticos a la solución. Los tejidos de frutas se pueden impregnar al vacío con diferentes microorganismos como Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus acidophilus, Phoma glomerata (Rodríguez, 1998) Producto a deshidratar Figura II.1 Flujo de solutos y de agua en el producto alimenticio inmerso en la solución hipertónica El proceso de deshidratación osmótica se caracteriza por una etapa transiente antes de alcanzar el equilibrio (Rahman, 1992). Durante el período dinámico la velocidad de transferencia de masa disminuye hasta llegar al equilibrio. Cuando éste se alcanza la velocidad de transporte neta de masa es nula y es el final del proceso osmótico. La remoción del agua se realiza por dos mecanismos: flujo capilar y difusivo, mientras que el transporte de solutos ya sea de consumo o de lixiviación se realiza sólo por difusión. Solutos solubles que egresan del producto junto con el agua y van hacia la solución Pérdida de agua Solutos que ingresan de la solución al producto Solución osmótica 7 Principales etapas en la preparación de productos deshidratados osmóticamente La deshidratación osmótica se usa como pretratamiento de muchos procesos para mejorar las propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales del alimento sin modificar su integridad (Torreggiani, 1993). Generalmente precede a procesos como la congelación (Ponting, 1973, Ramallo y Mascheroni, 2010, Bianchi y col., 2009), liofilización (Hawkes y Flink, 1978), secado al vacío (Dixon y J en, 1977) o secado por aire caliente (Nanjundaswamy y col., 1978). En la Fig. 2 se esquematizan las principales etapas en el procesamiento de productos deshidratados osmóticamente: Figura II.2 Etapas principales en el procesamiento de productos deshidratados osmóticamente 8 Análisis de las principales ventajas potenciales de la deshidratación osmótica 1. Mejora de la calidad en términos de color, sabor, aroma y textura. Los mecanismos por los cuales se retiene el aroma y el sabor, se conserva el color y se mejoran las propiedades texturales en el alimento se desconocen. El fenómeno de retención de aroma podría atribuirse a la adsorción de sustancias volátiles sobre la matriz del alimento, a las interacciones físico-químicas entre las sustancias volátiles y otras sustancias que se hallan en el interior del alimento y/o al encapsulamiento microregional en el que los compuestos volátiles se inmovilizan en “jaulas” formadas por la asociación con sólidos disueltos (Flink y Karel, 1970a y 1970b; Chirife y Karel, 1973; Solms y col., 1973; Chirife y col., 1973; Flink y Labuza, 1972; Voilley y Simatos, 1979). 2. Eficiencia energética La deshidratación osmótica es un proceso que requiere menor consumo de energía que los secados por aire y vacío debido a que se lleva a cabo a bajas temperaturas. Según Lenart y Lewicki (1988) la energía consumida en una deshidratación osmótica a 40ºC considerando la reconcentración de la solución (jarabe) por evaporación fue por lo menos dos veces inferior que la consumida por el secado por convección de aire caliente a 70ºC, considerando la obtención de un producto final de igual humedad en ambos casos. Cabe destacar, que un significativo ahorro energético puede lograrse cuando la deshidratación osmótica se usa como pretratamiento antes de la congelación ya que la disminución de la humedad del alimento reduce la carga energética de refrigeración necesaria para el congelado (Huxsoll, 1982). Por otra parte cuando se deshidratan frutas, el jarabe resultante puede usarse posteriormente en la elaboración de jugos de fruta o en las industrias de bebidas, logrando así un aprovechamiento económico de este subproducto (Rahman y Perera, 1996). 9 3. No requiere de tratamientos químicos Generalmente, no se necesitan tratamientos con sustancias químicas que mejoren la textura del producto. En el caso del enlatado de rodajas de manzana, que en la práctica comercial no se realiza debido a problemas asociados con el volumen de gas en los tejidos de la manzana que dificultan su remoción durante el vacío y otorgan al producto una textura demasiado pulposa, se puede recurrir a la deshidratación osmótica (Sharma y col., 1991). En algunos intentos para mejorar la textura de las manzanas enlatadas se usó como agente endurecedor, cloruro de calcio (Dang y col., 1976). Sin embargo el uso de la deshidratación osmótica en las rodajas de manzana que van a ser enlatadas aumenta la firmeza del producto y mejora su calidad sin requerir el empleo de un agente endurecedor (Sharma y col., 1991). Este proceso es conocido como osmoenlatado. Asimismo, los tratamientos químicos que reducen el pardeamiento enzimático pueden ser evitados cuando se utiliza el proceso osmótico (Ponting y col., 1966). El azúcar de la solución inhibe la enzima polifenoloxidasa que cataliza los procesos oxidativos de pardeamiento de las frutas cortadas. Además la inmersión en la solución deshidratante reduce el contacto del producto con el oxígeno retardando la mayoría de los procesos oxidativos. Otro de los efectos del azúcar es la prevención de la pérdida de sabores y aromas volátiles al formar una capa superficial recubriendo el alimento que impide la salida de estos compuestos volátiles. Cuando el producto pretratado osmóticamente y luego secado con aire caliente contiene un 20 % o más de humedad, los procesos de pardeamiento enzimático y no enzimático provocarían el deterioro paulatino del color, sabor y del aroma. Ponting sugiere en estos casos agregar una etapa de escaldado tras el proceso osmótico. 4. Estabilidad del producto durante el almacenamiento El producto obtenido de la deshidratación osmótica es más estable que el producto no tratado durante su almacenamiento, debido a la menor actividad acuosa 10 consecuencia de los solutos ganados y la pérdida de agua. A menores actividades de agua, se reducen las reacciones químicas deteriorativas y el crecimiento de microorganismos y su producción de toxinas. En el caso de productos enlatados frescos en soluciones siruposas, el agua del producto puede fluir desde el mismo hacia la solución ocasionando su dilución. Esto puede evitarse utilizando un proceso de osmoenlatado para mejorar la estabilidad del producto y su solución (Sharma et al., 1991). Asimismo, el uso de la deshidratación osmótica seguida de congelación de trozos de damascos y duraznos para yogures puede mejorar la consistencia y reducir la sinéresis o separación del suero de los mismos (Giangiacomo et al., 1994). Costos de empaque y distribución menores En el caso de productos dehidrocongelados la deshidratación osmótica reduce considerablemente los costos de empaque y distribución del producto (Biswal y col., 1991). 11 Algunos inconvenientes que pueden presentarse en el proceso de deshidratación osmótica 1. Características sensoriales del producto Uno de ellos podría ser el aumento en el contenido de sal o el mayor dulzor y/o la disminución de la acidez del producto. Para evitar este problema se puede recubrir el producto con una membrana semipermeable comestible que reduce la transferencia de solutos pero incrementa la pérdida de agua (Camirand et al, 1968). 2. Manejo de la solución deshidratante El manejo de la solución deshidratante es muy importante desde el punto de vista industrial. La solución puede reciclarse, sin embargo la contaminación microbiana puede aumentar al reciclar la solución un mayor número de veces. Para poder reciclar la solución es necesario concentrar la solución que ha sido diluida durante el proceso de deshidratación ya sea por evaporación y/o mediante el uso de membranas de ósmosis inversa. También debería evaluarse si es necesario el agregado de solutos. Durante los primeros tiempos de deshidratación, el producto flota en la solución debido a que la misma posee una densidad mayor. Al no estar sumergido totalmente el producto en la solución, la transferencia de masa no puede llevarse a cabo en toda la superficie del producto. Otro factor que juega de manera desfavorable al proceso de transferencia de masa es la alta viscosidad de la solución al iniciar el proceso. Luego a medida que el producto se va deshidratando la solución se diluye y disminuye su viscosidad. Además, las soluciones con elevada viscosidad dificultan la agitación y favorecen la adherencia de solutos en la superficie del producto. Este último fenómeno podría disminuir la velocidad de posteriores secados. 12 3. Algunas dificultades en el diseño y el control del proceso La mayoría de los estudios sobre deshidratación osmótica se preocuparon más por la predicción cualitativa que la cuantitativa, también necesaria para poder diseñar y controlar adecuadamente el proceso. Las mediciones en línea de las propiedades del jarabe pueden proporcionar un control del proceso en aquellos que son del tipo continuo. Uno de los inconvenientes a tener en cuenta es que el producto puede romperse debido al flujo de la solución deshidratante en los procesos continuos y a la agitación mecánica en los procesos discontinuos. Si bien la deshidratación osmótica termina cuando se alcanza el equilibrio, en los procesos industriales debe detenerse antes considerando algunos factores como la aparición de sabores indeseables por el reciclado excesivo de la solución, la contaminación microbiana de la misma, la rotura de las células del producto, factores de costos, ciclos de producción, etc. Factores que afectan el proceso de deshidratación osmótica La transferencia de masa durante la deshidratación osmótica ocurre a través de las membranas y paredes celulares. El estado de las membranas celulares puede variar de parcialmente a totalmente permeable. Este fenómeno puede llevar a cambios significativos en la arquitectura de los tejidos. Durante la remoción osmótica de agua de los alimentos, el frente de deshidratación se mueve desde la superficie que está en contacto con la solución hacia el centro. El esfuerzo osmótico asociado puede resultar en la desintegración celular. La causa más probable del daño celular puede atribuirse a la reducción de tamaño causada por la pérdida de agua durante la deshidratación osmótica, resultando en la pérdida de contacto entre la membrana celular externa y la pared celular (Rastogi et al., 2000a). El transporte de masa en la deshidratación osmótica depende de varios factores: 13 1. Tipo de agente osmótico Los más comúnmente usados son la sacarosa para frutas y el cloruro de sodio para vegetales, pescados y carnes; si bien también distintas mezclas de solutos han sido probados (Hawkes y Flink, 1978; Islam y Flink, 1982, Wais y col., 2005). Otros agentes osmóticos pueden ser: glucosa, fructosa, dextrosa, lactosa, maltosa, polisacáridos, maltodextrina, jarabes de almidón de maíz y sus mezclas. La elección dependerá de varios factores tales como costo del soluto, compatibilidades organolépticas con el producto terminado y preservación adicional otorgada por el soluto al producto final y de la influencia del soluto sobre las características organolépticas del producto tratado (Rahman y Perera, 1996). 2. Concentración de la solución osmótica La pérdida de agua y la velocidad de secado aumentan con el incremento de la concentración de la solución osmótica, ya que la actividad de agua de la solución decrece con un aumento en la concentración de solutos (Fakar y Lazar, 1969; Magee y col., 1983; Lenart y Flink, 1984; Lerici y col., 1985; Biswal y Le Maguer, 1989; Marcotte y Le Maguer, 1991; Rahman y Lamb, 1990). Con el incremento en la concentración de la solución se forma una capa de soluto sobre la superficie del producto que actúa como barrera reduciendo la pérdida de nutrientes y, a muy altas concentraciones, pueden dificultar también la pérdida de agua (Saurel y col., 1994a y 1994b). Cuando se utilizan mezclas de sacarosa y sal la fuerza impulsora para la transferencia de masa aumenta al bajar la actividad de agua de la solución. Además, como se mencionó anteriormente, se forma una capa de sacarosa sobre la superficie del producto que impide la penetración de sal en el producto y permite mejorar la pérdida de agua sin afectar tanto el sabor (Baroni y Hubinger, 2000). 14 Guzmán y Segura (1991) han estudiado la potenciación de medios de deshidratación con el agregado de sal a concentraciones inferiores al 10 % m/m para evitar sabores dulces indeseables en el alimento. 3. Temperatura de la solución osmótica Este es el parámetro más importante que afecta la cinética de pérdida de agua y la ganancia de solutos. La ganancia de solutos es menos afectada que la pérdida de agua por la temperatura ya que a altas temperaturas el soluto no puede difundir tan fácilmente como el agua a través de la membrana celular de los tejidos del producto. La temperatura presenta dos efectos. Uno de ellos es que el aumento de temperatura favorece la agitación molecular y por consiguiente mejora la velocidad de difusión. El otro es la modificación de la permeabilidad de la membrana celular con un incremento de la temperatura. La temperatura crítica a la cual se produce la variación en la permeabilidad de la membrana depende de las distintas especies, pero se estima que para frutihortícolas ronda en el rango de (50°C-55°C), aproximadamente. 4. pH de la solución La acidez de la solución aumenta la pérdida de agua debido a que se producen cambios en las propiedades tisulares y consecuentemente cambios en la textura de las frutas y vegetales que facilitan la eliminación de agua (Moy y col., 1978). 5. Propiedades del soluto empleado El proceso osmótico también depende de las propiedades físicoquímicas de los solutos empleados: pesos moleculares, estado iónico y solubilidad del soluto en 15 el agua. Esta última es muy importante pues define la máxima concentración del soluto que puede emplearse en la solución (Li y Ramaswamy, 2005). Cuando se utilizan soluciones con solutos de mayor peso molecular, la pérdida de agua se incrementa y la ganancia de solutos resulta despreciable respecto de cuando se usa un soluto de menor peso molecular. Por consiguiente en el proceso osmótico, la pérdida de agua se favorece con el empleo de solutos de peso molecular alto y la impregnación es superior con solutos de bajo peso molecular. La combinación de dos o más solutos en la solución puede hacer más eficiente la deshidratación al proporcionar cada uno de ellos la ventaja que los caracteriza. (Grabowski et al., 1994). Cuando se usan dos solutos como sacarosa y sal se forma una barrera de sacarosa en la superficie que evita la penetración de la sal, cuya presencia en la solución mantiene una baja actividad de agua y en consecuencia produce una continua pérdida de agua y una ganancia de solutos baja. Esta combinación resulta ser más eficiente que si se usa la sal o la sacarosa solas; de esta manera la deshidratación es mayor y la penetración de solutos es menor (Baroni y Hubinger, 2000) 6. Agitación de la solución osmótica La deshidratación osmótica puede mejorarse mediante la agitación. La misma disminuye la resistencia a la transferencia de masa en la superficie del producto, además de uniformizar la temperatura y la concentración de solutos en la solución. Sin embargo existen casos en que puede dañarse el producto y debe evitarse. Es por ello que se prefiere el uso de los agitadores orbitales (que oscilan sobre rulemanes) que los agitadores mecánicos de paletas. 7. Geometría y tamaño del producto La geometría del producto es muy importante ya que variará la superficie por unidad de volumen expuesta a la difusión. Asimismo, el tamaño influye en la 16 velocidad de deshidratación y en la absorción de solutos puesto que la superficie por unidad de volumen se modifica para los diferentes tamaños. En el caso de cubos o esferas al aumentar el lado o el radio, respectivamente, la superficie por unidad de volumen disminuye y entonces, la pérdida de agua resulta inferior para tamaños superiores. Lerici y col (1985) encontraron que al aumentar la superficie por unidad de volumen, la pérdida de agua aumenta hasta un máximo y luego decrece para los diferentes tamaños mientras que los sólidos ganados aumentan. La disminución en la pérdida de agua se atribuye a la formación de una capa superficial de solutos sobre el producto que impide la difusión de agua hacia la solución, en el caso de soluciones muy concentradas de soluto. 8 Relación masa de solución a masa del producto La pérdida de agua y la ganancia de solutos aumentan con un incremento de la relación masa de solución a masa de producto empleada en la experiencia. Uddin e Islam (1985) estudiaron el efecto de esta variable en la deshidratación osmótica de rodajas de ananás a 21ºC. Observaron que la pérdida de peso aumentaba hasta alcanzar una relación de 4, más allá de este valor no se apreciaba un aumento significativo. 9 Propiedades físico-químicas del alimento La composición química (proteínas, carbohidratos, grasas, contenido de sal, etc.), la estructura física (porosidad, arreglo de células, orientación de fibras y tipo de piel) y los pretratamientos como congelación y escaldado pueden afectar la cinética de deshidratación osmótica. Según Islam y Flink (1983), el escaldado con vapor durante 4 min previo a la deshidratación osmótica produjo una menor pérdida de agua y una mayor ganancia de solutos que cuando se realiza la deshidratación osmótica directamente a las rebanadas de papas frescas. La pérdida de integridad de la 17 membrana producida por el calentamiento fue la razón de una pobre deshidratación osmótica. La variabilidad en los resultados obtenidos en el proceso de deshidratación osmótica entre los diferentes productos depende de la compacidad de los tejidos, contenido inicial de sólidos solubles e insolubles, espacios intercelulares, presencia de gas en el interior de los tejidos, relación entre fracciones de diferentes pectinas (pectinas solubles en agua y protopectinas) y niveles de gelificación de pectinas. Generalmente cuando el producto a deshidratar es muy poroso conviene someterlo a deshidratación osmótica en vacío para facilitar la salida de aire de su interior (Shi y Maupoey, 1993). 10. Presión de operación La transferencia de agua total en la deshidratación osmótica depende como se mencionó precedentemente de una combinación de dos mecanismos: la difusión y el flujo por capilaridad. Los tratamientos al vacío aumentan el flujo capilar, incrementando la transferencia de agua pero no influyen en la ganancia de solutos (Fito, 1994). El flujo capilar de agua depende de la porosidad y de la fracción de espacios huecos del producto (Shi y Maupoey, 1994; Fito y Pastor, 1994; Rahman y Perera, 1996). Modelado de la deshidratación osmótica Como lo mencionamos anteriormente, la deshidratación osmótica es un proceso complejo de contra-difusión simultáneo de agua y solutos (Saputra, 2001). En él, podemos reconocer tres flujos: 1. Flujo del agua del producto a la disolución 2. Flujo de los solutos de la disolución al producto 18 3. Flujo de los solutos solubles en el agua desde el producto a la disolución (azúcares, ácidos orgánicos, minerales y vitaminas) Generalmente, este último flujo se desprecia para los efectos del modelado puesto que, aunque es importante en las características organolépticas y nutricionales del alimento, es muy pequeño si se lo compara con los otros dos flujos (Sablani et al, 2002 y Singh et al., 1999). La velocidad de transferencia de masa disminuye hasta alcanzar el equilibrio en el que la tasa neta de transporte de masa es nula. La gran complejidad del proceso de transferencia de masa hace que la predicción precisa sea difícil y que dependa de la determinación apropiada de las condiciones de equilibrio y de parámetros como la difusividad efectiva. Entonces, para simplificar el tratamiento del fenómeno se suele interpretar la información experimental mediante modelos empíricos y semiempíricos los cuáles son válidos solamente para reproducir condiciones semejantes a las experiencias de las que se obtuvieron los datos. La metodología que se utiliza generalmente es la correlación directa de la pérdida de agua y la ganancia de sólidos con algunas variables representativas del proceso como puede ser el tiempo. También, el planteo de un ajuste polinómico puede resultar apropiado. Estos métodos sencillos no permiten extrapolar más allá del rango experimental (Ochoa Martínez y Ayala Aponte, 2005). Además, necesitan de parámetros que no necesariamente tienen significado físico. Asimismo, en algunos casos, el coeficiente de correlación obtenido no es bueno (Parjoko y col., 1996). Entre estos modelos empíricos y semiempíricos se pueden citar los de Azuara (Azuara, 1998), Peleg (Peleg, 1988), Hawkes y Flink (Hawkes y Flink, 1978), Magee (Parjoko y col., 1991; Moreira, 2003), Raoult-Wack (Raoult-Wack y col., 1991), Palou (Palou y col., 1993, Sacchetti, 2001). También algunos investigadores recurren al ajuste polinómico (Mujica-Paz y col. 2003 a y b, Rahman y col., 2001, Sablani y Rahman, 2003). Por lo general, cuando se quiere utilizar un modelo fenomenológico para procesos llevados a cabo a presión atmosférica se emplea el modelo de Crank, que consiste en la solución de la segunda ley de Fick y que describe el mecanismo difusional 19 (Crank, 1964). También se desarrollaron modelos mecanísticos (Marcotte et al, 1991) y modelos de termodinámica irreversible (Biswal y Bozorgmetry, 1992) que consideran la estructura celular del alimento pero que requieren de una gran cantidad de propiedades que no están fácilmente asequibles en la literatura (Kaymak-Ertekin y Sultanoglu, 2000; Spiazzi y Mascheroni, 1997) Modelo de Crank (1964). Consiste en un grupo de soluciones de la segunda Ley de Fick para diferentes geometrías, condiciones límites y condiciones iniciales desarrollado por Crank. Con este modelo se estima la difusividad efectiva (D ef ) del agua (D ew ) y del soluto (D es ), resolviendo las ecuaciones analíticas o numéricamente. Pero las suposiciones que se hacen no siempre son fáciles de lograr lo que implica grandes limitaciones (Parjoko y col., 1996) Consideraciones del modelo de difusión de Fick: 1. Se asume que la solución osmótica es un medio semiinfinito; en consecuencia se requiere una relación masa de solución a masa de alimento muy grande 2. Existen soluciones analíticas para láminas planas, cilindros, cubos y esferas. Se emplean técnicas numéricas para resolver formas irregulares 3. Los parámetros de equilibrio se determinan experimentalmente 4. Se considera que no hay efecto de los solutos ganados ni de los solutos perdidos en el proceso de difusión del agua 5. Se desprecia el encogimiento debido a la transferencia de masa 6. Se desprecia la resistencia a la transferencia de masa externa. Esta suposición no se puede lograr a bajas temperaturas ni a una alta concentración de soluto en la solución 20 Determinación de coeficientes de difusión de agua y de sólidos a) Rebanadas o placas planas de longitud infinita La segunda Ley de Fick para la difusión unidireccional en estado transitorio está dada por: 2 2 ef x C D t C c c = c c (II.1) Donde: C: concentración t: tiempo D ef : coeficiente de difusión efectivo o aparente x: dimensión en la que se produce la difusión, distancia desde el centro de la placa Para las siguientes suposiciones y condiciones límites: C = C 0 a t = 0 -l < x < +l donde l es el semiespesor de la placa y C 0 es la concentración inicial C = C 1 a t > 0 x =± l donde C 1 : la concentración en el seno del fluido. Las soluciones de la ecuación (II.1) para la difusión del agua y para la difusión de los solutos se detallan a continuación: 21 Difusión del agua ( ) ( ¸ ( ¸ + ÷ + = ÷ ÷ ¿ · = t l 4 π 1) (2n D exp 1 2n 1 π 8 H H H H 2 2 2 ew 0 n 2 2 0 t e e (II.2) Difusión de sólidos o solutos ( ) ( ¸ ( ¸ + ÷ + = ÷ ÷ ¿ · = t l 4 π 1) (2n D exp 1 2n 1 π 8 S S S 2 2 2 es 0 n 2 2 0 t e e S (II.3) Donde: H: humedad del producto S: concentración de sólidos en el producto D ew : coeficiente de difusión efectivo del agua D es : coeficiente de difusión efectivo de los solutos Los subíndices 0, t y e se refieren a las condiciones iniciales, a cualquier tiempo t y al equilibrio, respectivamente 22 b) Paralelepípedo rectangular Las soluciones de la segunda Ley de Fick para la difusión en un paralelepípedo rectangular de lados 2a, 2b, 2c son las siguientes: El cubo es el caso especial en el que todos los lados son iguales a=b=c. Difusión del agua ( ) ( ) ¿ · = ( ¸ ( ¸ + + ÷ = ÷ ÷ 1 n 2 2 2 2 n ew 3 n e 0 e t ) c 1 b 1 a 1 ( q t D exp C H H H H (II.4) Difusión de sólidos o solutos ¿ · = · · ( ¸ ( ¸ | . | \ | + + ÷ = ÷ ÷ 1 n 2 2 2 2 n ef 3 n 0 t c 1 b 1 a 1 q t D exp C S S S S (II.5) ( ) ( ) 2 n 2 n q 1 1 2 C     + + + = (II.6) Donde: q n son las raíces positivas no nulas de la ecuación (II.7) 23 o es la relación entre el volumen de solución y el volumen del paralelepípedo n n q tanq  ÷ = (II.7) Número de Fourier para la transferencia de agua 2 ew ow A t D F = (II.8) Número de Fourier para la transferencia de solutos 2 es os A t D F = (II.9) Donde: 2 2 2 2 c 1 b 1 a 1 A 1 + + = (II.10) En el caso de una geometría cúbica, cuando el número de Fourier para la transferencia de agua 2 ew ow a t D 3 F = o para la transferencia de solutos 2 es os a t D 3 F = es mayor que 0,1 solamente el primer término de la serie en las ecuaciones (II.4) y (II.5) es significativo y los demás términos pueden despreciarse. Entonces, las ecuaciones se reducen a las siguientes expresiones cuando se aplica logaritmo natural a ambos miembros: 24 t a 3 q D C ln 3 H H H H ln 2 2 1 ew 1 e 0 e t ÷ = ( ( ¸ ( ¸ ÷ ÷ (II.11) t a 3 q D C ln 3 S S S S ln 2 2 1 es 1 e 0 e t ÷ = ( ( ¸ ( ¸ ÷ ÷ (II.12) Si se grafican los primeros miembros de estas ecuaciones versus el tiempo de deshidratación empleando los datos experimentales; en ambos casos se obtiene aproximadamente una recta, cuya pendiente y ordenada al origen correspondientes a las ecuaciones anteriores son las siguientes: 2 2 1 ew a 3 q D : (II.11) ecuación pendiente ÷ (II.13) 2 2 1 es a 3 q D : (II.12) ecuación pendiente ÷ (II.14) Para las dos ecuaciones, las ordenadas al origen son las mismas 1 lnC 3 : origen al ordenada (II.15) Los valores de D ew y D es pueden determinarse a partir de las pendientes de las rectas. c) Cilindro infinito La segunda Ley de Fick de la difusión en términos de coordenadas cilíndricas (r, u, z) se expresa de la siguiente forma: 25 ( ¸ ( ¸ | . | \ | c c c c + | | . | \ | c c c c + | . | \ | c c c c = c c z C rD z θ r C D θ r C rD r r 1 t C (II.16) Para cilindros largos se asume que la difusión es radial y por lo tanto la concentración es una función del radio y del tiempo solamente, entonces la ecuación anterior se reduce a: ( ¸ ( ¸ | . | \ | c c c c = c c r C rD r r 1 t C (II.17) Considerando las siguientes condiciones límites t= 0 C= C 0 0 < r < a y para t>0 C = C 1 en r= a a : radio del cilindro Las soluciones de la segunda Ley de Fick en este caso son: Difusión del agua ( ) ( ) ( ) t D q exp q aq J rq J a 2 H H H H ew 2 n 1 n n n 1 n 0 0 e t e ÷ = ÷ ÷ ¿ · = (II.18) Difusión de sólidos o solutos ( ) ( ) ( ) t D q exp q aq J rq J a 2 S S S S es 2 n 1 n n n 1 n 0 0 e t e ÷ = ÷ ÷ ¿ · = (II.19) Donde: q n =raíces positivas de las funciones de Bessel J 0 (α q n ) =0 r =posición radial medida desde el centro del cilindro 26 d) Esfera Para una geometría esférica de radio b y posición radial r medida desde el centro de la esfera, las expresiones son las siguientes: Difusión del agua | | . | \ | ÷ | . | \ | ÷ = ÷ ÷ ¿ · = + 2 ew 2 2 1 n 1 n 0 e t e b t D π n exp b r nπ sen nr 1) ( π 2b H H H H (II.20) Difusión de sólidos | | . | \ | ÷ | . | \ | ÷ = ÷ ÷ ¿ · = + 2 es 2 2 1 n 1 n 0 e t e b t D π n exp b r nπ sen nr 1) ( π 2b S S S S (II.21) 27 COEFICIENTES DE DIFUSIÓN EFECTIVOS OBTENIDOS EN DIFERENTES PRODUCTOS HALLADOS EN LA LITERATURA En la Tabla II.1 se muestran valores de Difusividad Efectiva de algunos alimentos. Tabla II.1 Difusividad efectiva de frutihortícolas encontrados en la literatura Alimento D ew (m 2 /s) T (°C ) Concentración (º Brix) Referencia Manzana 15-60 10 -9 30-50 - Conway y col., 1983 Manzana 0.157-1.046 10 -9 20-50 65 Salvatori y col.,1999 Manzana 0.0332-0.213 10 -9 20-50 40-60 Kaymak y col., 2000 Papaya 0.314-0.655 10 -9 30-50 50-70 Rodriguez y col, 2003 Pera 0.347-1.92 10 -9 40-60 40-70 Park y col., 2002 Piña 1.72 10 -9 50-70 50-70 Waliszewski y col., 2002 Piña 1.48-3.24 10 -9 30-50 40-70 Rastogi y col., 2004 Piña 0.6-2.5 10 -9 30-50 50-70 Beristain y col., 1990 Banana 0.85-2.43 10 -9 25-45 40-70 Rastogi y col., 1997 Mango 0.018-0.077 10 -9 30 35-65 Giraldo y col., 2003 Ananá 0.058-0.222 10 -9 30-50 60 Ramallo y Mascheroni 28 Tabla II.1 Difusividad efectiva de frutihortícolas encontrados en la literatura (continuación) Alimento D ew (m 2 /s) T (° C ) Concentración (º Brix) Referencia Yacón 0.1523 10 -9 25 40 Maldonado et al. 2008 Batata 0.25-1.5 10 -9 50 70 Genina- Soto et al., 2001 Papa 1.1 10 -9 NaCl-sacarosa 15-45 % p/v Lenart y Flink, 1984 Peras 0.1 10 -9 67.5 Garrote et al, 1992 Manzana 0.3 10 -9 40 60% p/p PEG 200 Saurel, 1995 Frutillas (en mitades) 0.9 10 -9 17 64.5 Spiazzi y Mascheroni, 1995 Zanahoria 0.224 a 0.478 10 -9 40 - Melquíades et al, 2009 PEG: Polietilenglicol Las diferencias en las Difusividades Efectivas pueden atribuirse a la variedad de productos y a las distintas condiciones establecidas en las experiencias. También estas variaciones pueden atribuirse a que algunas de las suposiciones mencionadas anteriormente no se cumplan (Spiazzi y Mascheroni, 1997) y a la existencia de mecanismos no fickianos. De esta manera, el uso del modelo de Crank se convierte en un procedimiento empírico para ajustar los datos experimentales y la difusividad efectiva en un parámetro cinético fuertemente dependiente de las condiciones experimentales (Salvatori, 1999; Shi y Le Maguer, 2002,b). 29 Modelos Empíricos Modelo de Peleg La pérdida de agua o de humedad en el producto se puede modelar mediante la ecuación propuesta por Peleg (1998): t k k H - H t 2 1 0 + = (II.22) Donde: t: tiempo de deshidratación osmótica H: contenido de humedad a tiempo t H 0 : contenido de humedad inicial k 1 , k 2 : parámetros del modelo. El significado físico para ambos parámetros del modelo se puede obtener: 1) Haciendo que t → 0 en la ecuación (II.22) y reordenando, se obtiene: 0 t dt dH k 1 1 ÷ | . | \ | = (II.23) Podemos decir que k 1 es inversamente proporcional a la velocidad inicial de transferencia de agua. 2) Si t → ∞, podemos encontrar la relación del parámetro k 2 con la humedad de equilibrio: 2 0 k 1 H e H + = (II.24) Donde: H e : humedad de equilibrio 30 Si se sustituye el contenido de humedad por la cantidad de sólidos ganados puede escribirse una ecuación equivalente para la transferencia de sólidos Modelo de Azuara Azuara modeló la pérdida de agua en la deshidratación osmótica a partir del balance de masa del agua. La ecuación requiere el ajuste de dos parámetros, PA ∞ y s 1 · + · = PA t PA s 1 PA t 1 (II.25) Donde: PA: Pérdida de agua a un determinado tiempo, t. PA ∞ : Pérdida de agua a tiempo infinito. s 1 : Constante de velocidad relativa para la pérdida de agua. Este modelo empírico tiene la ventaja de no requerir llegar al equilibrio para predecirlo y la desventaja de limitar su validez sólo al rango experimental para el que se obtuvieron los parámetros. Como en el modelo de Peleg, en el caso que se reemplace en la ecuación II.25, la pérdida de agua por la ganancia de sólidos, este modelo también puede emplearse para el estudio de la transferencia de sólidos en el producto. Modelo de Hawkes y Flink 0 0.5 k k t PA + = (II.26) 31 Donde: k y k 0 son parámetros cinéticos empíricos k se asocia a la velocidad de transferencia de agua que ocurre a través del mecanismo osmótico difusional. Este modelo es similar al de Crank para tiempos cortos donde la pérdida de agua queda relacionada con la raíz cuadrada de t. k 0 cuantifica la ganancia o la pérdida de agua que ocurre luego de procesamientos cortos debido al mecanismo hidrodifusional promovido por las presiones impuestas o movimientos capilares (Giraldo et al, 2003). Modelo de primer orden Empleando el modelo de primer orden basado en el de Rastogi y Raghavarao (1996), el coeficiente de difusión puede estimarse a partir de la aproximación exponencial al equilibrio ) H (H k dt dH e T ÷ = ÷ (II.27) Donde se a k T k × = (II.28) k T es el coeficiente de transferencia de masa promedio. k =coeficiente individual de transferencia de masa. a se =área superficial específica El área superficial específica, a se se calcula de la siguiente manera: cubo del volumen cubo del superficie a se = (II.29) 32 L 6 L L 6 a 3 2 se = = (II.30) Donde: L: arista del cubo Al integrar la ecuación (II.27) se obtiene: t k e 0 e t T exp H H H H ÷ = ÷ ÷ (II.31) Para la difusión a través de sólidos, k puede expresarse como a D ef donde a es la longitud característica, para el cubo puede tomarse como la semiarista del cubo (L/2). Entonces k T puede expresarse como 2 ef se ef T L D 12 a a D k = = (II.32) A partir de esta expresión si se conoce k T y las dimensiones del cubo se puede obtener D ef Con los datos experimentales se grafica ( ) ( ) ( ( ¸ ( ¸ ÷ ÷ e 0 e t H H H H ln versus el tiempo y se regresiona linealmente. La pendiente obtenida es k T , el coeficiente de transferencia de masa promedio y a partir de éste puede calcularse la difusividad efectiva, como se explicó precedentemente. Modelo de Raoult Wack El modelo de Raoult Wack (1991) ajusta los datos a una ecuación exponencial del tipo: | | . | \ | ÷ ÷ = t 1 k e 1 1 a PA (II.33) en la que a 1 y k 1 son los dos parámetros empíricos. También a veces se plantea como una biexponencial con 4 parámetros de ajuste: a 1 , k 1 , a 2 y k 2 . 33 Modelo de Page Según Moreira y Murr (2004) la ecuación de Page puede predecir mejor el comportamiento de la ganancia de sólidos que la pérdida de agua. Su expresión para el primer caso es la siguiente: ( ) B e 0 e t t A exp S S S S ÷ = ÷ ÷ (II.34) Donde: A y B son los parámetros de ajuste DISEÑO DE EQUIPOS DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Las aplicaciones industriales de la deshidratación osmótica se enfrentan a problemas relacionados con el manejo y movimiento de grandes volúmenes de soluciones concentradas de solutos y con el diseño de equipos de operación continua. Para el diseño de equipos a escala piloto e industrial se deben considerar los siguientes principios:  Control de la transferencia de masa con parámetros como la concentración de solutos en la solución, temperatura, presión y nivel de agitación  Manejo del producto con sumo cuidado para evitar su rotura  Uso de una relación masa de solución a masa de producto adecuada y menor que la empleada a escala laboratorio para minimizar el volumen de solución a reciclar y el efluente final obtenido cuando ya no se pueda reciclar la solución  Adición de solutos a la solución que puedan tener alguna función benéfica para la salud como por ejemplo: el agregado de minerales, probióticos, etc, 34 así como también de agentes antioxidantes y/o antimicrobianos que podrían extender la vida útil del producto, etc. Existe un creciente interés en el consumo de alimentos con propiedades beneficiosas para la salud como los alimentos funcionales y nutracéuticos y aquellos que son mínimamente procesados y que por consiguiente, mantienen sus atributos de calidad similares a la de los productos frescos. De allí la importancia de la deshidratación osmótica como uno de estos procesos que presenta simultáneamente la posibilidad de extender la vida útil del producto al bajar su actividad de agua y la ventaja de la impregnación con solutos que pueden actuar de manera favorable para la salud y/o mejorar las propiedades sensoriales del alimento como por ejemplo el agregado de ácidos orgánicos para ajustar el pH. De esta manera, se puede lograr una mejora considerable en la calidad del producto. II.2 SECADO POR MICROONDAS Las microondas son parte del espectro electromagnético y en consecuencia, se componen de campos magnéticos y eléctricos. En el calentamiento de alimentos por microondas, los campos eléctricos interaccionan con las moléculas de agua e iones en el alimento, generando calor en forma volumétrica en el interior del mismo. La estructura de la molécula está constituida por un átomo de oxígeno, cargado negativamente y dos átomos de hidrógeno, cargados positivamente. La molécula de agua es un dipolo eléctrico que, cuando se lo somete a un campo eléctrico oscilante de elevada frecuencia, los dipolos se reorientan con cada cambio de polaridad. Así se produce la fricción dentro del alimento que hace posible que el mismo se caliente. La diferencia principal entre las microondas y la radiación infrarroja es que las microondas inducen una fricción entre las moléculas de agua, que provoca calor; en cambio, la energía infrarroja es simplemente absorbida y convertida en calor. El calor generado por las microondas no es uniforme. En el interior de los alimentos, se producen gradientes de temperatura que ocasionan la difusión del agua y provocan 35 cambios en las propiedades de éstos que a su vez tienen efecto sobre la generación de calor. En síntesis, podemos decir: Las ondas electromagnéticas son responsables de la generación de calor, la transferencia de humedad y de los cambios bioquímicos y transformaciones físicas que se producen en el alimento. Estos equipos constan de tres componentes principales:  El magnetrón que genera los campos electromagnéticos productores de microondas  Un tubo de aluminio denominado guía. En su interior, la energía se va reflejando y va siendo conducida hasta la cámara de calentamiento.  Una cámara de calentamiento donde se dispone el alimento para ser calentado. Las dos propiedades que determinan la interacción del alimento con las microondas son la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica. La constante dieléctrica representa la habilidad del material para almacenar energía electromagnética y el factor de pérdida dieléctrico efectivo tiene en cuenta la disipación de energía o la generación de calor. El aire en el interior del horno de microondas absorbe muy poca energía de las microondas, por lo tanto el alimento es calentado directamente por las ondas electromagnéticas; a excepción de los hornos microondas combinados que también trabajan con convección de aire calentado por una resistencia eléctrica. El tamaño, la forma y las propiedades de los alimentos afectan la distribución espacial de la absorción de las microondas. 1. Ecuaciones que gobiernan el fenómeno de la generación de los campos electromagnéticos Los campos electromagnéticos responsables del calentamiento se describen por las ecuaciones de Maxwell 36 H) (µ t E c c ÷ = × V (II.35) E w ε ε E) ε (ε t H o eff o + c c = × V (II.36) 0 E) (ε = × V (II.37) 0 H= × V (II.38) Donde: E y H son los vectores del campo eléctrico y magnético, respectivamente c es la permisividad compleja dada por: c =c ” +j c eff Donde c ”: constante dieléctrica del alimento c eff : factor de pérdida dieléctrico efectivo c o : constante dieléctrica del aire µ : permisividad magnética Las propiedades, c” y  eff, dependen de la ubicación en el alimento ya que varían con la temperatura. Las ecuaciones de Maxwell se resuelven para obtener el campo eléctrico, E. Éste será función de la posición en el alimento y de su tiempo de calentamiento. El calor generado es calculado a partir de este campo eléctrico. Cabe resaltar que las propiedades dieléctricas dependen de la composición del alimento (humedad y contenido de sal, en particular) y de la temperatura. 2 Ecuaciones que gobiernan la transferencia de calor T) Q(x, T) (k . t T c ρ p + V V = c c (II.39) 37 Donde: µ :densidad del alimento c p : calor específico del alimento T: temperatura t: tiempo k: conductividad térmica del alimento Q: calor generado por el microondas x: coordenada de posición en el alimento El primer miembro de la ecuación representa la acumulación de calor en el producto. En éste, figura como uno de los factores, la velocidad de aumento de la temperatura y los restantes se refieren a propiedades del alimento: densidad y calor específico. En el segundo miembro, el primer término es el de difusión del calor por mecanismo conductivo y el segundo término es la generación de calor por microondas. Este último término se relaciona con el campo eléctrico por medio de la siguiente ecuación: 2 eff o E ε 1/2wε T) (x, Q = (II.39) En la Figura II se esquematiza el calentamiento de un sólido por microondas Figura II.3 Calentamiento de un sólido por microondas 38 El agua en estado líquido y el vapor de agua se transportan en el alimento por dos mecanismos principales; el agua lo hace por capilaridad y diferencia de presión y el vapor por difusión y diferencia de presión. Existen muchos modelos que intentan representar el calentamiento de un sólido por microondas y su deshidratación. Vamos a citar uno de ellos: Modelo simplificado electromagnético de transferencia de calor en sólidos con transporte de humedad En este modelo se considera que la evaporación no se da antes de alcanzar el centro la temperatura de 100°C. Una vez que se alcanza esta temperatura, se asume que toda la energía del microondas se utiliza para la evaporación. Otra suposición del modelo es la de considerar que el transporte de agua se da por difusión capilar solamente e ignora el flujo de líquido por diferencia de presión (ecuación de Darcy). La velocidad de evaporación de la humedad aumenta con el aumento de temperatura C 100 cuandoT Q T k t T c ρ 2 p ° s + V = c c (II.41) C 100 cuandoT 0 T k t T c ρ 2 p ° > + V = c c (II.42) C 100 T cuando 0 t M ρ ° s = c c (II.43) C 100 T cuando λ Q t M ρ ° > ÷ = c c (II.44) Donde: M: contenido de humedad (en base húmeda) 39 ì : calor latente de vaporización del agua. Algunas aplicaciones de las microondas: Su atractivo reside en la elevada velocidad de calentamiento y en que no provoca cambios significativos en la superficie del alimento cuando se trabaja con tiempos y potencias de microondas adecuados. El tratamiento industrial por microondas se halla restringido por sus costos y la necesidad de sintonizar el magnetrón con diferentes alimentos. La aplicación industrial más importante es la descongelación, la deshidratación y la terminación del horneado. Para productos de pequeño espesor como bizcochos, la eficacia del horneado convencional puede mejorarse sometiéndolos a un tratamiento final por microondas. Los hornos convencionales para lograr una cocción interna buena provocan cambios de color en la superficie; esto se debe a que la conductividad térmica del bizcocho va disminuyendo a medida que se va secando, entonces el tiempo para cocer las partes internas del producto son excesivamente grandes. Para solucionar esto, a la salida de los túneles de horneo se instalan unos calentadores por microondas que completan la cocción sin provocar cambios de color apreciables en la superficie. La utilización de las microondas con alimentos de elevado contenido de humedad ha tenido menos éxito. Ello se debe a la escasa profundidad de penetración alcanzada en piezas muy grandes y al efecto refrigerante que ocasiona la evaporación del agua en la superficie del alimento, que puede ocasionar la supervivencia de los microorganismos en esta zona. Ventajas y desventajas en el uso de microondas en el secado Entre las principales ventajas se pueden citar (Mascheroni, 2006):  Una mayor eficiencia en la difusión de calor y materia  Desarrollo de gradientes internos de humedad que aumentan la velocidad de secado 40  Posibilidad de trabajar a menores temperaturas superficiales  Mejora en la calidad de producto obtenido Y entre las desventajas:  Calentamiento no uniforme del producto  Costos de instalación altos  Eficiencia energética baja No obstante el secado con microondas se considera viable para alimentos que requieren tiempos de secado cortos y una producción significativa. Es decir aquellos alimentos a los cuáles debe eliminarse una baja cantidad de agua. Asimismo, se puede utilizar el secado con microondas en aquellos productos que tienen riesgo de formación de costra en su superficie. Por otra parte, el costo del secado combinado puede reducirse cuando se usa el secado por microondas junto con otro método de menor costo. II.3 SECADO COMBINADO La utilización del secado por aire caliente como tratamiento térmico único, en todas sus variantes, permite procesar cualquier producto alimenticio para la obtención de un producto final estable. Sin embargo produce en los alimentos algunas transformaciones que pueden atentar con su calidad final. Entre ellas podemos mencionar: alteraciones en la forma y la textura del producto; composición y estructura no uniforme, cambios de sabor y aroma, modificación del color, degradación de componentes nutricionales, mala capacidad de rehidratación, etc. (Mascheroni, 2006). El objetivo del uso de métodos combinados de secado se centra en tres aspectos fundamentales: 41 1. Mejora de la calidad caracterizada por una o más de las siguientes propiedades:  Mínima degradación química  Cambios de estructura y textura poco significativos  Mínima variación de sabor y aroma  Obtención del color deseado  Control preciso del contenido de humedad 2. Protección del medio ambiente encarada a través de:  Minimización del uso de energía en el proceso  Reducción de las pérdidas de producto en las corrientes de efluentes 3. Consideraciones económicas entre las que se incluyen:  Reducción de costos  Desarrollo de equipos simples, confiables y que requieran poca mano de obra  Minimización de la proporción de productos fuera de especificación  Desarrollo de procesos estables capaces de operar en forma continua Actualmente se emplean diferentes modos de secado combinado que incluyen generalmente dos y raras veces tres de algunas de estas opciones:  Secado convectivo con aire caliente  Secado a presión reducida  Deshidratación osmótica  Calentamiento por microondas  Calentamiento por radio frecuencia 42 En el presente trabajo se empleó la deshidratación osmótica como pretratamiento y luego se secó combinando microondas con convección con aire caliente. También se analizó el secado utilizando solamente microondas. 43 II.4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE VIDA ÚTIL DE UN ALIMENTO El agua resulta esencial para los procesos de los seres vivos debido a las diversas funciones que desempeña. Asimismo, es un componente mayoritario en casi todos los alimentos, en donde contribuye de manera determinante en las características de textura, apariencia, sabor, etc. Además, es un factor muy importante en el deterioro de alimentos por el papel que desempeña en distintas reacciones químicas y enzimáticas así como en el desarrollo microbiano (Fennema, 1985). El agua juega un rol muy importante en la velocidad con que se deterioran los alimentos. Es por ello que el concepto de actividad de agua es ampliamente usado en la preservación de alimentos y es útil para mejorar procesos y diseñar nuevos productos. La actividad de agua es la relación de la presión parcial de vapor de agua del alimento dividida por la presión de vapor del agua pura, ambas medidas a la misma temperatura. Su valor varía entre 0 y 1. La actividad de agua permite predecir la estabilidad de los alimentos. Es fundamentalmente importante en la predicción de la estabilidad microbiológica de alimentos concentrados y semihúmedos (Chirife y Buera, 1994). Aunque el contenido de humedad de un alimento puede ser un factor indicativo de su propensión al deterioro, también se observa que diferentes alimentos con el mismo contenido de humedad pueden ser muy diferentes en cuanto a su estabilidad. El contenido de humedad es insuficiente para indicar la perecibilidad de un alimento al no tomar en cuenta las interacciones del agua con otros componentes del mismo. Scott (1957) introduce entonces, el concepto de actividad de agua para indicar la estabilidad de un producto y tener en cuenta la interacción del agua con otros constituyentes del alimento en condiciones de equilibrio termodinámico. Por consiguiente, la actividad de agua puede ser considerada una medida indirecta del agua que está disponible en un producto para participar en diferentes reacciones deteriorativas y en el crecimiento microbiano.. En el equilibrio, la actividad de agua está relacionada con el contenido de humedad de un alimento por medio de una isoterma de adsorción. Los productos perecederos frescos tienen una alta actividad de agua, normalmente superior a 0,98; mientras que 44 alimentos secos y estables tienen una actividad de agua inferior a 0,6. Los productos con actividad de agua intermedia presentan estabilidad variable (Labuza, 1980). Para actividades de agua menores de 0,9 el crecimiento de la mayoría de las bacterias, incluídas las patógenas se inhibe; excepto el caso de la Staphilococcus aureus que puede crecer a actividades de agua de 0,86 en aerobiosis. La contaminación por hongos y levaduras, no obstante, puede ocurrir en un rango de actividad de agua mucho más amplio, pudiendo algunos crecer a actividades de agua tan bajas como 0,60. La preservación de alimentos por métodos combinados se basa en la aplicación de factores de estrés que conducen a la inhibición de crecimiento y/o la muerte de la comunidad microbiológica como así también a la prevención del establecimiento de otras comunidades (Boddy y Wimpenny, 1992). Los factores principales que afectan la superviviencia y el crecimiento microbiano en alimentos y que constituyen la mayoría de los procesos de conservación se agrupan en las siguientes categorías de acuerdo a la clasificación de Mossel e Ingram (1955); Mossel (1983) y Gould (1992), adaptada por Alzamora (1997)  Factores intrínsecos, aquellos factores físicos o químicos que actúan dentro del alimento  Factores de procesamiento, los que se aplican a un alimento para conservarlo  Factores extrínsecos, los que actúan fuera del alimento que pueden controlarse durante el almacenamiento  Factores implícitos y microbianos dependientes de la naturaleza de los microorganismos per se y de sus interacciones  Efectos netos que se refieren a los efectos interactivos de los otros factores En la Tabla II.2 se presentan los factores principales que afectan a la ecología microbiana de los alimentos 45 Tabla II.2 Factores principales que afectan la ecología microbiana de los alimentos (Alzamora, 1997) Factores intrínsecos Químicos Factores intrínsecos Físicos Factores de procesamiento Factores extrínsecos Factores microbianos e implícitos Efectos Netos Nutrientes Naturaleza delos solutos pH y capacidad buffer Potencial deóxido- reducción Presencia de conservadores y otras sustancias antimicrobianas Actividad deagua Viscosidad Microestructura Compartamentalización Hielo y efectos dela crioconcentración Cambios en el número demicroorganismos Cambios en el tipo de microorganismos Cambios en la composición del alimento Cambios en la microestructurade alimentos Temperatura Humedad relativa Presión parcial de oxígeno Presencia deotros gases Microorganismos presentes Velocidades y fases “lag” decrecimiento Efectos sinérgicos Efectos antagónicos Interacciones entre factores 46 Muchos de los métodos de conservación de alimentos se basan en la manipulación de uno o más factores para impedir el desarrollo microbiano (por ej: esterilización, congelación, pasteurización, deshidratación, etc). Las tecnologías de factores combinados incorporan además de la refrigeración, múltiples barreras (acidificación, reducción de actividad de agua, conservadores, atmósferas modificadas, etc.) para inhibir o reducir la reproducción de microorganismos. En el caso de los alimentos tratados térmicamente, se utilizan factores coadyuvantes para reducir la letalidad del proceso (Alzamora y col., 1992; Ray, 1992). La Tabla II.3 (Adaptada por Alzamora y elaborada por Gould y Ray, 1992) detalla los principales métodos de conservación de los alimentos, los factores en que están basados y su efecto en los microorganismos. 47 Tabla II.3 Principales métodos de conservación de alimentos y su acción sobre microorganismos Método Factor/es Efectos en los microorganismos Esterilización Tratamiento térmico Inactivación de todas las células vegetativas y esporas de microorganismos patógenos Pasteurización Tratamiento térmico Inactivación de células vegetativas patógenas y de la mayoría de no patógenas. Requiere refrigeración u otro factor para retardar el crecimiento de los microorganismos vivientes Radurización, radicidación y radapertización Radiaciones ionizantes Inactivación de microorganismos en una extensión dependiente de la dosis utilizada Aplicación de altas presiones hidrostáticas Presión hidrostática Inactivación de células vegetativas Deshidratación (aw <0,60) Reducción de actividad de agua (aw) Inhibición del crecimiento de microorganismos e inactivación de algunas células vegetativas Aplicación de pulsos de alto voltaje Shock eléctrico Inactivación principalmente de al células vegetativas Congelación Baja temperatura, reducción de la actividad de agua Inactivación de algunas células vegetativas e inhibición del crecimiento de las células sobrevivientes Refrigeración Baja temperatura Inhibición del crecimiento de mesófilos y termófilos y disminución de la velocidad de crecimiento de psicrótrofos 48 Tabla II.3 Principales métodos de conservación de alimentos y su acción sobre microorganismos (continuación) Método Factor/es Efectos en los microorganismos Atmósferas modificadas (vacío, nitrógeno y refrigeración) Baja concentración de oxígeno Inhibición del crecimiento de aerobios, retardando la refrigeración el crecimiento de anaerobios y facultativos Atmósferas modificadas enriquecidas con CO 2 Incremento de la concentración de CO 2 Inhibición del crecimiento de microorganismos específicos Acidificación (agregado de ácidos o fermentación láctica o acética) Reducción de pH Inhibición del crecimiento de bacterias patógenas y gram- negativas; hongos y levaduras son menos susceptibles Fermentación alcohólica Incremento en la concentración de etanol Reducción de la velocidad de crecimiento de microorganismos Adición de conservantes (propionato, benzoato, sorbato, nitrilos, sulfitos, antibióticos, nisina, pimaricina, etc) Conservante Inhibición del crecimiento de microorganismos específicos, en algunos casos efecto bactericida y fungicida Adición de enzimas (oxidasas, lisozima, glucosa- oxidasa, catalasa, etc) Enzimas Inhibición del crecimiento e inactivación de microorganismos de acuerdo a la enzima utilizada Emulsificación Control de la microestructura, limitación de nutrientes Inhibición del crecimiento de microorganismos La utilización de varios métodos de conservación en un mismo producto y por lo tanto una combinación de los factores mencionados, como por ejemplo la reducción de la actividad de agua, una baja concentración de oxígeno y 49 temperatura pueden inhibir el crecimiento de microorganismos y prolongar de esta manera, el tiempo de vida útil del alimento. II.5 ENVASADO EN ATMÓSFERA MODIFICADA Desde la antigüedad el control del deterioro de los alimentos ha sido un desafío para el hombre. Los iniciales métodos de preservación fueron el secado, el ahumado y el salado. Posteriormente, se desarrollaron otras tecnologías como la congelación, la refrigeración, la pasteurización, el uso de aditivos químicos, etc. El advenimiento de las nuevas formas de comercialización a través de cadenas de supermercados requirió de la extensión de la vida útil de los alimentos. Asimismo la creciente demanda de los consumidores de productos naturales sin agregado de conservantes condujo al envasado en atmósferas modificadas con el propósito de preservar los alimentos. El envasado en atmósfera modificada, MAP (Modified Atmosphere Packaging) es una tecnología que consiste en sustituir la atmósfera de aire que rodea el alimento dentro del envase por un gas o mezcla de gases. La composición de la atmósfera dependerá de la naturaleza del producto a envasar. Algunas de las ventajas que presenta esta tecnología son:  Prolongar el tiempo de vida útil del alimento  Prevenir el deterioro por microorganismos  Prevenir los procesos de oxidación (oxidación de lípidos, decoloración de pigmentos)  Protección de nutrientes (vitaminas y proteínas)  Protección física del producto  Permite usar refrigeración en lugar de congelación  Disminuir la velocidad de respiración de frutas y hortalizas, retardando la maduración y la senescencia  Mejora en la presentación del producto que se puede traducir en un incremento en las ventas 50 El envasado en atmósfera modificada constituye un sistema y como tal requiere de varios factores para que resulte efectivo. Éstos son: Temperatura. Esta tecnología no reemplaza a un buen control de temperatura de almacenamiento del producto Calidad La calidad inicial del producto es primordial. Se debe mantener una higiene adecuada y buenas prácticas de manufactura durante todo el proceso que reciba el producto y durante el envasado. Para garantizar la seguridad de los alimentos envasados en atmósfera modificada es deseable y conveniente aplicar un sistema de Análisis de Riesgos y Puntos Críticos de Control (HACCP) Mezcla de gases La adecuada elección de los gases y la composición de la mezcla de gases a usar es una de las claves del éxito del envasado. Los principales gases usados son: Dióxido de Carbono, CO 2 Actúa como inhibidor del crecimiento microbiano según dos mecanismos: uno de ellos es el de disminuir el pH y el otro es el de interferir en los sistemas enzimáticos. El CO 2 , al ser soluble en agua se disuelve en el agua que contiene el alimento y disminuye el pH interno de los tejidos, afectando el sistema de transporte de la células (H +/ K + ), provocando un desbalance del metabolismo. Nitrógeno Es un gas inerte de baja solubilidad en agua que puede desplazar el oxígeno y así evitar reacciones de oxidación y de deterioro por microorganismos aerobios. También presenta propiedades físicas como la de evitar el aplastamiento del producto en caso de realizarse vacío en el envasado Oxígeno Es usado para mantener el color rojo de las carnes y en productos frutihortícolas para evitar la respiración en anaerobiosis 51 La relación volumen de gas a volumen de producto es también un factor muy importante. En la mayoría de las aplicaciones está en el rango de 3:1 a 1:1. Materiales Las propiedades a tener en cuenta para la selección son:  Permeabilidad de los gases (O 2 , CO 2 y N 2 )  Permeabilidad al vapor de agua y aromas  Sellabilidad  Propiedades físicas (resistencia a la tracción, al punzonado)  Termoformabilidad Los materiales usados son laminados o coextrudados de dos o más materiales, en los cuales, los materiales simples que lo constituyen proporcionan al conjunto sus propiedades individuales. Muchos y diversos son los materiales utilizados en el envasado. Entre ellos se hallan los polietilenos, el polipropileno, el poliestireno, el poliéster, el etilen vinil alcohol (EVOH), las poliamidas, el policloruro de vinilideno (PVDC), etc. A continuación se describen algunas características de algunos de los mencionados EVOH (Etilen vinil alcohol) Es excelente barrera a los gases. A consecuencia de la presencia de grupos oxhidrilos en su estructura molecular, las resinas de EVOH son higroscópicas (absorben humedad) afectando sus propiedades de barrera. Esta característica requiere la selección de polímeros estructurales en el diseño de las láminas multicapas coextrudadas, que sirvan de protección para lograr una menor absorción de humedad 52 Otras propiedades distintivas  Alta resistencia mecánica  Elasticidad  Excelente resistencia a la abrasión  Resistencia a aceites y solventes orgánicos Poliamida Es barrera al oxígeno y sumamente higroscópico. Al absorber humedad pierde sus propiedades de barrera, por ello, se complementa generalmente con otro material como el polietileno de baja densidad por sus buenas características de soldadura y barrera a la humedad. La incompatibildad química y la diferencia de propiedades hidrófilas hacen imposible la adhesión poliamida/polietileno por lo que es necesario introducir un adhesivo entre ambos. Las poliamidas utilizadas para lámina por lo general son copolímeros de poliamida 6 y 66 o poliamida 6 y 12. La necesidad de un copolímero es para mejorar las condiciones de proceso, ópticas y evitar el efecto “curling” o enrollamiento de la película cuando la lámina es de 3 capas. Las poliamidas también ofrecen excelentes características mecánicas tales como tenacidad y resistencia a las pinchaduras. PVDC (Policloruro de vinilideno) Buena barrera a los gases, al vapor de agua y a la mayoría de los aromas. Es un polímero altamente cristalino. Polietileno 53 Existen de diferentes densidades: PEBD (polietileno de baja densidad) y PEAD (polietileno de alta densidad). El polietileno es impermeable al vapor de agua. Su permeabilidad varía según los gases como puede apreciarse en las Tablas II.4 y II.5: Tabla II.4 Permeabilidad de gases en láminas de PEBD Condiciones espesor PEBD T: 25 °C e: 25 µm Permeabilidad al N 2 (mL/(m 2 día atm)) 2800 Permeabilidad al O 2 (mL/(m 2 día atm)) 7900 Permeabilidad al CO 2 (mL/(m 2 día atm)) 42500 Tabla II.5 Permeabilidad de gases en láminas de PEAD Condiciones espesor PEAD T: 25 °C e: 25 µm Permeabilidad al N 2 (mL/(m 2 día atm)) 660 Permeabilidad al O 2 (mL/(m 2 día atm)) 2900 Permeabilidad al CO 2 (mL/(m 2 día atm)) 9100 Datos Hitoshi Suzuki, 1977 Permeabilidad de las películas poliméricas Los componentes gaseosos pueden ser transportados a través de la matriz del polímero por permeación activa, la que consiste en la disolución del gas en la superficie del polímero, su difusión a través de la película y luego su desorción en su otra superficie o superficie posterior. Es por ello que la permeabilidad activa puede expresarse como el producto de la solubilidad del gas en el polímero y la difusividad del gas en él. Sin embargo, los gases pueden fluir 54 también a través de microporos en películas poliméricas no sólo por mecanismos difusivos sino también por convectivos. (Mannapperuma y col., 1989). El movimiento de un gas o vapor a través de un material polimérico puede ser descripto por el modelo solución-difusión propuesto por Graham. Primera ley de Fick dx dC D - F = (II.45) Donde: F =flujo de una sustancia que difunde a través de un área unitaria del polímero por unidad de tiempo D =coeficiente de difusión dx dC =gradiente de concentración en la dirección x En el estado estacionario, la integración de la ecuación anterior resulta: L ) C (C D - F 1 2 ÷ = (II.46) Donde: L =espesor de la película C 2 y C 1 : concentración del gas en las superficies posterior y anterior de la película, respectivamente La cantidad de permeante, Q que pasa a través de una película de área A y espesor L luego de un tiempo t es: ( ) L C C t A D - Q 1 2 ÷ = (II.47) Considerando la Ley de Henry 55 2 2 1 1 p C p C S = = (II.48) Donde: S =coeficiente de solubilidad p 1 , p 2 : presiones correspondientes a las concentraciones C 1 y C 2 , respectivamente, a la temperatura de trabajo Reemplazando esta expresión en la ecuación (II.47) se obtiene: (II.49) El producto D x S se denomina coeficiente de permeabilidad p t A L Q S D P A = × = (II.50) En el envasado en atmósfera modificada se requiere hacer una distinción entre los productos que respiran y los que no lo hacen. Además debemos tener en cuenta la velocidad de respiración de los distintos productos. En general, los frutihortícolas deshidratados presentan tasas respiratorias inferiores a los 5 mg CO 2 / (kg h) a una temperatura de 5 °C, aproximadamente. En este caso se pueden emplear materiales de envase con bajas permeabilidades al oxígeno ya que su velocidad de respiración es considerablemente inferior a la correspondiente a los frutihortícolas frescos L ) p (p t A S D - Q 1 2 ÷ = Objetivos 56 III. OBJETIVOS Los objetivos del trabajo son: Generales Estudiar las cinéticas de deshidratación osmótica y secado combinado: microondas y convección con aire caliente de las papas. Específicos 1. Determinar las condiciones más favorables para la deshidratación osmótica de las papas. Se procurará obtener la mayor pérdida de agua del producto (cubos de papas) preservando las características sensoriales adecuadas del mismo (color, sabor, aroma y textura). Para ello se trabajará variando la concentración de sacarosa en 10%, 20%, 30%, 40% y 50% m/m y la concentración de sal en 5%, 10% y 20% m/m. La relación masa de solución a masa de papa se variará entre 1,6, 4 y 10. Se analizará también cómo influye la modificación de la temperatura (30 y 40 ºC) y el tamaño de los cubos (0,6; 1 y 1,2 cm de lado) en la deshidratación osmótica. 2. Una vez obtenidas las condiciones más favorables, se reemplazará la sacarosa por xilitol, usando la misma concentración hallada en el ítem 1. 3. En la etapa siguiente se llevará a cabo el secado combinado de las papas luego del pretratamiento con deshidratación osmótica en solución acuosa de xilitol y sal. Se desarrollarán las actividades que se enuncian a continuación: a) Análisis de la concentración más adecuada de sal que enmascare el dulzor del xilitol b) Evaluación del tiempo de deshidratación osmótica para alcanzar una pérdida de agua adecuada antes del secado combinado (por microondas y convección con aire caliente simultáneamente). c) Elección de la potencia en el secado combinado y del tiempo de tratamiento, que resultan en una mejora en la calidad del producto final obtenido, considerando las características sensoriales (color, aroma y sabor) y de rehidratabilidad. 4. Modelado de la deshidratación osmótica por medio de modelos basados en la solución analítica de la segunda Ley de Fick aplicados sobre los datos experimentales y, determinación de los coeficientes de difusión. Los valores obtenidos se contrastarán con los encontrados en la literatura y con los obtenidos considerando una cinética de secado de primer orden. 5. Modelado de la deshidratación osmótica por métodos empíricos que correlacionan directamente la pérdida de agua y la ganancia de sólidos con algunas variables representativas del proceso como puede ser el tiempo mediante ecuaciones muy simples (Peleg, Azuara, Hawkes y Flink, cinética de primer 57 orden, modelo polinomial y Raoult-Wack). Los parámetros obtenidos dependen de las condiciones de operación: concentración de solutos en la solución, la temperatura, el nivel de agitación, el tamaño del producto, etc. 6. Modelado del secado por microondas. Se ajustarán las curvas de secado con distintos modelos matemáticos: lineal, exponencial, potencial, logarítmico y polinómicos de diferentes grados. 7. Evaluación de los índices de calidad del producto (sabor y rehidratabilidad) luego del secado combinado en busca de condiciones óptimas para el proceso combinado. 8. Envasado en atmósfera modificada (30 % de CO 2 y 70 % de N 2 ) y determinación de su tiempo de vida útil luego del análisis de los resultados microbiológicos del producto. 9. Estudio de las estructuras de las papas a diferentes tiempos de tratamientos durante la deshidratación osmótica, el secado por microondas y el secado combinado a través de microscopía electrónica de barrido ambiental. Parte Experimental 58 IV. PARTE EXPERIMENTAL IV.1 MATERIALES La papa (nombre científico: Solanum tuberosum) es una especie perteneciente a la familia de las Solanáceas, originaria de América del Sur y cultivada en todo el mundo por sus tubérculos comestibles. Existen miles de variedades con grandes diferencias de tamaño, forma, color, textura, cualidades y sabor. La variedad que se usó en este trabajo es la Spunta, con propiedades muy buenas para hervir o asar y de gran consumo en nuestro país. Se caracteriza por tener los tubérculos de forma oval y alargados, la piel suave, la carne amarilla y el tamaño grande. Su rendimiento es muy alto y la madurez semitemprana (Foto 1). Para llevar a cabo las experiencias se seleccionaron papas de tamaño similar. Los agentes deshidratantes utilizados para elaborar las diferentes soluciones acuosas empleadas en las distintas experiencias fueron: Sacarosa: Se utilizó sacarosa comercial, marca Ledesma. Foto IV.1 Papas variedad Spunta 59 Xilitol: En algunas experiencias se reemplazó la sacarosa por xilitol. Es un poliol de sabor dulce, no cariogénico, buen sustituto de la sacarosa y bajo en valor energético. El mismo es de 2,4 kcal/kg aproximadamente, inferior al de los hidratos de carbono asimilables, de 4 kcal/kg. Su poder edulcorante es de 90 si se lo compara con la sacarosa tomada como referencia, a la que le corresponde un valor de 100. Se expende con una granulometría muy pequeña, menor que la de la sacarosa. En las experiencias se empleó xilitol calidad alimenticia, marca Huakang Pharma, origen china. Sal (cloruro de sodio): Se empleó sal fina comercial, marca Dos Anclas. IV.2 MÉTODOS IV.2.1 Búsqueda de las condiciones de operación para la deshidratación osmótica a) Preparación de la muestra Se trabajó con papas, que se pelaron y cortaron manualmente en cubos de 0,6, 1 y 1,2 cm de lado. Estos tamaños se utilizaron porque podrían ser factibles de emplear en la producción de papas para la elaboración de guisos, juliana de verduras o ensalada rusa. El exceso de humedad exterior se eliminó mediante secado rápido con papel tissue. b) Pesada de las muestras de papas y de los solutos para preparar las soluciones. Se utilizó una balanza granataria, marca Mettler, modelo P1210 con precisión de 10 mg y máxima pesada, 1200 g para pesar las papas y los solutos para preparar las distintas soluciones acuosas. 60 c) Ensayos de deshidratación osmótica para analizar el efecto de las distintas variables sobre la pérdida de peso durante el proceso. Se prepararon soluciones con mezclas de sacarosa y sal como solutos y agua como solvente. Se trabajó variando la concentración de sacarosa en 10%, 20%, 30%, 40% y 50% m/m y la concentración de sal en 5%, 10% y 20% m/m. La relación masa de solución a masa de papa se varió entre 1,6; 4 y 10. Se analizó cómo influía en la deshidratación osmótica la modificación de la temperatura (30 y 40 ±0.5 ºC) y el tamaño de los cubos (0,6; 1 y 1,2 cm de lado). Se realizó la búsqueda de los valores de estas variables, condiciones de operación, para un mismo nivel de agitación 120-130 rpm, que permiten alcanzar una adecuada pérdida de agua analizando y comparando las curvas de deshidratación que se presentan en el capítulo V- Análisis de Resultados -. Asimismo, se estudiaron las variables que afectaban más la pérdida de peso: como el tiempo, la concentración de sacarosa y la concentración de sal a través de la optimización con superficies de respuesta. Las superficies de respuesta se obtuvieron con el programa Statistica, versión 7. Se consideró como criterio de ajuste de la superficie de respuesta a los datos experimentales, el error medio, ERM: N 1 V V V ERM N 1 i exp pre i exp i i ¿ ÷ = = (IV.1) Donde: V expi =valor experimental V prei =valor predicho por la superficie de respuesta N =número de datos experimentales 61 IV.2.2. Experiencias de deshidratación osmótica a) Descripción El sistema (papas y solución) se colocó en un vaso de precipitado de 2 L y se agitó a 120-130 rpm en un agitador orbital con controlador de temperatura y una campana acrílica que permite mantener una temperatura constante en el recinto en donde se halla el recipiente. Al inicio de las experiencias se trabajó con una masa de papa de 270 g y una masa de solución de 1080 g (relación masa de solución/masa de papa igual a 4). La humedad inicial de las papas frescas se determinó tomando una muestra de 10 g de papa sin deshidratar y llevándola a estufa (ver procedimiento en IV.1.2.5). A intervalos de tiempo de 30 min (para la primera medición) y 1 hora para las mediciones posteriores se extrajeron del vaso de precipitado las papas que se hallaban inmersas en la solución deshidratante. Se las enjuagó con agua destilada para extraer la sacarosa adherida a su superficie y se las secó cuidadosamente con papel tissue. Posteriormente, las papas se pesaron para analizar cómo varía la pérdida de peso en función del tiempo. Se pesaron en conjunto y luego se separaron 5 g de papa para determinar humedad en estufa y 20 g de solución para determinar la concentración de sólidos solubles en la misma (ver procedimiento en IV.1.2.6). Para elaborar las curvas de secado (pérdida de peso de las papas en función del tiempo de deshidratación osmótica) se realizaron las correcciones de peso correspondientes por la masa de muestra que se retiró para cada tiempo de medida. Las experiencias se llevaron a cabo por triplicado. En el Anexo se explica el tratamiento que recibieron las réplicas. En las Foto 2 se pueden apreciar las papas agitándose en el agitador orbital y en la Foto 3 las papas luego del tratamiento de deshidratación osmótica. 62 Foto IV.3 Papas luego del tratamiento de deshidratación Foto IV.2 Agitador orbital y el sistema: papas-solución en su interior 63 b) Condiciones de operación Las condiciones de operación finales obtenidas en las experiencias de deshidratación osmótica en solución acuosa de sacarosa fueron: Concentración de sacarosa: 40 % m/m Concentración de sal: 10% m/m Temperatura: 40 °C Relación masa de solución a masa de papa: 4 Tamaño de cubos: 1 cm de arista Nivel de agitación: 120-130 rpm c) Comparación del aspecto de las papas para diferentes tiempos de deshidratación osmótica y distintas concentraciones de sacarosa luego de transcurridos 15 días en condiciones ambientales. Las papas deshidratadas osmóticamente se dejaron en condiciones atmosféricas para evaluar cambios en su aspecto (variaciones de coloración, observación a simple vista de deterioro por microorganismos, ataque por hongos, etc.). Se llevaron a cabo dos experiencias: deshidratación osmótica de papas en solución acuosa con una concentración de sacarosa del 40 % m/m y del 10 % m/m, respectivamente, manteniendo las restantes variables constantes: concentración de sal 10 % m/m, temperatura 40 ºC, relación masa de solución a masa de papa de 4, nivel de agitación de 120-130 rpm y cubos de 1 cm de arista. Se extrajeron muestras de papas durante el tratamiento a tiempo 1h, 2h, 3h, 4h y 5h para las dos experiencias (40 % m/m y 10 % m/m de sacarosa en la solución) y se sacaron fotografías de las mismas 64 IV.2.3 Descripción de las experiencias de secado por microondas Se trabajó en un microondas marca De Longhi, potencia máxima 1000W, capacidad 25 litros; frecuencia: 2450 MHz, el que se muestra en la Foto 4. Al inicio de la experiencia se colocó una masa de papa fresca de 270 g en el microondas. Las papas se distribuyeron de manera concéntrica y dejando un espacio en el centro (formando una especie de corona) sobre la bandeja. Se trabajó con distintas potencias: 20%, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % respecto de la potencia máxima alcanzada por el equipo en las distintas experiencias de secado. Se pesó la masa de papa total a diferentes tiempos para obtener así las curvas de secado, masa en función de su variación con el tiempo de secado por microondas: Masa (g) vs t (min). El secado se continuó hasta obtener peso aproximadamente constante. Las experiencias se realizaron por triplicado. El tratamiento de las réplicas fue similar al realizado con los datos experimentales de deshidratación osmótica. 65 IV.2.4 Descripción de las experiencias de secado combinado (microondas y convección con aire caliente) de las papas y pretratamiento con deshidratación osmótica a) Análisis de la concentración más adecuada de sal a emplear en el pretratamiento En el pretratamiento con deshidratación osmótica, antes del secado combinado, se reemplazó la sacarosa por xilitol y la concentración de sal se modificó manteniendo las restantes variables en las condiciones de operación establecidas en el item IV.1.2.2 b). Las papas se deshidrataron osmóticamente durante 1h a dos concentraciones de sal diferentes 5 % m/m y 10 % m/m. El producto obtenido en los dos casos se evaluó sensorialmente por un panel no entrenado y también se comparó la pérdida de peso en ambas experiencias. Foto IV.4 Equipo de microondas 66 b) Análisis del tiempo de pretratamiento con deshidratación osmótica En las experiencias de deshidratación osmótica utilizando una concentración de xilitol del 40 % m/m y una concentración de sal del 5 % m/m y con las restantes variables en iguales condiciones a las anteriormente descriptas, se estudió si era más conveniente deshidratar durante 1 o 2 h analizando la pérdida de peso. Condiciones de operación de las papas pretratadas con deshidratación osmótica Finalmente, las papas fueron pretratadas con deshidratación osmótica en solución acuosa de xilitol en las siguientes condiciones: Concentración de xilitol: 40 % m/m Concentración de sal: 5 % m/m Temperatura: 40 °C Relación masa de solución a masa de papa: 4 Tamaño de cubos: 1 cm de arista Nivel de agitación: 120-130 rpm Tiempo de deshidratación osmótica: 1 h Descripción de las experiencias de secado combinado de las papas luego del pretratamiento Las papas fueron luego llevadas al equipo de microondas, el que se hizo operar en condiciones de secado combinado, microondas junto con convección con aire caliente. Se analizaron para el secado combinado las siguientes potencias de microondas: 40, 50 y 60 % de la potencia máxima del equipo. Estas experiencias se realizaron por triplicado y el tratamiento de los datos experimentales obtenidos en las réplicas fue similar al que se dio a los datos de deshidratación osmótica. 67 IV.2.5 Determinación de humedad de las papas El contenido de humedad se determinó a través de la pérdida de peso por desecación en estufa. Durante 2 h se las seca a 70 °C y luego a 104 °C por 72 h más. En un principio el secado se realiza a menor temperatura para evitar la pérdida abrupta de agua y la pérdida de material por proyección. IV.2.6 Medición de la transferencia de masa La evolución de la transferencia de masa con el tiempo se midió a través de la pérdida de peso (PP); el contenido de sólidos totales (ST); la pérdida de agua (PA); la ganancia de sólidos (GS) y la concentración de los sólidos solubles en la solución (SS). Las ecuaciones se detallan a continuación: (IV.2) m 0 =masa inicial de muestra de papa fresca. m f =masa de muestra deshidratada osmóticamente a tiempo t 100 x m m (%) ST 0 S | | . | \ | = (IV.3) (%) ST 100 (%) H ÷ = (IV.4) m s =masa de muestra seca para determinado tiempo, t H (%) =porcentaje de humedad para determinado tiempo, t 100 m m m PP(%) 0 f 0 × | | . | \ | ÷ = 68 (IV.5) STº=contenido de sólidos totales iniciales ST=contenido de sólidos totales para determinado tiempo, t 100 x 100 ST 100 ST 100 PP 1 (%) GS 0 ( ¸ ( ¸ ÷ | . | \ | ÷ = (IV.6) La determinación de sólidos solubles en la solución deshidratante se lleva a cabo evaporando la solución. La masa inicial empleada fue de 20 g. La fórmula para su cálculo es: is ss m m SS= (IV.7) donde m ss= masa de sólidos solubles obtenida luego de la evaporación del agua de la solución m is = masa inicial de solución empleada. IV.2.7 Modelado de la deshidratación osmótica Varios modelos encontrados en la literatura se utilizaron para ajustar los datos experimentales. En este trabajo se aplicaron los siguientes modelos: 1. Modelos que se basan en la segunda Ley de Fick de la difusión. 100 100 PP 1 100 ST 1 100 ST - 1 (%) PA 0 × ( ¸ ( ¸ | . | \ | ÷ | . | \ | ÷ ÷ | | . | \ | = 69 2. Modelo de Peleg 3. Modelo de Azuara 4. Modelo de Hawkes y Flink 5. Modelo de Raoult-Wack 6. Modelo de cinéticas de primer orden 7. Modelos polinómicos A partir del primer modelo se determinaron los coeficientes de difusión del agua y del soluto a distintas concentraciones de sacarosa en la solución. Asimismo, al aplicar el modelo de primer orden que sólo se usó para analizar la transferencia de agua, se calcularon los coeficientes de difusión para la misma y luego se compararon con los obtenidos con el primer modelo. Se consideró como criterio de ajuste de los modelos a los datos experimentales, el coeficiente de determinación, R 2 ¿ ÷ ¿ ÷ = = = N 1 i 2 i exp N 1 i 2 i pre 2 ) V (V ) V (V R (IV.8) V =promedio de todos los N datos experimentales N =número de datos experimentales Subíndices pre indica valor predicho por el modelo exp indica valor experimental i: valor iésimo, cada uno de los N valores Para la presentación estadística de los coeficientes de difusividad efectivos se calcularon los coeficientes de variación muestral que miden la variabilidad de los datos respecto de la media y cuya ecuación es la siguiente: 70 CV =100 s/X (IV.9) donde: CV=coeficiente de variación muestral s=desviación estándar o típica que se calcula con la expresión: ( ) N X X s N 1 i 2 i ¿ = ÷ = (IV.10) X= promedio muestral que se determina mediante la ecuación: N X X N 1 i i ¿ = = (IV.11) IV.2.8 Modelado del secado por microondas Se aplicaron los siguientes modelos para el secado por microondas: 1. Modelo Lineal 2. Modelo Potencial 3. Modelo Exponencial 4. Modelo Logarítmico 5. Modelos Polinómicos (grado 2, 3, 4, y 5) 71 IV.2.9 Modelado del secado combinado (microondas y convección con aire caliente simultáneo) En el caso del secado combinado, los datos experimentales se ajustaron con los modelos: 1. Modelo de Page 2. Modelo de Primer Orden 3. Modelo Exponencial 4. Modelos Polinómicos IV.2.10 Condiciones de envasado en atmósfera modificada y determinación del tiempo de vida útil del producto Las papas deshidratadas por secado combinado (potencia de microondas 60 % del máximo) y pretratadas por deshidratación osmótica durante 1 hora, utilizando como agentes deshidratantes: xilitol y sal, 40 % m/m y 10 % m/m en la solución, respectivamente, fueron luego envasadas en atmósfera modificada: 30 % de CO 2 y 70 % de N 2 en bolsas de material multicapa: polietileno-poliamida-polietileno. Luego se determinó el tiempo de vida útil durante su almacenamiento en refrigeración a 4ºC. Los ensayos microbiológicos realizados fueron: Aerobios mesófilos a 30 ºC. Método empleado ICMSF (2000) Edición 2. Método 1. Anaerobios mesófilos a 30 ºC. Método empleado ICMSF (2000) Edición 2. Método 1. Enterobacterias Método empleado ICMSF (2000) Edición 2. Coliformes totales Método empleado AOAC OMA (2000). Edición 18. Método 991.14. 72 Mohos Método empleado ISO (1987) Método 7954. Levaduras Método empleado ISO (1987) Método 7954. Clostridios sulfito reductores Método empleado APHA-“Methods for the Microbiological Examination of Foods” (1992). Staphylococcus aureus coagulasa (8) Método empleado ICMSF (2000) Edición 2. Método 1. Escherichia coli Método empleado AOAC OMA (2000). Edición 18. Método 991.14. Los análisis se realizaron en los días 0, 30, 60 y 120 de almacenamiento. IV.2.11 Microscopía electrónica de barrido ambiental de las papas para estudiar su estructura y los efectos que provocan en la misma los distintos tratamientos Se realizó la microscopía electrónica de barrido ambiental a las papas sometidas a los siguientes tratamientos: deshidratación osmótica, microondas y secado combinado (secado por microondas y convección con aire caliente), en este último caso luego de pretratamiento con deshidratación osmótica. La microscopía electrónica de barrido es una herramienta fundamental en el estudio de la microestructura de las muestras. 73 a) Principio de funcionamiento y características del microscopio El principio de funcionamiento del microscopio consiste en un filamento de tungsteno que se calienta y emite electrones, los que son acelerados por una diferencia de potencial hacia el cátodo donde se encuentra la muestra. Este haz de electrones se mantiene en una columna en la que se hace vacío para evitar el choque de los electrones con las moléculas de gas que podrían dispersarlo. Se usan lentes electromagnéticas para enfocar y dirigir el haz de electrones sobre la superficie de la muestra contra la que chocan y producen un haz de electrones secundarios. Éstos son colectados por un detector secundario y luego interceptan una grilla de tubos de rayos catódicos en la que se forman los puntos o pixeles que forman la imagen de las microfotografías. La generación de electrones secundarios depende de la energía que tengan los electrones primarios, la densidad y de la topografía de la superficie de la muestra El microscopio electrónico de barrido ambiental se caracteriza porque la muestra que se encuentra dentro de la cámara se puede observar en 3 modos distintos: alto vacío (como un microscopio electrónico de barrido convencional), bajo vacío y ambiental. Cuando se trabaja en modo ambiental permite observar, a diferencia del microscopio electrónico de barrido convencional que trabaja en vacío en la cámara donde se halla la muestra, especímenes con alto contenido de humedad debido a que el agua puede mantenerse en fase líquida ya que en los alrededores de la muestra se puede conservar una atmósfera saturada con vapor. La presión de vapor de agua de saturación varía de 609 Pa en el punto de congelación hasta 2000 Pa a temperatura ambiente. La cámara donde se halla la muestra está separada de la columna óptica por donde pasa el haz de electrones incidentes. En la Foto IV se muestra este microscopio 74 Foto IV.5 Microscopio electrónico de barrido ambiental Se trabajó con un microscopio electrónico de barrido ambiental, marca Philips, modelo XL 30. Las muestras se sometieron a una atmósfera con 45 % de humedad relativa, temperatura de 5 ºC y una presión de 3 torr y se analizaron al natural sin tratamiento de recubrimiento de superficie como lo requiere el microscopio electrónico convencional. Análisis deResultados 75 V. ANÁLISIS DE RESULTADOS V.1. BÚSQUEDA DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO Se realizó la búsqueda de las condiciones óptimas de trabajo (concentración de sacarosa, de sal, temperatura, relación masa de solución a masa de papa, tiempo de deshidratación, etc.) durante la deshidratación osmótica. Es decir se buscó el valor de las anteriores variables que maximizan la pérdida de peso (PP), incrementando la pérdida de agua (PA) y minimizando la ganancia de sólidos (GS) (ecuación V.1). A continuación se estudiaron cada una de estas variables y sus efectos sobre el fenómeno de deshidratación. Para ello se modificaron cada una de las variables que se deseaban analizar manteniendo las restantes constantes. PP =PA – GS (V.1) V.1.1 Estudio de la concentración Tanto la concentración como la composición de la solución deshidratante influyen en la velocidad de deshidratación osmótica del producto, en la pérdida de peso en función del tiempo a) Concentración de sacarosa Para analizar cómo influye en la deshidratación osmótica la modificación en la concentración de sacarosa en la solución, se varió la misma en un rango de valores de 10 % m/m a 50 % m/m pero se mantuvo constante la concentración de sal en un 10 % m/m; la relación masa de solución a masa de papa, R, igual a 4; la temperatura en 40 °C; el nivel de agitación en 120-130 rpm y el lado (la arista) de los cubos de las papas de 1 cm. Se consideró como valor máximo 50 % m/m ya que a concentraciones superiores la sacarosa es más difícil de disolver a una temperatura de 40°C y la solución se torna muy viscosa y por lo tanto se dificulta su agitación. Además, según algunos investigadores (Teles y col., 2006; Ferrari y Hubinger, 2008) cuando se trabaja con concentraciones de sacarosa muy elevadas, superiores a 50 % m/m, el exceso de 76 sacarosa forma una costra superficial sobre el producto y podría actuar como barrera no sólo para la transferencia de sólidos sino también para la difusión del agua. El espesor de la capa superficial formada depende de varios factores; entre ellos la agitación de la solución y la concentración de sacarosa de la misma. Cuando el producto esté inmerso en una solución de concentración muy elevada, mayor será el espesor de la capa. En consecuencia el egreso de agua y el ingreso/egreso de sólidos del producto resultan más afectados. En la Figura V.1 se puede apreciar que la velocidad de deshidratación osmótica, pendiente en el gráfico de pérdida de peso en función del tiempo, aumenta con el incremento en la concentración de sacarosa. También se puede inferir que la mayor pérdida de peso se produce aproximadamente durante las dos primeras horas de deshidratación osmótica para todas las concentraciones de sacarosa ensayadas. El producto pierde mayor cantidad de agua cuando se halla inmerso en las soluciones de concentración en sacarosa elevadas debido a que la fuerza impulsora, diferencia entre las presiones osmóticas en el interior del producto y la solución, es más apreciable. La pérdida de agua es más significativa que la ganancia de sólidos (Conway et al., 1983), ya que como mencionamos precedentemente, se forma una capa de sólidos sobre las papas que impide el ingreso de solutos pero no la salida del agua, para las concentraciones estudiadas. Este fenómeno está relacionado con la diferencia de tamaño molecular y la selectividad de la membrana o pared celular que permite pasar a algunas moléculas y a otras no. A menor concentración de sacarosa en la solución, el flujo de agua desde el alimento hacia la solución es menor y por lo tanto el flujo de soluto que circula en contracorriente desde la solución hacia la papa puede tener menor impedimento para poder ingresar a la misma y entonces la ganancia de solutos es superior en el producto. Este fenómeno denominado impregnación se puede observar en las Figuras V.2 y V.4 en que la pérdida de peso luego de las 2 h comienza a disminuir levemente, especialmente para las soluciones de concentración en sacarosa inferiores. Cuanto menor es la concentración en sacarosa de la solución y el tiempo transcurrido de deshidratación osmótica es superior parecería ser más pronunciado el descenso observado en la pérdida de peso, debido a la ganancia de sólidos por parte del producto, como puede apreciarse en la Fig. V.8 (Ganancia de sólidos en función del tiempo). Si bien esta variación en la pérdida de peso no parece ser muy significativa, como se observa en la Figura V.4 (Pérdida de peso, pérdida de agua y ganancia de solutos 77 (sólidos) en función del tiempo para una solución de concentración de sacarosa del 10 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m). 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 6 P é r d i d a d e P e s o ( % ) Tiempo (h) 50 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 30 % sacarosa y 10 % sal 20 % sacarosa y 10 % sal 10 % sacarosa y 10 % sal Figura V.1 Pérdida de peso en función del tiempo para distintas concentraciones de sacarosa, concentración de sal 10 % m/m, R=4, T=40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cm de arista Si se compara la pérdida de peso, la pérdida de agua y la ganancia de solutos para dos concentraciones de sacarosa diferentes en la solución deshidratante (10 % m/m vs 40 % m/m) se puede inferir que a altas concentraciones de sacarosa se alcanzan pérdidas considerables de peso y de agua junto con una ganancia de solutos baja (Conway y col., 1983; Hawkes y Flink, 1982; Islam y Flink, 1982; Ponting y col., 1966). En contraste, a bajas concentraciones de sacarosa en la solución deshidratante la pérdida de peso y de agua resultante es menor y se favorece la ganancia de sólidos. El uso de solutos de alto peso molecular como la sacarosa incrementa la pérdida de agua a expensas de una disminución en la ganancia de sólidos. El agregado de un soluto iónico como el cloruro de sodio a la solución junto con la sacarosa produce un efecto de deshidratación sinérgico ya que la fuerza impulsora para la transferencia de masa aumenta al bajar la actividad de agua de la solución por efecto de la sal agregada. En la Figura V.2 se muestra la pérdida de agua, la pérdida de peso y la ganancia de solutos (sólidos) en función del tiempo para la deshidratación osmótica de papas de cubos de 1 cm de arista en una solución de sacarosa del 40 % m/m y de sal del 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa de 4 y temperatura de 40 ºC durante 11 78 h. La pérdida de agua es del 56,8 % de su valor inicial a las 2 h, luego se mantiene en un rango de (57-58%) en el tiempo restante que dura la experiencia. La ganancia de sólidos aumenta con el tiempo hasta alcanzar un 10 % aproximadamente a las 11 h. La pérdida de peso, diferencia entre la pérdida de agua y la ganancia de sólidos alcanza su valor máximo, 50,3 % a las 2 h y después disminuye levemente hasta un valor de 49 % a las 4 h y de 42,2 % a las 11 h. Podemos concluir que luego de dos horas de deshidratación osmótica la pérdida de peso desciende levemente en el tiempo hasta alcanzar las 11 h totales de deshidratación osmótica. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tiempo (h) Pérdida de agua Pérdida de peso Ganancia de solutos (%) Figura V.2 Pérdida de peso, pérdida de agua y ganancia de solutos (sólidos) en función del tiempo para una solución de concentración de sacarosa del 40 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, T=40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cmde arista En la Figura V.3 se exhibe la humedad retenida por la papa durante la experiencia de deshidratación osmótica, desde un valor inicial en la papa fresca de 83,5 % (base húmeda) hasta un valor final de 48,8 % (base húmeda), luego de 11 horas de deshidratación, con una pérdida de humedad del 42 % respecto de su valor inicial. La mayor variación en la humedad se presenta durante las primeras dos horas, en concordancia con la tendencia mostrada por la pérdida de peso. 79 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tiempo (h) H u m e d a d ( % ) Figura V.3 Humedad de la papa en función del tiempo durante la deshidratación osmótica para una solución de concentración de sacarosa del 40 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, nivel de agitación 120-130 rpm, T=40 ºC y cubos de 1 cmde arista En la Figura V.4 se puede apreciar la variación en la pérdida de peso, la pérdida de agua y la ganancia de solutos (sólidos) para el caso de una concentración en sacarosa de 10 % m/m en la solución deshidratante durante 4 horas. En las primeras dos horas se produce un 51 % de pérdida de agua y en el tiempo restante se mantiene en el rango de 51-48 %. La ganancia de solutos alcanza un valor de 20,53 % al final de la experiencia. Este valor es apreciablemente superior respecto del obtenido cuando la concentración de sacarosa en la solución deshidratante es de 40 % m/m, que en esta ocasión es de 8,32 % a las 4 h de deshidratación osmótica. A partir de los datos experimentales obtenidos se puede inferir que cuando el propósito en la deshidratación osmótica de un producto es maximizar la pérdida de agua, y se quiere limitar la impregnación del mismo sólo a las capas externas, es conveniente usar altas concentraciones de solución (del orden de 40-50 % m/m, no superiores) y tiempos de deshidratación osmótica cortos (entre 1 y 2 h). Si lo que se desea es la impregnación del producto es más conveniente emplear una concentración relativamente baja y tiempos largos de deshidratación. Los resultados concuerdan con los alcanzados por Genina Soto et al (2001). 80 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 Pérdida de agua Pérdida de peso Ganancia de soluto (%) Tiempo (h) Figura V.4 Pérdida de peso, pérdida de agua y ganancia de solutos (sólidos) en función del tiempo para una solución de concentración de sacarosa del 10 % m/m y concentración de sal del 10 % m/m, R=4, nivel de agitación 120-130 rpm, T=40 ºC y cubos de 1 cmde arista La humedad retenida por la papa es siempre mayor cuando se deshidrata en una solución osmótica de menor concentración en sacarosa ya que se deshidrata menos. La pérdida de humedad alcanzada es de 13.70 % respecto de su valor inicial cuando se trabaja con una solución osmótica de 10% m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal. Este valor es apreciablemente menor si se compara con el obtenido al deshidratar el producto en una solución de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal que es de 42,2 %. Este fenómeno puede observarse en la Figura V.5 en la que se presentan los datos experimentales de humedad de la papa en función del tiempo para distintas concentraciones de sacarosa en la solución (10 % m/m y 40 % m/m) y restantes variables similares a las condiciones de operación finales (IV.1.2.2.b). 81 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 Tiempo (h) H u m e d a d ( % ) 40 % de sacarosa y 10 % de sal 10 % de sacarosa y 10 % de sal Figura V.5 Humedad de las papas en función del tiempo para distintas concentraciones de sacarosa en la solución (10 % m/m y 40 m/m), concentración de sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa de 4, temperatura de 40ºC, nivel de agitación 120-130 rpmy cubos de 1 cmde arista b) Concentración de sal En otras experiencias, la concentración de sal se modificó a las siguientes concentraciones: 5%, 10% y 20%, manteniendo constante la concentración de sacarosa en la solución e igual a 40 % m/m y las restantes variables en los valores de los anteriores ensayos. En la Figura V.6 se aprecian los resultados. La mayor pérdida de peso se presenta a la mayor concentración de sal, 20 % m/m. Considerando la posible aceptabilidad del producto tratado bajo estas condiciones de operación y luego de analizar las pruebas sensoriales se pudo verificar que a esta concentración el producto resulta muy salado. Sin embargo, cuando se utiliza una concentración de sal del 10 % el sabor es aceptable. 82 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 6 P é r d i d a d e P e s o ( % ) Tiempo (h) 40 % sacarosa y 20 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 5 % sal Figura V.6 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica a distintas concentraciones de sal (5 %; 10 % y 20 % m/m). La concentración de sacarosa se mantuvo constante en un 40 % m/my las otras variables también, R=4, T=40ºC y cubos de 1 cm de arista. En la Figura V.7 se puede observar cómo varía la humedad retenida por el producto con la modificación de la concentración de la sal y manteniendo la concentración de la sacarosa constante, 40 % m/m en la solución deshidratante. A medida que aumenta la concentración de sal en la solución deshidratante, la humedad en el producto es menor, si bien las diferencias no son muy significativas para las concentraciones de 10 % y 20 % de sal, como se puede apreciar en el gráfico. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo (h) 40 % sacarosa y 5 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 20 % sal H u m e d a d ( % ) Figura V.7 Humedad de las papas en función del tiempo durante la deshidratación osmótica a distintas 83 concentraciones de sal (5 %; 10 % y 20 % m/m). La concentración de sacarosa se mantuvo constante en un 40 % m/m, relación masa de solución a masa de papa,R=4, T=40ºC, nivel de agitación 120-130 rpm y cubos de 1 cmde arista. Si analizamos el efecto sinérgico de los dos solutos: sacarosa y sal en la pérdida de agua del producto, se encuentra que cuando se incrementa la concentración de los solutos en la solución, se produce una mayor deshidratación del producto, ya que la actividad de agua de la solución acuosa disminuye y la fuerza impulsora para la deshidratación es mayor. Análisis de la ganancia de sólidos en el producto durante el proceso de deshidratación osmótica En la Figura V. 8 se puede apreciar la ganancia de sólidos en función del tiempo para las distintas experiencias de deshidratación osmótica realizadas en soluciones de diferente concentración de sacarosa (10 % m/m, 20 % m/m, 30 % m/m, 40 % m/m y 50 % m/m) y la misma concentración de sal, 10 % m/m. 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 10 % sacarosa y 10 % sal 20 % sacarosa y 10 % sal 30 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 50 % sacarosa y 10 % sal G S ( % ) Tiempo (h) Figura V.8 Ganancia de sólidos en función del tiempo en las distintas experiencias de deshidratación osmótica con diferentes concentraciones de sacarosa y la misma concentración de sal en la solución, 10 % m/m. Los valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales 84 En esta Figura se puede observar que la ganancia de sólidos es inferior a altas concentraciones de sacarosa debido probablemente a la formación de una capa de sacarosa superficial sobre el producto que impide el ingreso de sólidos dentro del mismo (como se mencionó anteriormente). Este fenómeno fue observado también por otros autores (Giraldo, 2003; Mujica – Paz y col., 2003; Teles y col., 2006; Ferrari y Hubinger, 2008. Según estos investigadores, la solución más diluida puede penetrar mejor en el interior de los tejidos, en contraste con las soluciones concentradas que son más viscosas y, entonces, obstaculizan el paso de los solutos que se hallan en la solución (iones sodio y cloruro hidratados y moléculas de sacarosa) al desarrollarse dicha capa de soluto sobre el alimento. Esta película posee un espesor mayor para concentraciones de sacarosa en la solución superiores. Por consiguiente, resulta mayor el impedimento para el ingreso de sólidos al producto. En la curva correspondiente a la mayor concentración de sacarosa en la solución, 50 % m/m se observa un máximo a aproximadamente 30 min. Luego de este tiempo los valores disminuyen en concordancia con una disminución en la entrada de sólidos por la formación de dicha capa y un incremento en la salida del agua que arrastra consigo los iones solvatados de la sal desde el interior del producto hacia la solución. V.1.2. Estudio de la deshidratación osmótica en función del tiempo de deshidratación Como ya se expresó anteriormente, en el proceso de deshidratación osmótica la mayor pérdida de peso se presenta luego de transcurridas las primeras dos horas aproximadamente para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución (Figura V.1). Para las soluciones de concentración en sacarosa inferiores (30% m/m, 20% m/m y 10% m/m) la pérdida de peso comienza a disminuir levemente luego de las 2 h. Este fenómeno, como afirmamos precedentemente, podría atribuirse a una impregnación del producto con solutos provenientes de la solución. La Figura V.9 ejemplifica lo mencionado previamente para una solución deshidratante de 20 % m/m en concentración de sacarosa. Esta mayor pérdida de peso que se obtiene en las primeras dos horas de deshidratación osmótica se corresponde con una mayor pérdida de agua y, por lo tanto 85 una concentración de sólidos solubles en la solución deshidratante menor, como puede apreciarse en la Figura V.10. El proceso de pérdida de agua es muy significativo en este período, pero a medida que transcurre el tiempo, la pérdida de agua aumenta más levemente luego de las dos horas de deshidratación osmótica. Además, la ganancia de sólidos, resultante del balance másico global de solutos en la solución, que tiene en cuenta toda la transferencia de solutos desde el interior del sólido hacia la solución como de los solutos que ingresan al producto proveniente de la misma, incrementa. Ambos efectos: disminución en la pérdida de agua y aumento en la ganancia de sólidos, provocan que la concentración de sólidos solubles en la solución aumente hasta hacerse casi constante, luego de dos horas de deshidratación osmótica. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo (h) P é r d i d a d e P e s o ( % ) Figura V.9 Pérdida de peso versus tiempo durante la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cm de arista en una solución de concentración en sacarosa del 20 % m/my de sal del 10% m/m, una relación de masa de solución a masa de papa de 4, un nivel de agitación de 120-130 rpmy una temperatura de 40º C 86 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 Tiempo (h) S ó l i d o s s o l u b l e s ( g / 1 0 0 g d e s o l u c i ó n ) Figura V.10 Concentración de sólidos solubles (g de sólidos solubles/100 g de solución) en la solución deshidratante en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cm de arista en una solución de concentración en sacarosa del 20 % m/my de sal del 10% m/m, una relación masa de solución a masa de papa de 4, un nivel de agitación de 120-130 rpmy una temperatura de 40° C. V.1.3. Estudio de la deshidratación osmótica en función de la variación de la temperatura Las temperaturas altas (superiores a 50°C) pueden producir cambios en la permeabilidad de la pared celular, ocasionando modificaciones en su selectividad respecto a los solutos de la solución. Además pueden influir en la fluidez (viscosidad) de la solución. Un incremento en la temperatura favorece la difusión ya que el coeficiente de difusión para una concentración de la solución osmótica constante tiene una dependencia con la temperatura del tipo de Arrhenius (Rastogi y Raghavarao, 2004): /RT) E ( exp D D a o e ÷ = (V.2) Donde D o es el factor preexponencial, E a es la energía de activación y R es la constante de los gases En la Figura V.11 se aprecia como la pérdida de peso resulta ser superior a una temperatura superior. En las experiencias se modificó la temperatura en 10 °C y la pérdida de peso se modificó en aproximadamente un 10 %. 87 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo (h) P é r d i d a d e p e s o ( % ) T=40 ºC T=30ºC Figura V.11 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papa en cubos de 1cmde arista, en una solución 40 % m/mde sacarosa y 10 % m/mde sal, relación masa de solución a masa de papa de 4, nivel de agitación 120-130 rpma distintas temperaturas (30 ºC y 40 ºC) V.1.4. Estudio de la relación masa de solución a masa de papa (R) y su influencia en la deshidratación osmótica Se trabajó con distintas relaciones masa de solución a masa de papa (R: 1,6; 4 y 10). Cuanto mayor es esta relación superior es la pérdida de peso, tal como se observa en la Figura V.12. 88 0 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 10 12 14 Tiempo (h) P é r d i d a d e P e s o ( % ) R=1,6 R=4 R=10 Figura V.12 Pérdida de peso en función del tiempo durante la deshidratación osmótica de papas de cubos de 1cmde arista en una solución 40 % m/mde sacarosa y 10 % m/mde sal, a una temperatura de 40 ºC, nivel de agitación 120-130 rpm, a distintas relaciones masa de solución a masa de papa (R) Al utilizar una relación masa de solución a masa de papa de 10 se obtiene aproximadamente un 9 % más de pérdida de peso que con una relación de 4. Esta variación no es muy significativa frente al gran cambio producido en la relación, R, que se corresponde con una mayor masa de solución que requiere de un equipo de tamaño superior. La solución puede ser reutilizada en otras deshidrataciones una determinada cantidad de veces, pero luego debería ser desechada por contener gran cantidad de restos de producto generados por la erosión que produce la agitación sobre las papas y el reblandecimiento del producto al aumentar el tiempo de inmersión en la solución. Estos residuos se van acumulando en la solución y pueden producir fermentaciones posteriores. Por ello la solución al cabo de un tiempo de uso debe cambiarse aunque haya sido filtrada o reconcentrada durante su reutilización. Los elevados valores de R generan un mayor volumen de efluente. Si se tratase de una solución que contiene solamente sacarosa podría evaporarse parcialmente el agua de la solución y utilizarse esta solución concentrada en la elaboración de mermeladas o jarabes para jugos de fruta, pero al tratarse de una solución que también contiene sal su reutilización en otros usos diferentes a los de la deshidratación osmótica es más costosa de implementar al necesitar el uso de membranas de ósmosis inversa para la separación de la sal. Por esta razón se eligió una relación de masa de solución a masa de papa de 4. 89 V.1.5. Estudio de la influencia del tamaño de los cubos La Figura V.13 muestra la pérdida de peso en función del tiempo para distintos tamaños de cubos: 0,6 cm, 1 cm y 1,2 cm de arista. Se aprecian dos tramos de curvas: uno de ellas se corresponde con valores de pérdida de peso menores que el 45 %, aproximadamente, en la que las curvas presentan una pendiente similar para los tamaños (1,0 y 1,2 cm de arista) y una pendiente mayor para el menor tamaño (0,6 cm de arista) ya que la difusión del agua se produce con mayor rapidez en los cubos de papa más pequeños. En el tramo de la curva correspondiente a pérdidas de peso superiores al 45 %, para los tamaños de cubos de 1,0 y 1,2 cm de arista, se observa una marcada disminución en el incremento y una posterior disminución en la pérdida de peso de carácter leve. En el caso de los cubos de 0,6 cm de arista, este último tramo presenta una disminución en la pérdida de peso con el tiempo y valores inferiores al 45 %. Este decrecimiento en la pérdida de peso en el tramo final de las curvas para los distintos tamaños podría atribuirse a que la ganancia de sólidos comienza a tener influencia. El máximo de pérdida de peso correspondiente a los distintos tamaños de cubos se alcanza a tiempos más cortos en las muestras de menor tamaño, por la mayor velocidad de transferencia inherente a la mayor relación área-volumen cuanto menor es la arista del cubo. 0 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 Cubos de 0.6 cm de lado Cubos de 1,0 cm de lado Cubos de 1.2 cm de lado P é r d i d a d e p e s o ( % ) Tiempo (h) Figura V.13 Pérdida de peso versus tiempo durante la deshidratación osmótica de papa en una solución 90 40 % m/mde sacarosa y 10 % m/mde sal para una relación masa de solución a masa de papa de 4, una temperatura de 40 ºC, nivel de agitación de 120-130 rpmy distintos tamaños de cubos de 0,6; 1 y 1,2 cm de arista V.1.6 Superficies de respuesta La metodología de superficie de respuesta se utilizó para estimar los efectos de las variables de proceso: tiempo de deshidratación, concentración de sacarosa y concentración de sal en la solución deshidratante. Estas fueron las variables que provocaron variaciones más significativas en el rango de valores que se analizaron, tal como puede observarse al analizar los gráficos anteriormente presentados. En el caso de la temperatura no se empleó esta metodología porque sólo se estudiaron dos valores: 30°C y 40°C y en el caso de la relación masa de solución a masa de papa no se observaron diferencias muy significativas en el rango de R (1,6-10). En cuanto al tamaño de los cubos se empleó el valor intermedio del rango estudiado (1 cm). La metodología de superficie de respuesta es una herramienta muy efectiva para la optimización de los parámetros de proceso. En primer lugar, se analizó la influencia sobre la pérdida de peso de la concentración de sacarosa de la solución y el tiempo. La superficie de respuesta se muestra en la Figura V.14 y la ecuación que la representa es la siguiente: 2 2 t 6,2952 t * Csac 0,2229 Csac 0,032 t 27,4196 0,3411Csac 4,8617 PP ÷ + + + + = (V.3) Donde PP: pérdida de peso (%) Csac: concentración de sacarosa (%) t: tiempo El modelo propuesto fue el cuadrático que para ambas variables estudiadas incluye un término lineal, otro cuadrático y uno correspondiente a las interacciones entre variables. Las variables con mayor coeficiente son las que influyen más significativamente sobre la pérdida de peso. En este caso es el tiempo. Los coeficientes lineales resultaron mayores que los cuadráticos en valor absoluto y la interacción (concentración de sacarosa y tiempo) exhibió un coeficiente menor que el obtenido por las variables analizadas de manera aislada (término lineal) y superior respecto del coeficiente del término cuadrático de la concentración de la sacarosa e inferior que el coeficiente del término cuadrático del tiempo (en valor absoluto). 91 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 0 2 4 10 20 30 40 50 60 70 C s a c ( % ) T i e m p o ( h ) P é r d i d a d e p e s o ( % ) Figura V.14 Superficie de respuesta: Pérdida de peso en función de la concentración de sacarosa en la solución deshidratante (10 % m/m– 50 % m/m) y el tiempo de deshidratación (0 – 4 h) El error relativo medio entre los datos experimentales y los valores predichos por la superficie de respuesta es de 0,29 %. A partir del gráfico se puede verificar que la pérdida de peso presenta un máximo alrededor de las dos horas de deshidratación para cualquier valor de concentración de sacarosa en la solución deshidratante y que el valor de este máximo se incrementa con el aumento en la concentración de sacarosa en la solución. Estas afirmaciones concuerdan con las anteriormente obtenidas. En segundo lugar, se estudió la dependencia de la pérdida de peso con la concentración de sal en la solución osmótica y el tiempo de deshidratación. La Figura V.15 exhibe la superficie de respuesta cuya ecuación es: 2 2 t 6,2952 t * Csal 0,27546 Csal 0,00767 t 33,3573 Csal 0,016036 2,14797 PP ÷ + + + + = (V.4) En este caso también el modelo propuesto fue el cuadrático 92 Superficie de Respuesta Pérdida de peso vs tiempo y concentración de sal Pérdida de peso = 2,1479733+0,0160363881*x+33,3573292*y+0,00767672354*x*x +0,275464365*x*y-6,29524138*y*y 60 50 40 30 20 10 Figura V.15 Superficie de respuesta: Pérdida de peso en función de la concentración de sal (5 % m/m-20 % m/m) en la solución deshidratante y el tiempo de deshidratación (0-4 h) En este gráfico se puede observar que la pérdida de peso aumenta con el incremento de la concentración de sal en la solución deshidratante y al aumentar el tiempo de deshidratación. El error relativo medio entre los datos experimentales y los valores predichos por el modelo es de 0,80 %. V.1.7. Condiciones de operación finales Luego de analizar cómo influyen en la deshidratación osmótica la variación de la concentración de la solución en sacarosa (10% m/m, 20% m/m, 30% m/m, 40% m/m y 50% m/m), la concentración de sal (5% m/m, 10% m/m y 20% m/m), la temperatura (30, 40 ºC), la relación masa de solución a masa de papa (R =1,6, 4 y 10) y el tamaño de cubos, arista =0,6, 1, 1,2 cm) se seleccionó: 93 Concentración de sacarosa: 40 % m/m Concentración de sal: 10% m/m Temperatura: 40 °C Relación masa de solución a masa de papa: 4 Tamaño de cubos (arista: 1 cm) Nivel de agitación: 120-130 rpm Una concentración de sacarosa de 40 % m/m produce una pérdida de peso considerable y una viscosidad de la solución adecuada para el nivel de agitación usado. Si la concentración de sacarosa es muy elevada la solución se torna muy viscosa y requiere un nivel de agitación mayor y el gasto energético se incrementa, pudiendo también aumentar las posibilidades de daño del producto por erosión durante la agitación. El dulzor de la solución se enmascara favorablemente con una concentración de sal de 10 % m/m no permitiendo percibir el salado. Además la sinergia de estos dos solutos a las concentraciones empleadas produce una apreciable pérdida de agua sin ser significativa la ganancia de sólidos ya que la impregnación de la superficie de las papas con sacarosa forma una barrera a la entrada de sal pero no a la salida del agua. Una temperatura de 40 ºC permite también obtener una pérdida de peso favorable manteniendo una conveniente eficiencia energética. Si bien un tamaño de cubo inicial menor al elegido (0,6 cm de arista) produce una mayor pérdida de peso (pérdida de agua) durante las primeras horas de deshidratación, tenemos que considerar que estos cubos se encogen luego de la deshidratación osmótica obteniéndose un tamaño de cubos de papa muy pequeño para el uso que deseamos darle. Tal como se explica precedentemente en el ítem V.1.4 la relación masa de solución a masa de papa de 4 parece adecuada a los efectos de la pérdida de peso y al manejo de la cantidad de solución a reciclar en posteriores partidas para deshidratar y la disposición del efluente cuando la solución deba reemplazarse. V.1.8. Estudio de la relación pérdida de agua a ganancia de sólidos en función del tiempo para diferentes concentraciones de sacarosa en la solución La eficiencia del proceso de deshidratación osmótica puede medirse analizando la relación entre la pérdida de agua y la ganancia de sólidos (PA/GS). En este proceso, 94 teniendo en cuenta el material (papa), los solutos (azúcar y sal) y el uso propuesto fritas) es deseable maximizar la pérdida de agua y minimizar la ganancia de sólidos. Este objetivo se logra al maximizar la relación (PA/GS). En la Figura V.16 se muestran los valores de estas relaciones en función del tiempo para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución. A concentraciones de sacarosa bajas (10 % m/m y 20 % m/m) en la solución, la relación PA/GS se mantiene prácticamente constante en el tiempo. Si analizamos las curvas, para una concentración en sacarosa del 30 % m/m y del 40 % m/m la relación presenta sus valores más altos en las primeras dos horas de deshidratación osmótica. En el caso de la concentración de sacarosa del 50 % m/m en la solución (no representada en el gráfico), la relación PA/GS aumenta y tiende a infinito a medida que el tiempo se incrementa ya que la ganancia de sólidos disminuye tendiendo a 0 para tiempo superiores a 2 h como puede apreciarse en la Figura V.8 . De esta manera se concluye que, la máxima eficiencia en la deshidratación osmótica se presenta en las primeras dos horas de tratamiento para concentraciones de sacarosa en la solución (30 % m/m-40 % m/m) y concentración de sal de 10 % m/m. 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 sacarosa 10 % y sal 10 % sacarosa 20 % y sal 10 % sacarosa 30 % y sal 10 % sacarosa 40 % y sal 10 % P é r d i d a d e a g u a / G a n a n c i a d e s ó l i d o s Tiempo (h) Figura V.16 Relación pérdida de agua a ganancia de solutos en función del tiempo para diferentes concentraciones de sacarosa en la solución deshidratante 95 V.1.9. Comparación de aspecto de las papas para diferentes tiempos de deshidratación osmótica y distintas concentraciones de sacarosa luego de transcurridos 15 días en condiciones ambientales. Las papas deshidratadas osmóticamente se dejaron a temperatura ambiente en condiciones atmosféricas durante 15 días, para evaluar cambios en su aspecto (variaciones de coloración, observación a simple vista de ataque por hongos, etc.). Cabe destacar que no fueron sometidas a ningún proceso de conservación más que la deshidratación osmótica. Se llevaron a cabo dos experiencias de deshidratación osmótica, DO: una de ellas en solución con una concentración de sacarosa del 40 % m/m y la otra en una del 10 % m/m, manteniendo las restantes variables iguales en ambas experiencias: concentración de sal 10 % m/m, temperatura 40 ºC, relación masa de solución a masa de papa de 4, nivel de agitación de 120-130 rpm y cubos de 1 cm de arista. Las muestras de papas se trataron durante los siguientes tiempos: 1 h, 2 h, 3 h, 4 h y 5 h para las dos experiencias. En la Foto V.1 se presentan las muestras de papas provenientes de las dos experiencias durante los diferentes tiempos de deshidratación. Las papas tratadas en la solución de mayor concentración, 40 %, conservaron el color y no parecían a simple vista presentar deterioro por microorganismos. Sin embargo las deshidratadas en la solución al 10 % m/m de sacarosa estaban ennegrecidas y habían sufrido el ataque de microorganismos. Las papas que habían recibido un tratamiento durante más largo tiempo estaban menos afectadas. Entonces, se puede concluir que las papas deshidratadas osmóticamente a concentraciones superiores (40 %) y durante tiempos más largos (5 h) eran más estables, sufrían menor deterioro microbiano y la enzima polifenoloxidasa era inhibida por las altas concentraciones de sacarosa, no apareciendo el pardeamiento enzimático en los tejidos de papa. También, la presencia de azúcar sobre la superficie de la muestra es un obstáculo para el contacto con el oxígeno y reduce entonces las reacciones oxidativas (Lenart, 1996; Castillo García y col., 2007). 96 Foto V.1 Papas deshidratadas osmóticamente en solución de concentraciones de sacarosa 10% y 40% m/mdurante distintos tiempos de tratamiento 1 h, 2 h, 3 h, 4 h y 5 h, luego de transcurridos 15 días al ambiente sin ningún tipo de tratamiento químico y/o físico para su conservación 97 V.2. MODELADO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA V.2.1. Modelos fenomenológicos que se basan en la segunda Ley de Fick de la difusión V.2.1.1 Modelo de Crank Determinación de los coeficientes de difusión Para la estimación de los coeficientes de difusión para el transporte de agua y de sólidos solubles durante la deshidratación osmótica se aplicó la solución correspondiente a la 2º ley de Fick, ecuaciones II.4 y II.5, respectivamente, para el caso de geometría cúbica. Como el número de Fourier, F o =3 D ew t / a 2 (transporte de agua) o F o =3 D es t / a 2 (transporte de sólidos) es mayor a 0,1 sólo los primeros términos de las ecuaciones II.4 y II.5 son significativos y los demás términos pueden despreciarse y las ecuaciones se reducen a las II.11 y II.12. a) Determinación del coeficiente de difusión de agua de las papas para las condiciones de operación óptimas finales de deshidratación osmótica (calculada en el item V.1.7.) Si se grafica el primer miembro de estas ecuaciones ( ) ( ¸ ( ¸ ÷ ÷ e 0 e t H H H H ln versus el tiempo de deshidratación, empleando los datos experimentales, se obtiene aproximadamente una recta. La Figura V.17 presenta los datos experimentales para las condiciones de operación finales (IV.1.2.2.b), para las que la concentración de sacarosa en la solución es del 40 % m/m. La pendiente y la ordenada al origen de la recta de regresión son las siguientes: 2 2 1 ew a 3 q D : (II.11) ecuación pendiente ÷ : - 0,019 (V.5) 1 lnC : origen al ordenada 3 : -0,0105 (V.6) 98 y = -0,0217x - 0,066 R 2 = 0,96 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 50 100 150 200 Datos experimentales 40 % sacarosa Ajuste lineal t (min) l n [ ( ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.17 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas en cubos de 1 cmde arista en solución de sacarosa 40 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. A partir de la ordenada al origen de la recta de regresión, (ecuación V.6), se obtiene el valor de C 1 : 0,9965 y para un valor calculado de o=1080 y despejando de la ecuación II.6 se obtiene q 2 1 =2,00. Con este valor y el de a=mitad del lado del cubo =0,5 cm se reemplaza en la ecuación de la pendiente, ecuación V.5, y se despeja el valor de D ew . El valor obtenido para las condiciones finales es: D ew =1,32 10 -9 m 2 /s. Este valor es del orden del obtenido por Lenart y Flink (1984) en papas (D ew =1,10 10 -9 m 2 /s) deshidratadas en solución de cloruro de sodio, 15 % p/v y de sacarosa, 45 % p/v. b) Determinación de los coeficientes de difusión de agua de las papas para las restantes concentraciones de sacarosa ensayadas en las experiencias Asimismo se calcularon los valores de D ew para las otras concentraciones de sacarosa (10 %, 20 %, 30 % y 50 %) consideradas en las experiencias. A continuación se muestran los datos experimentales y su regresión lineal en las Figuras V.18 a V.21. 99 y = -0,0101x - 0,5268 R 2 = 0,8273 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 10% m/m sacarosa Ajuste lineal t (min) l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.18 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cmde arista) en solución de sacarosa 10 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. y = -0,0117x - 0,2838 R 2 = 0,9499 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 20 % m/m sacarosa Ajuste lineal t (min) l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.19 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cmde arista) en solución de sacarosa 20 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. 100 y = -0,0156x - 0,0399 R 2 = 0,9846 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 30 % ,m/m sacarosa Ajuste lineal l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] t (min) Figura V.20 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cmde arista) en solución de sacarosa 30 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. y = -0,0241x + 0,1189 R 2 = 0,9923 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 0 50 100 150 Datos experimentales 50 % m/m de sacarosa Ajuste lineal l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] t (min) Figura V.21 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión del agua, en la deshidratación osmótica de papas (cubos de 1 cmde arista) en solución de sacarosa 50 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. Los valores del coeficiente de determinación se hallan en el rango de (0,83-0,99). 101 En la Tabla V.1 se presentan los valores medios y las correspondientes desviaciones estándares de los coeficientes de difusión del agua, D ew , para distintas concentraciones de sacarosa en la solución. También se presentan los coeficientes de variación respectivos Tabla V.1 Valores medios y sus correspondientes desviaciones estándares de los coeficientes de difusión del agua, D ew para distintas concentraciones de sacarosa y la misma concentración de sal 10 % m/men la solución Solución Deshidratante D ew 10 10 (m 2 /s) CV (%) 10 % sacarosa 10 % sal 5,70 ±0.35 6.1 20 % sacarosa 10 % sal 7,40 ±0.13 1.8 30 % sacarosa 10 %sal 10,7 ±0.90 8.4 40 % sacarosa 10 % sal 13.2 ±1.60 12. 1 50 % sacarosa 10 %sal 17,4 ±1.80 10.3 Los porcentajes de sacarosa en la solución se refieren a m/m. A partir de los resultados obtenidos se puede inferir que a medida que la concentración de sacarosa aumenta en la solución, en el rango de 10 % m/m a 50 % m/m, los valores de los coeficientes de difusión efectivos del agua incrementan presentando diferencias bastante significativas entre ellos. Esto podría atribuirse a que una mayor concentración de sacarosa en la solución aumenta la fuerza impulsora para la salida de agua desde el producto a la solución, hecho no claramente explicable a través de un modelo tan simplificado como el presente. c) Determinación del coeficiente de difusión de sólidos para las condiciones óptimas finales de deshidratación osmótica calculadas (ítem V.1.7) El primer miembro de la ecuación simplificada II.12 se graficó en función del tiempo para los datos experimentales en el caso de la deshidratación osmótica de papas de 102 cubos de 1 cm de arista en solución de sacarosa 40 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. En la Figura V.22 se muestran los datos experimentales y el ajuste por regresión lineal. y = -0,0049x - 0,2843 R 2 = 0,9142 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 200 400 600 800 Datos experimentales Ajuste lineal l n [ ( S t - S e ) / ( S 0 - S e ) ] t (min) Figura V.22 Resultados experimentales y regresión lineal del modelo de Fick para la difusión de solutos, en la deshidratación osmótica de papas de cubos de 1 cmde arista en solución de sacarosa 40 % m/m, sal 10 % m/m, relación masa de solución a masa de papa: 4, temperatura: 40 °C y nivel de agitación 120-130 rpm. El coeficiente de difusión de los sólidos obtenido es de 3,12±0,63 10 -10 m 2 /s, inferior al coeficiente de difusión del agua, 13,2 ±1,60 10 -10 m 2 /s ya que a una concentración de sacarosa 40 % m/m y 10 % m/m de sal la difusión del agua resulta más significativa que la ganancia de soluto como se explicó anteriormente en el item V.1.1. V.2.2. Modelos Empíricos Los datos experimentales obtenidos en las experiencias de deshidratación osmótica también se ajustaron con modelos empíricos: Modelos de Peleg, Azuara y Hawkes y Flink, primer orden, polinomial y de Raoult-Wack. 103 V.2.2.1. Modelo de Peleg Los datos experimentales de pérdida de humedad se modelaron con la ecuación II.22. En las Figuras V.23 a V.27 se puede apreciar los resultados del ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución deshidratante. y = -0,0849x + 0,1049 R 2 = 0,9845 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 100 200 300 datos experimentales ajuste t (min) t / ( H - H 0 ) ( m i n / % ) Figura V.23 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 104 y = -0,06x - 0,5971 R 2 = 0,9934 -20 -15 -10 -5 0 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste t (min) t / ( H - H 0 ) ( m i n / % ) Figura V.24 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/my sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = -0,031x - 0,626 R² = 0,971 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 100 200 300 datos experimentales ajuste t (min) t / ( H - H 0 ) ( m i n / % ) Figura V.25 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 105 y = -0,0292x - 0,337 R 2 = 0,9883 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 100 200 300 datos experimentales ajuste t / ( H - H 0 ) ( m i n / % ) ) t (min Figura V.26 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = -0,0287x - 0,2123 R 2 = 0,9889 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 50 100 150 200 datos experimentales Ajuste t / ( H - H 0 ) ( m i n / % ) t (min) Figura V.27 Ajuste de los datos experimentales al modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) En la Tabla V.2 se presentan los valores de los parámetros k 1 y k 2 en las distintas experiencias y el coeficiente de determinación, R 2 para los diferentes ajustes. 106 Tabla V.2 Parámetros del modelo de Peleg (k 1 y k 2 ) y los coeficientes de correlación, R 2 Sacarosa (% m/m) Sal (% m/m) k 1 (min/%) k 2 (%) -1 R 2 10 20 30 40 50 10 10 10 10 10 0,1049 -0,5971 -0,6260 -0,3370 -0,2123 -0,0849 -0,0600 -0,0315 -0,0292 -0,0287 0,9845 0,9934 0,9714 0,9883 0,9889 Empleando las ecuaciones II.23 y II.24 se estimaron las velocidades iniciales de variación de humedad o velocidades iniciales de transferencia de masa y las humedades de equilibrio respectivamente, para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución. En la Tabla V.3 se exhiben los resultados para las distintas soluciones ensayadas. Tabla V.3 Velocidades iniciales de transferencia de masa y humedades de equilibrio para distintas concentraciones de sacarosa en la solución Solución Valor absoluto de la Velocidad inicial de transferencia de masa (%/min) Humedad de equilibrio, H e (%) Sacarosa 10% Sal 10 % Sacarosa 20% Sal 10 % Sacarosa 30% Sal 10 % Sacarosa 40% Sal 10 % Sacarosa 50% Sal 10 % 9,53 -1,67 -1,59 -2,97 -4,71 71,08 63,33 46,55 44,05 43,36 Los porcentajes de solutos en la solución se refieren a m/m A medida que la concentración de sacarosa aumenta, la velocidad de transferencia del agua hacia la solución incrementa, simultáneamente la humedad de equilibrio del producto disminuye ya que egresa mayor cantidad de agua del producto para equilibrar 107 la mayor concentración externa. Los valores obtenidos de velocidad inicial de transferencia de agua o de variación de humedad para las soluciones de 20 % m/m y 30 % m/m en sacarosa son muy similares. Para concentraciones superiores (40 % m/m y 50 % m/m) la velocidad inicial de transferencia de agua aumenta. En el caso de 10 % m/m se obtuvo un valor positivo carente de significado físico. En la tabla V.4 se presentan los valores de humedades finales o de equilibrio obtenidos experimentalmente y los estimados con la ecuación de Peleg. Se calculó el error porcentual entre los valores experimentales y los predichos por el modelo. Tabla V.4 Humedades de equilibrio experimentales y predichas por el modelo de Peleg y sus correspondientes errores porcentuales Solución He (experimental) He (modelo de Peleg) Error Porcentual (%) Sacarosa 10% Sal 10 % Sacarosa 20% Sal 10 % Sacarosa 30% Sal 10 % Sacarosa 40% Sal 10 % Sacarosa 50% Sal 10 % 71,56 63,48 53,00 45,20 44,50 71,08 63,33 46,55 44,05 43,36 0,67 0,24 12,17 2,54 2,56 Los porcentajes de solutos en la solución se refieren a m/m Los valores obtenidos con el modelo de Peleg son similares a los experimentales y sus errores porcentuales son aceptables, se hallan en el rango de 0,24-12,17 %. En la Figura V.28 se puede apreciar el ajuste satisfactorio del modelo de Peleg a la curva de humedad versus tiempo para la deshidratación de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y de sal al 10 % m/m. 108 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 H u m e d a d ( % ) tiempo (min) Ecuación de Peleg datos experimentales Figura V.28. Curva de humedad en función del tiempo. Ajuste de los datos experimentales con el modelo de Peleg para la deshidratación osmótica de papas con solución de sacarosa al 40 % m/m y de sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) V.2.2.2. Modelo de Azuara Este modelo permite predecir la pérdida de agua en el equilibrio sin tener que llegar a él. Se aplicó el modelo (ecuación II.25) a los datos experimentales y se graficó el primer miembro de la ecuación, PA t versus el tiempo de deshidratación osmótica. En las Figuras V.29 a V.33 se presentan los ajustes del modelo a los datos experimentales obtenidos 109 y = 0,0206x - 0,0151 R 2 = 0,9966 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste t / P A ( m i n / % ) t (min) Figura V.29 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y =0,0197x +0,094 R 2 =0,9997 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste t / P A ( m i n / % ) t (min) Figura V.30 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/m y sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 110 y = 0,0194x + 0,193 R 2 = 0,998 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste t / P A ( m i n / % ) t (min) Figura V.31 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = 0,0175x + 0,1946 R 2 = 0,998 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 400 Datos experimentales Ajuste t / P A ( m i n / % ) t (min) Figura V.32 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 111 y = 0,0151x + 0,2827 R 2 = 0,9996 0 1 2 3 4 5 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste t / P A ( m i n / % ) t (min) Figura V.33 Ajuste del modelo de Azuara a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) En la Tabla V.5 se presentan los parámetros del modelo para las distintas soluciones ensayadas Tabla V.5 Parámetros del modelo de Azuara: PA ∞, s 1 y coeficientes de determinación, R 2 Solución PA ∞ (%) s 1 (min -1 ) R 2 Sacarosa 10 % m/my sal 10 % m/m 48,54 1,36 0,9966 Sacarosa 20 % m/my sal 10 % m/m 50,76 0,21 0,9997 Sacarosa 30 % m/my sal 10 % m/m 51,55 0,10 0,9980 Sacarosa 40 % m/my sal 10 % m/m 57,14 0,09 0,9980 Sacarosa 50 % m/my sal 10 % m/m 66,23 0,05 0,9996 El ajuste del modelo es muy satisfactorio como lo reflejan los elevados valores de los coeficientes de determinación, R 2 alcanzados en las distintas experiencias 112 La pérdida de agua a tiempo infinito es mayor cuando se trabaja con soluciones más concentradas ya que más agua sale del interior del producto para contrarrestar la mayor concentración exterior. Se compararon los valores de pérdida de agua a tiempo infinito estimados por el modelo de Azuara y los valores experimentales de pérdida de agua obtenidos luego de 4 h de deshidratación osmótica. Los mismos se presentan en la Tabla V.6 junto con su error porcentual. Tabla V.6 Valores de pérdida de agua a tiempo infinito estimados por el modelo de Azuara y valores experimentales obtenidos luego de 4 h de deshidratación osmótica y su respectivo error porcentual Solución PA ∞ (%) PA (4 h DO) Error porcentual (%) Sacarosa 10 % Sal 10 % 48,54 47,85 1,42 Sacarosa 20 % Sal 10 % 50,76 49,01 3,57 Sacarosa 30 % Sal 10 % 51,54 48,94 5,31 Sacarosa 40 % Sal 10 % 57,14 54,62 4,61 Sacarosa 50% Sal 10 % 66,23 61,16 8,29 Los valores experimentales y predichos son bastantes similares, si bien los primeros son más pequeños ya que seguramente transcurridas 4 horas de deshidratación osmótica no se había alcanzado todavía el equilibrio. Los errores porcentuales superiores se obtuvieron para las mayores concentraciones de sacarosa, lo que indicaría que los valores finales de pérdida de agua alcanzados luego de 4 h de deshidratación osmótica están más lejos del equilibrio que los valores correspondientes a las concentraciones de sacarosa menores. 113 Correlación de la pérdida de agua del producto a tiempo infinito y la concentración de sacarosa Se correlacionaron los valores de pérdida de agua a tiempo infinito calculados con el modelo de Azuara y la concentración de sacarosa en la solución. Los datos experimentales y la curva de ajuste a los mismos junto con la ecuación que los representa y el valor del coeficiente de determinación, R 2 se muestran en la Figura V.34. y = 0,0132x 2 - 0,377x + 51,586 R 2 = 0,984 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 PA ∞ (%) % Sacarosa en la solución Figuras V.34 Correlación de la pérdida de agua a tiempo infinito, PA ∞ en función de la concentración de sacarosa en la solución (% m/m) La correlación indica que la pérdida de agua a tiempo infinito aumenta con el incremento en la concentración de sacarosa en la solución V.2.2.3. Modelo de Hawkes y Flink En este modelo, representado por la ecuación II.26, Hawkes y Flink consideraron dos términos, el primero de ellos correspondiente a la contribución del mecanismo de difusión y el segundo relacionado con la capilaridad. El modelo ajusta mejor cuando se consideran tiempos cortos, ya que luego la curva de 114 pérdida de agua en función del tiempo comienza a cambiar de pendiente. Esta variación de pendiente se produce a aproximadamente 2 horas de transcurrido el proceso de deshidratación osmótica. En la Tabla V.7 se presentan las expresiones del modelo para las distintas experiencias llevadas a cabo en soluciones de diferentes concentraciones de sacarosa considerando distintos tiempos de deshidratación osmótica para verificar lo precedentemente afirmado. Tabla V.7 Expresiones del modelo de Hawkes y Flink para las experiencias de deshidratación osmótica realizadas en soluciones de diferente concentración de sacarosa y la misma concentración de sal, 10 % m/m, considerando diferentes tiempos de deshidratación osmótica Solución Ecuación del modelo Tiempo de deshidratación osmótica Coeficiente de determinación 10 % SAC 10 % SAL PA =3,9382 t 0,5 +4,8993 PA =4,8630 t 0,5 +2,0041 Hasta t: 180 min Hasta t: 120 min R 2 : 0,884 R 2 : 0,959 20 % SAC 10 % SAL PA =3,9005 t 0,5 +4,9598 PA =4,7811 t 0,5 +1,9954 Hasta t: 180 min Hasta t: 120 min R 2 : 0,882 R 2 : 0,949 30 % SAC 10 % SAL PA =3,8907 t 0,5 +3,9141 PA =4,6552 t 0,5 +1,3988 Hasta t: 180 min Hasta t: 120 min R 2 : 0,920 R 2 : 0,974 40 % SAC 10 % SAL PA =4,4204 t 0,5 +1,924 PA =5,1645 t 0,5 - 0,962 Hasta t: 180 min Hasta t: 120 min R 2 : 0,932 R 2 : 0,963 50 % SAC 10 % SAL PA =4,7038 t 0,5 +4,249 PA =5,9799 t 0,5 +3,5742 Hasta t: 180 min Hasta t: 120 min R 2 : 0,936 R 2 : 0,965 La pendiente de la recta de pérdida de agua en función del tiempo de deshidratación osmótica es mayor cuando se consideran tiempos menores (t ≤ 120 min). A concentraciones de sacarosa en la solución superiores (40 % m/m y 50 % m/m) se obtienen mayores pendientes, compatibles con el incremento de pérdida de agua. 115 Análisis de los valores de los coeficientes k y k 0 de la ecuación del modelo Los valores de k, velocidad de transferencia de agua debida a la difusión disminuyen cuando se consideran tiempos más largos de deshidratación osmótica. Este efecto se puede atribuir a una menor fuerza impulsora para la difusión entre el producto y la solución con el transcurrir del tiempo, ya que la concentración en la solución y el producto tienden a igualarse. Los valores de k 0 relacionados con la transferencia de masa por capilaridad aumentan al considerar tiempos más largos, debido probablemente a un incremento en las diferencias de presiones que producen el movimiento por capilaridad. Estos resultados se presentan en general para todas las soluciones de diferentes concentraciones en sacarosa. Si se analiza cómo varía k con las soluciones de distintas concentraciones de sacarosa se distingue que el valor de k es mayor cuando se trabaja con soluciones de mayor concentración ya que la velocidad de transferencia de masa por difusión es superior por el mayor gradiente de concentración que existe entre el producto y la solución. En las Figuras V.35 a V.39 se puede apreciar el ajuste del modelo a los datos experimentales. y = 4,8603x + 2,0041 R 2 = 0,9596 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 Datos experimentales Regresión P A ( % ) t 0,5 (min 0,5 ) Figura V.35 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 116 y = 4,7811x + 1,9954 R 2 = 0,9485 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 Datos experimentales Regresión t 0,5 (min 0,5 ) P A ( % ) Figura V.36 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) Figura V.37 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = 4,6552x + 1,3988 R 2 = 0,9744 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 Datos experimentales Regresión P A ( % ) t 0,5 (min 0,5 ) 117 y = 5,1645x - 0,962 R 2 = 0,9632 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 Datos experimentales Regresión P A ( % ) t 0,5 (min 0,5 ) Figura V.38 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = 5,9799x + 3,5742 R 2 = 0,9652 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 Datos experimentales Regresión P A ( % ) t 0,5 (min 0,5 ) Figura V.39 Ajuste del modelo de Hawkes y Flink a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 118 V.2.2.4. Modelo de primer orden Este modelo supone una cinética de primer orden, representada por la ecuación II. 27. Cuando esta última se integra se transforma en la ecuación II.31. Si se aplica logaritmo natural a ambos miembros de la misma, se obtiene la ecuación de una recta de pendiente negativa, -k T , coeficiente de transferencia de masa promedio. Con los datos experimentales se grafica ( ) ( ¸ ( ¸ ÷ ÷ e 0 e t H H H H ln vs el tiempo de deshidratación osmótica y, se regresiona linealmente. Con la pendiente de la recta obtenida y los datos de dimensión del producto se obtiene la difusividad efectiva del agua con la ecuación (II.32) En las Figuras V.40 a V.44 se muestran los datos experimentales y la regresión lineal del modelo para las experiencias de deshidratación osmótica en las soluciones con las distintas concentraciones de sacarosa y las demás variables iguales a las condiciones de operación óptimas finales. y = -0,013x R 2 = 0,7232 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 10% m/m sacarosa Modelo Primer orden t (min) l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.40 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 119 y = -0,0133x R 2 = 0,9232 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 20 % m/m sacarosa Modelo primer orden t (min) l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.41 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = -0,0159x R 2 = 0,9841 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 Datos experimentales 30 % ,m/m sacarosa Modelo de primer orden l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] t (min) Figura V.42 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 120 y = -0,0221x R 2 = 0,9593 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 50 100 150 200 Datos experimentales 40 % m/m sacarosa Modelo primer orden t (min) l n [ ( ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.43 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y =-0,0196x R 2 =0,974 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 50 100 150 200 Datos experimentales 50 % m/m sacarosa Modelo primer orden t (min) l n [ ( H t - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.44 Ajuste del modelo de primer orden a la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/m y sal 10 % m/m (valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) En las Figuras se puede apreciar que el ajuste resulta satisfactorio para las distintas experiencias siendo mejor el alcanzado a altas concentraciones. 121 Los valores obtenidos para la difusividad efectiva resultan mayores a los calculados con la ecuación simplificada de la segunda Ley de Fick de la difusión (usando el primer término de la serie). Para ambos modelos, la difusividad efectiva aumenta a medida que se incrementa la concentración de sacarosa en la solución. En la Tabla V.8 se muestran los valores para cada modelo Tabla V.8 Comparación de los valores obtenidos de difusividad efectiva para la transferencia de masa empleando los modelos de la 2° Ley de Fick de la difusión y de primer orden (valores medios y su respectiva desviación estándar) Solución Modelo 2° Ley de Fick D ew (m 2 /s) 10 10 Modelo Primer orden D ew (m 2 /s) 10 10 10 % sacarosa 10 % sal 5,70 ±0,35 18,1 ±1,20 20 % sacarosa 10 % sal 7,40 ±0,13 18,5 ±0,32 30 % sacarosa 10 % sal 10,7 ±0,90 22,1 ±1,86 40 % sacarosa 10 % sal 13,2 ±1,60 30,8 ±6,30 50 % sacarosa 10 % sal 17,4 ±2,00 27,2 ±4,08 V. 2.2.5. Modelo polinomial Los datos experimentales de las humedades de las papas en función del tiempo para aquellas que fueron deshidratadas osmóticamente en distintas soluciones deshidratantes a diferentes concentraciones de sacarosa (10 %, 20 %, 30 %, 40 % y 50 % m/m) y 10 % m/m de sal se ajustaron convenientemente mediante polinomios de grado 3. En la 122 Figura V.45 se pueden apreciar los datos experimentales y las curvas de ajuste polinómicas 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 10 % sacarosa y 10 % sal 20 % sacarosa y 10 % sal 30 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 50 % sacarosa y 10 % sal Ajuste H u m e d a d ( % ) tiempo (h) Figura V.45 Valores experimentales de humedad de las papas en función del tiempo y ajuste polinómico (grado 3) de dichos datos. Las papas fueron deshidratadas osmóticamente en distintas soluciones deshidratantes a diferentes concentraciones de sacarosa (10 % m/m, 20 % m/m, 30 % m/m, 40 % m/m y 50 % m/m) y 10 % m/mde sal En la Tabla V.9 se detallan los coeficientes que integran el polinomio de grado 3 y el coeficiente de determinación, R 2 . Tabla V.9 Coeficientes del modelo polinomial de grado 3 para las distintas concentraciones de sacarosa en la solución y su coeficiente de determinación, R 2 % m/m de sacarosa a B C d R 2 10 20 30 40 50 -0,5633 -0,6178 -1,4167 -1,2633 -1,8083 5,1993 6,0233 11,786 11,349 14,879 -14,609 -18,153 -31,726 -33,459 -39,506 82,849 80,133 81,871 78,315 82,447 0,9999 0,9972 0,9980 1,0000 0,9950 123 Asimismo, se buscó un modelo polinómico para ajustar los datos experimentales correspondientes a la deshidratación osmótica de papas en solución de distintas concentraciones de sal (20 % m/m, 10 % m/m y 5% m/m) e igual concentración de sacarosa 40 % m/m. También en este caso ajustó muy bien un polinomio de grado 3. En la Figura V.46 se puede apreciar el ajuste y en la Tabla V.10 se exponen los coeficientes del polinomio y el coeficiente de determinación para cada experiencia 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo (h) 40 %de sacarosa y 5 % de sal 40% de sacarosa y 10 % de sal 40% de sacarosa y 20 % de sal Ajuste polinomial H u m e d a d ( % ) Figura V.46 Variación de la humedad de las papas en función del tiempo deshidratadas osmóticamente en distintas soluciones deshidratantes a diferentes concentraciones de sal (20 %, 10 % y 5 % m/m) y 40 % m/mde sacarosa y ajuste polinomial de las curvas Tabla V.10 Coeficientes del modelo polinomial de grado 3 y su coeficiente de determinación, R 2 para cada experiencia Concentración Solución a b c d R 2 40 % sacarosa y 5 % sal 40 % sacarosa y 10 % sal 40 % sacarosa y 20 % sal -0,9055 -1,2626 -0,8335 9,4835 11,345 8,9438 -32,022 -33,454 -31,533 35,894 78,314 80,161 0,9991 1,0000 0,9997 124 Se obtuvieron valores del coeficiente de determinación muy cercanos a 1. En consecuencia, los ajustes fueron excelentes tal como se verifica en los gráficos. V.2.2.6. Modelo de Raoult-Wack Este modelo ajusta los datos a una ecuación exponencial del tipo | | . | \ | ÷ ÷ = t 1 k e 1 1 a PA (II.33) en la que a 1 y k 1 son parámetros empíricos. En la Figura V.47 puede apreciarse como el modelo ajusta los datos experimentales. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 6 DO en solución 50 % sacarosa y 10 % sal DO en solución 40 % sacarosa y 10 % sal DO en solución 30 % sacarosa y 10 % sal DO en solución 20 % sacarosa y 10 % sal DO en solución 10 % sacarosa y 10 % sal Modelo de Raoult Wack Tiempo (h) P é r d i d a d e a g u a ( % ) Figura V.47 Datos experimentales de pérdida de agua en función del tiempo para las experiencias de deshidratación osmótica en las distintas soluciones deshidratantes y ajuste del modelo de Raoult-Wack En la Tabla V.11 se presentan las expresiones de las ecuaciones de ajuste para cada solución con diferente concentración de sacarosa (en el rango 10-50 % m/m) y la misma concentración de sal 10 % m/m y los coeficientes de determinación, R 2 . Los mismos alcanzaron valores cercanos a 1 en todos los casos, en consecuencia, el ajuste resulta muy satisfactorio. 125 Tabla V.11 Ecuaciones de ajuste del modelo de Raoult-Wack para las distintas soluciones y coeficientes de determinación, R 2 respectivos Solución Ecuación de ajuste R 2 DO en solución 50 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal DO en solución 40 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal DO en solución 30 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal DO en solución 20 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal DO en solución 10 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 60,22 (1 – e -1,750 t ) 55,50 (1 – e -1,475 t ) 49,45 (1 – e -1,947 t ) 49,56 (1 – e -2.68 t ) 49,37 (1 – e -2.701 t ) 0,9993 0,9994 0,9997 0.9956 0.9975 Los valores de pérdida de agua a tiempo infinito, PA ∞ obtenidos con el modelo de uara y el modelo de Raoult-Wack se presentan en la Tabla V.12. 126 Tabla V.12 - Comparación de los PA ∞ obtenidos con los modelos de Azuara, y Raoult-Wack DO en solución (% m/m) PA ∞ (Azuara) PA ∞ (Raoult- Wack) Error Porcentual (%) 50 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 40 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 30 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 20 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 10 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 68,00 57,14 51,55 50,76 48,54 60,22 55,50 49,45 49,56 49,37 11,40 2,87 4,07 2,36 1,68 Los valores obtenidos son similares cuando se comparan los dos modelos y se puede afirmar que los mismos ajustaron muy satisfactoriamente los datos experimentales. Comparación entre los modelos empleados para describir el proceso de deshidratación osmótica El modelo de Crank requiere conocer la condición de equilibrio (humedad de equilibrio), mientras que los modelos empíricos no y, además, pueden estimarla. Asimismo estos últimos modelos son muy fáciles de aplicar por su sencillez matemática. Los modelos de Peleg y Azuara son muy similares, ambos presentan dos parámetros de ajuste que se los puede relacionar entre sí. El modelo de Azuara ajustó los datos experimentales un poco mejor que el de Peleg, como puede comprobarse al comparar los coeficientes de determinación R 2 . El modelo de Hawkes y Flink es semejante al de Crank a tiempos cortos, donde la pérdida de agua se puede relacionar con la raíz cuadrada del tiempo. Por esta razón, se puede atribuir un mejor ajuste del modelo a los datos experimentales a tiempos cortos. 127 Este modelo ajusta los datos experimentales de manera menos satisfactoria que Peleg y Azuara. Raoult-Wack ajustó los datos con exactitud y los valores estimados de pérdida de agua a tiempo infinito obtenidos fueron bastante similares a los calculados con el modelo de Azuara para las experiencias de deshidratación osmótica en las distintas soluciones de sacarosa (Tabla V.12). Modelos utilizados para describir la ganancia de sólidos en el producto durante la deshidratación osmótica Para estudiar la ganancia de sólidos en el producto se emplearon los modelos de Peleg y de Azuara. Si se reemplaza en la ecuación de Peleg, II.22, el contenido de humedad por el contenido de sólidos se puede adaptar la misma para estudiar la ganancia de sólidos. De la misma forma si se sustituye en la ecuación del modelo de Azuara, II.25, la pérdida de agua por la ganancia de sólidos. Ambos modelos ajustaron satisfactoriamente los datos experimentales con coeficientes de determinación cercanos a 1. La ecuación de Peleg se puede transformar en la de Azuara. Entonces se pueden relacionar los parámetros de ambas ecuaciones. Las expresiones son las siguientes: · = GS k 2 1 (V.7) · = GS s 1 k 1 1 (V.8) Los sólidos ganados a tiempo infinito se consideran los sólidos ganados cuando se alcanza el equilibrio. En la Figura V.48 a V.52 se aprecia el ajuste del modelo de Azuara a los datos experimentales. 128 y = 0,0487x - 0,1002 R 2 = 0,9973 0 2 4 6 8 10 12 14 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste lineal t / G S ( m i n / % ) t (min) Figura V.48 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 10 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = 0,0503x + 1,321 R 2 = 0,9994 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste lineal t (min) t / G S ( m i n / % ) Figura V.49 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 20 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 129 y = 0,0556x + 4,1043 R 2 = 0,9846 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste lineal t / G S ( m i n / % ) t (min) Figura V.50 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 30 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) y = 0,1357x + 3,544 R 2 = 0,9653 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 100 200 300 Datos experimentales Ajuste lineal t (min) t / G S ( m i n / % ) Figura V.51 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 40 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) 130 y = 0,1747x - 3,7193 R 2 = 0,9958 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 Datos experimentales Ajuste lineal t(min) t / S G ( m i n / % ) Figura V.52 Ajuste de los datos experimentales (ganancia de sólidos) al modelo de Azuara para la deshidratación osmótica de papas en solución de sacarosa al 50 % m/my sal 10 % m/m(valores de las restantes variables iguales a las de las condiciones de operación óptimas finales) La Tabla V.13 exhibe los valores de ganancia de sólidos a tiempo infinito, el parámetro s 1 y el coeficiente de determinación, R 2 obtenidos al ajustar los datos experimentales al modelo de Azuara. Tabla V.13 Valores de ganancia de sólidos a tiempo infinito, GS · , el parámetro s 1 y el coeficiente de determinación, R 2 para el modelo de Azuara. Solución GS  s 1 R 2 10 % sacarosa, 10 % sal 20,53 -0,486 0,9973 20 % sacarosa, 10 % sal 19,88 0,038 0,9971 30 % sacarosa, 10 % sal 17,39 0,014 0,9846 40 % sacarosa, 10 % sal 7,37 0,038 0,9653 50 % sacarosa, 10 % sal 5,72 -0,047 0,9958 La ganancia de sólidos a tiempo infinito es mayor para las concentraciones menores de sacarosa en la solución ya que no se forma la capa de sacarosa sobre la superficie del 131 producto o la misma es de muy pequeño espesor y no obstaculiza el ingreso de sólidos al interior del producto, tal como se indicó anteriormente. En la Tabla V.14 se presentan los valores de los parámetros k 1 y k 2 en las distintas experiencias con diferentes concentraciones de sacarosa y el coeficiente de determinación, R 2 , para los diferentes ajustes. Tabla V.14 Valores de los parámetros k 1 y k 2 del modelo de Peleg en las distintas experiencias con diferentes concentraciones de sacarosa y el coeficiente de determinación, R 2 . Solución k 1 k 2 R 2 10 % sacarosa, 10 % sal -0,1002 0,0487 0,9973 20 % sacarosa, 10 % sal 1,3210 0,0503 0,9971 30 % sacarosa, 10 % sal 4,1043 0,0556 0,9846 40 % sacarosa, 10 % sal 3,5440 0,1357 0,9653 50 % sacarosa, 10 % sal -3,7193 0,1747 0,9958 V. 3. MODELADO DEL SECADO POR MICROONDAS El uso de microondas presenta la ventaja de una elevada velocidad de calentamiento sin provocar efectos negativos en la superficie del alimento (no se forman costras), con lo que puede suponerse que el secado del alimento es más uniforme que en el caso de secado con aire caliente. Por ello podría esperarse que los modelos simplificados sean adecuadamente precisos. Las curvas experimentales de secado por microondas se ajustaron con distintos modelos matemáticos simples: lineal, exponencial, logarítmico, potencial y polinómicos de grado 2, 3, 4 y 5. Las ecuaciones utilizadas se presentan en la Tabla V.15. 132 Tabla V.15 Ecuaciones correspondientes a los distintos modelos matemáticos utilizados para ajustar los datos experimentales durante el secado por microondas Modelo matemático Ecuación* Lineal Masa =a t +b Exponencial Masa =a exp bt Logarítmico Masa =a ln t +b Potencial Masa =a t b Polinomio grado 2 Masa =a t 2 +b t +c Polinomio grado 3 Masa =a t 3 +b t 2 +c t +d Polinomio grado 4 Masa =a t 4 +b t 3 +c t 2 +d t +e Polinomio grado 5 Masa =a t 5 +b t 4 +c t 3 +d t 2 +e t +f *Unidades Masa (g) Tiempo, t (min) Las curvas de secado representan la variación de la masa en función del tiempo durante el proceso a distintas potencias de microondas. Una vez probados los distintos métodos de ajuste a las curvas de secado se observa que las mismas pueden ajustarse satisfactoriamente con los modelos polinómicos de grado 2, 3, 4 y 5. A medida que aumenta el grado del polinomio el ajuste alcanzado es más satisfactorio, como puede apreciarse en los valores del coeficiente de determinación, R 2 cada vez más cercano a 1. En las Figuras V.56 y V.57 se presentan las curvas de ajustes que representan los modelos polinómicos de grado 3 y de grado 5, respectivamente. Si no consideramos el punto inicial a t=0, el modelo logarítmico también presenta un buen ajuste para la mayoría de los datos experimentales, a excepción del tramo donde el peso se hace constante, como se observa en la Figura V.54. El modelo potencial describe estas curvas un poco más satisfactoriamente que el logarítmico pero peor que el polinomial para potencias superiores al 20 %, como puede apreciarse en las Figuras V.54 a V.57 133 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % Exponencial t (min) M a s a ( g ) Figura V. 53 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo exponencial 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % Ajuste logarítmico t (min) M a s a ( g ) Figura V.54 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo logarítmico 134 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 150 200 250 MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % Ajuste potencial t (min) M a s a ( g ) Figura V.55 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %. 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por el modelo potencial 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % Ajuste polinomio grado 3 t (min) M a s a ( g ) Figura V.56 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por polinomio de grado 3 135 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % Ajuste polinomio de grado 5 t (min) M a s a ( g ) Figura V.57 Datos experimentales de las curvas de secado, masa vs t para las potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % y ajuste de las mismas por polinomio de grado 5 136 La velocidad de secado aumenta con el incremento de la potencia y por lo tanto la llegada a peso constante es más rápida, si bien la consistencia y el color del alimento se ven desmejorados a altas potencias, mayores del 60 %. Este fenómeno de variación de la velocidad de secado se observa en los gráficos anteriores y también en la Figura V.57 donde se puede apreciar la pérdida de peso en función del tiempo. En estas curvas se distinguen dos pendientes: la primera de mayor valor, relacionada con la velocidad de calentamiento y por consiguiente con la velocidad de secado y, la segunda de pendiente prácticamente nula, cuando la pérdida de peso se hace constante. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Tiempo(min) P é r d i d a d e p e s o ( % ) MO 10 % MO 20 % MO 30 % MO 40 % MO 50 % MO 60 % MO 70 % MO 80 % MO 90 % P P Figura V.58 Pérdida de peso en función del tiempo para las distintas potencias de microondas: 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % y 90 % respecto de la potencia máxima. En las Tablas V.16 a V.23 se pueden apreciar los valores obtenidos de los parámetros de los distintos modelos y del coeficiente de determinación, R 2 , para las diferentes curvas de secado obtenidas a las distintas potencias de calentamiento 137 Tabla V.16 Modelo lineal Potencia (%) a (g/min) b (g) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0,8420 -0,7172 -1,3893 -2,7361 -3,234 -4,6983 -4,3895 -4,0718 -7,7567 224,51 206,48 161,69 195,78 188,20 190,52 175,73 177,87 193,86 0,9425 0,8813 0,6075 0,6966 0,6999 0,6974 0,6149 0,5049 0,6595 Tabla V.17 Modelo Exponencial Potencia (%) a (g) b (min -1 ) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 250,68 251,30 152,21 123,70 183,80 184,20 159,68 160,36 177,08 -0,0072 -0,0072 -0,0143 -0,0195 -0,0200 -0.0431 -0,0416 -0,0341 -0,0693 0,9979 0,9698 0,7538 0,8344 0,8170 0,8261 0,7505 0,6831 0,7840 138 Tabla V.18 Modelo Logarítmico Potencia (%) a (g) b (g) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -67,902 -85,188 -52,703 -51,844 -60,269 -59,879 -48,748 -44,536 -45,326 427,05 510,26 273,25 247,84 276,72 250,62 208,04 205,46 178,63 0,9625 0,9847 0,8902 0,9060 0,9283 0,9108 0,8549 0,7959 0,8383 Tabla V.19 Modelo Potencial Potencia a(g/min b ) b R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1306,4 3800,5 676,73 898,74 510,31 473,52 344,58 281,04 278,53 -0,5586 -0,7879 -0,6203 -0,7799 -0,5982 -0,6681 -0,6035 -0,4747 -0,6143 0,8775 0,9651 0,9462 0,9620 0,9526 0,9502 0,9082 0,8445 0,8844 139 Tabla V.20 Polinomio de grado 2 a (g/min 2 ) b (g/min) c (g) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,0032 0,0044 0,0294 0,0767 0,1310 0,2579 0,2763 0,2715 0,7100 -1,6063 -1,9684 -4,8691 -8,4876 -10,450 -15,016 -15,442 -14,931 -25,506 250,13 271,77 222,01 253,29 248,40 250,71 240,00 241,22 253,03 0,9985 0,9995 0,9356 0,9593 0,9670 0,9672 0,9277 0,9182 0,9542 Tabla V.21 Polinomio grado 3 a (g/min 3 ) b (g/min 2 ) c (g/min) d (g) R 2 10 20 40 50 60 70 80 90 -5 10 -6 4 10 -7 -0,0015 -0,0030 -0,0083 -0,0120 -0,0121 -0,0420 0,0051 0,0042 0,2457 0,3810 0,7544 0,9951 0,9996 2,2835 -1,7910 -1,9526 -13,118 -15,720 -22,504 -26,285 -25,943 -39,878 253,37 271,53 268,50 267,20 268,08 265,16 266,70 268,76 0,9992 0,9795 0,9987 0,9980 0,9993 0,9957 0,9957 0,9988 140 Tabla V.22 Polinomio grado 4 a (g/min 4 ) b (g/min 3 ) c (g/min 2 ) d (g/min) e (g) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -1 10 -8 -7 10 -8 3 10 -6 2 10 -5 3 10 -5 0,0001 0,0003 0,0003 0,0012 2 10 -6 3 10 -5 -0.0012 -0,0039 -0,0060 -0,0171 -0,0348 -0,0337 -0,1016 0,0041 -0,0012 0.1588 0,3544 0,4900 0,9748 1,5619 1,5363 3,1992 -1,7391 -1,6837 -9,3535 -14,636 -16,930 -24,229 -30,721 -30,114 -44,137 252,86 269,81 261,80 269,87 269,20 269,74 269,44 270,75 270,04 0,9993 1,0000 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9997 0,9996 1,0000 Tabla V.23 Polinomio grado 5 a (g/min 5 ) b (g/min 4 ) c (g/min 3 ) d (g/min 2 ) e (g/min) f (g) R 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 9 10 -10 2 10 -11 -3 10 -9 -4 10 -7 -9 10 -7 -2 10 -6 -3 10 -6 7 10 -6 3 10 -5 -5 10 -7 -8 10 -8 4 10 -6 8 10 -5 0 0,0003 0,0006 -0,0004 -0,0006 0,0001 4 10 -5 -0,0013 0,0084 -0,0110 0,0233 0,0455 0,0109 0,0635 -0,0059 -0,0014 0,1623 0,4733 0,6010 1,0616 1,7128 1,2139 2,8639 -1,429 -1,678 -9,403 15,673 17,680 24,641 31,436 28,586 43,162 251,15 269,79 250,26 270,00 269,80 269,89 269,69 270,20 270,00 0,9996 1,0000 0,9999 1,0000 0,9999 0,9999 0,9997 0,9998 1,0000 141 V.4. SECADO COMBINADO (MICROONDAS Y CONVECCIÓN CON AIRE CALIENTE) LUEGO DE PRETRATAMIENTO CON DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA V.4.1. Condiciones de pretratamiento utilizando xilitol en reemplazo de la sacarosa a) Análisis del tiempo de pretratamiento (deshidratación osmótica) Los resultados obtenidos luego de la deshidratación osmótica de papas utilizando soluciones con 40 % de xilitol y 5 % de sal; 40 % de xilitol y 10% de sal y tiempos totales de tratamiento de 2 h y 1 h, respectivamente se muestran en las Tablas V.24 y V.25. Los valores de las restantes variables se mantuvieron iguales a las condiciones de operación finales (item V.1.7) Tabla V.24 Deshidratación osmótica en una solución con una concentración 40 % de xilitol y 5 % de sal durante 60 min y 120 min Tiempo (min) Pérdida de peso % 60 34,1 120 37,9 En la Tabla V.24 se puede apreciar que el porcentaje de pérdida de peso más apreciable se produce a la hora de tratamiento (34,1 %) ya que en la hora siguiente el aumento es de sólo un 3,8 % más, alcanzando un valor de 37,9 % final. Por consiguiente podemos considerar adecuado 1 h de deshidratación osmótica. b) Análisis de la concentración más adecuada de sal a emplear en el pretratamiento A continuación se presenta la Tabla V.25: Tabla V.25 Deshidratación osmótica en una solución con una concentración 40 % de xilitol y 10 % de sal durante 30 min y 60 min. Tiempo (min) Pérdida de peso % 30 36,00 60 42,13 Comparando los resultados de la Tabla V.24 y V.25 para la hora de transcurrida la deshidratación osmótica se puede observar una mayor pérdida de peso para una 142 concentración mayor de sal en la solución, 10 % m/m. Para un aumento del doble en la concentración de la sal se tiene un incremento en la pérdida de peso de aproximadamente un 8 %. Siendo que este aumento no es tan significativo y que luego de un análisis sensorial el producto obtenido utilizando la solución con la mayor concentración de sal resultó ser muy salado, podemos considerar que una concentración de sal de 5 % m/m podría ser adecuada. Asimismo, teniendo en cuenta las dos conclusiones alcanzadas anteriormente, parece conveniente para llevar a cabo un pretratamiento a las papas antes del secado combinado (microondas y convección con aire caliente), una deshidratación osmótica de 1 h utilizando una concentración del 5 % m/m de sal en la solución. La sacarosa es un poco más dulce que el xilitol, por ello para enmascarar el dulzor de este último se requiere una menor concentración de sal que la anteriormente usada cuando se trabajó con sacarosa, que fue de 10 % m/m. c) Condiciones de pretratamiento de las papas utilizando xilitol antes del secado combinado Concentración de xilitol: 40 % m/m Concentración de sal: 5 % m/m Temperatura: 40 °C Relación masa de solución a masa de papa: 4 Tamaño de cubos (arista: 1 cm) Nivel de agitación: 120-130 rpm V.4.2. Comparación de los valores de humedades del producto durante el tratamiento con deshidratación osmótica en soluciones con diferentes tipos y concentraciones de solutos Se compararon los valores de humedades de los productos obtenidos en soluciones de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal, 40 % m/m de xilitol y 10 % m/m de sal, 40 % m/m de sacarosa y 5 % m/m de sal y 40 % m/m de xilitol y 5 % m/m de sal. Los valores de humedad en función del tiempo para las soluciones con diferentes concentraciones de solutos se presentan en la Figura V.59 y en la Tabla V.26. 143 Tabla V.26 Valores de humedades en función del tiempo para las soluciones con diferentes concentraciones de solutos t (min) 40 % m/m xilitol 5 % m/m sal 40 % m/m xilitol 10% m/m sal 40 % m/m sacarosa 10 % m/m sal 40 % m/m sacarosa 5 % m/m sal 0 83.93 83.43 83.43 83.93 60 72.50 67.08 58.60 61.21 120 58.02 58.32 49.60 50.94 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100 120 140 40 % m/m xilitol y 5 % m/m sal 40 % m/m xilitol y 10 % m/m sal 40 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 40 % m/m sacarosa y 5 % m/m sal H u m e d a d ( % ) Tiempo (h) (min) Figura V.59 Variación de las humedades de las papas durante el tratamiento de deshidratación osmótica en distintas soluciones Al comparar las humedades del producto alcanzadas en la solución de xilitol con las obtenidas en la de sacarosa se aprecia una reducción de los valores en aproximadamente un 12-15 % cuando se utiliza sacarosa. Si se contrastan los valores de humedad correspondientes a las papas que se sumergieron en la solución de 40 % m/m de xilitol y 5 % m/m de sal con las de 40 % m/m de xilitol y 10 % m/m de sal, se observa una disminución en un 7 % cuando se usa 10 % m/m de sal para un tiempo de 1 hora y, luego de transcurridas 2 horas de deshidratación osmótica, los valores resultan prácticamente equivalentes. Se consideró una concentración de sal de 5 % m/m ya que puede enmascarar el dulzor de la solución de xilitol con una concentración del 40 % m/m adecuadamente, sin resultar tan salada como cuando se emplea el 10 % m/m de sal 144 en la solución. Además, si bien a esta última concentración de sal mejora el proceso de deshidratación osmótica al egresar mayor cantidad de agua del producto, ésta no resulta significativa. Cuando se utiliza sacarosa en la solución deshidratante, se obtiene un menor valor de humedad de las papas y por lo tanto, una mejor deshidratación osmótica. Sin embargo, se empleó xilitol ya que aporta al producto un menor valor energético que la sacarosa. V.4.3 Justificación del uso de xilitol en las experiencias de deshidratación osmótica e importancia de la elección del soluto. Es muy importante tener en cuenta la efectividad del soluto en la deshidratación osmótica pero también el precio del mismo ya que industrialmente deben utilizarse grandes cantidades. El xilitol es un alcohol pentahidroxilado producido generalmente por síntesis química y requiere varias etapas de purificación que afectan el precio final del producto. Sin embargo, una alternativa es la obtención del mismo a partir de la fermentación de residuos agroindustriales con elevadas concentraciones de hemicelulosa. El bagazo de caña de azúcar, un residuo de la industria azucarera posee esta característica. Gran cantidad de este residuo se genera durante la zafra, el que puede ser aprovechado biotecnológicamente para la producción de xilitol. De esta manera, se obtendría un producto de elevado valor comercial a partir de un residuo agroindustrial de bajo costo, utilizando un proceso económico y ambientalmente sustentable. Las levaduras del género Candida como las Candida guilliermondii FTI 20037 y Candida tropicalis NBRC 0618 se utilizan para fermentar la xilosa presente en los hidrolizados hemicelulósicos de bagazo de caña de azúcar. También se pueden emplear como sustrato eucalipto, paja de arroz, paja de trigo y residuos de poda de olivos, entre otros (Emodi, 1978). Las levaduras reducen la xilosa a xilitol bajo la acción de una enzima denominada xilosa reductasa. La cantidad de xilitol y la productividad del mismo dependerán de las condiciones de cultivo y del tipo de cepa que se utilice. Entre las propiedades del xilitol se pueden citar su poder anticariogénico y su metabolismo independiente de la insulina por lo que es indicado para las personas con diabetes, además de aquellas con lesiones renales y parenterales, en la prevención de otitis, infecciones pulmonares y osteoporosis (Mäkinen, 2000). Desde el punto de vista de la industria alimenticia, otra característica además de su poder edulcorante 145 (levemente inferior al de la sacarosa) es la de no participar en la reacción de Maillard debido a su estructura química. V.5 MODELADO DEL SECADO COMBINADO Luego de un pretratamiento con deshidratación osmótica de 1 hora (en las condiciones citadas en V.4.1.c) se evaluaron los resultados obtenidos con microondas y convección con aire caliente a distintas potencias 40, 50 y 60 % de la potencia máxima del horno de microondas. En la Figura 60 se pueden apreciar las curvas de secado para las diferentes potencias (pérdida de peso vs tiempo) y el ajuste de los datos experimentales por expresiones polinómicas (se probaron sólo este tipo de ajustes empíricos, en base a la experiencia de la evaluación de los resultados de los anteriores ensayos de deshidratación osmótica). y =0,0001x 3 - 0,1124x 2 +15,901x - 537,8 R 2 =0,9995 y =0,0006x 3 - 0,2633x 2 +30,267x - 962,99 R 2 =0,9996 y =0,0024x 3 - 0,6735x 2 +60,965x - 1719,7 R 2 =0,9995 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 60 65 70 75 80 85 90 MO y Convección 40 % MO y Convección 50 % MO y Convección 60 % Polinómica (MO y Convección 40 %) Polinómica (MO y Convección 50 %) Polinómica (MO y Convección 60 %) P é r d i d a d e p e s o ( % ) t (min) Figura V.60 Curvas de secado combinado a distintas potencias (40, 50 y 60 % de la potencia máxima) luego de un pretratamiento con deshidratación osmótica de 1 h Se observa que se alcanzan pérdidas de peso superiores y en menor tiempo a mayores potencias de microondas. La pendiente de las curvas es mayor a potencias superiores ya que el secado se lleva a cabo a mayor velocidad. Cuando las papas se deshidrataron osmóticamente durante 1 h y luego se sometieron a un secado combinado durante los posteriores 5-6 min a 60% de potencia de microondas, se pudo obtener un producto que pudo rehidratarse en agua hirviendo durante 5 min y estaba listo para su consumo y 146 presentaba muy buenas características organolépticas. Para tiempos superiores a los 5-6 min de secado combinado aparecen quemaduras en algunos de los vértices de los cubos y el color de las papas se desfavorece por la aparición de zonas amarronadas, a pesar de que todavía contienen bastante humedad, 48-50 % en base húmeda. Los datos experimentales se ajustaron satisfactoriamente con expresiones polinómicas de tercer grado. En la Tabla V.27 se detallan las expresiones polinómicas y el coeficiente de determinación para las distintas condiciones de secado combinado Tabla V.27 Expresiones polinómicas obtenidas a partir de los datos experimentales de las curvas de secado combinado para potencias 40 %, 50 % y 60 % de la potencia máxima de microonda Secado combinado Potencias (%) Expresiones polinómicas Coeficiente de correlación (R 2 ) 40 Y: 0.0024 t 3 – 0.6735 t 2 +60,9675 t – 1719.7 0.9995 50 Y: 0.0006 t 3 - 0.2633 t 2 +30.267 t – 962.99 0.9996 60 Y: 0.0001 t 3 – 0.1124 t 2 +15.901 t – 537.8 0.9995 Donde Y: pérdida de peso (%) y t: tiempo de secado combinado (min) Los datos de las humedades de las papas durante el secado combinado (microondas a una potencia de 60 % y convección con aire caliente) en función del tiempo se ajustaron también con métodos empíricos. Entre ellos se aplicaron el modelo de Page, el de primer orden también llamado por algunos autores, de difusión, y otras expresiones exponenciales y polinómicas. En las Figuras V.61 a V.64 se presentan los datos experimentales y los ajustes para los diferentes modelos junto con las ecuaciones y el coeficiente de determinación, R 2 . 147 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 2 4 6 8 Datos experimentales Modelo de Page [(H -He)/(H0 - He)] = exp(-0,05493 t 1,2 ) R 2 0,9013 [ ( H - H e ) / ( H 0 - H e ) ] t (min) Figura V.61 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/mde xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con el modelo de Page 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 5 10 15 Datos experimentales modelo de difusión t (min) [ ( H - H e ) / ( H 0 - H e ) ] y = exp (-0,1272 x) R 2 = 0,7319 Figura V.62 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/mde xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con el modelo de difusión 148 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 5 10 15 Datos experimentales Ajuste t (min) [ ( H - H e ) / ( H 0 - H e ) ] y = exp (-0,0139 x 2 + 0,0187 x -0,0333) R 2 = 0,9972 Figura V.63 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/mde xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con expresión exponencial y = -0,0017x 2 - 0,0508x + 1,0103 R 2 = 0,9994 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 5 10 15 Datos experimentales Ajuste polinómico t (min) [ ( H - H e ) / ( H 0 - H e ) ] Figura V.64 Humedades del producto en función del tiempo durante el secado combinado (microondas, potencia 60 % y convección con aire caliente) para papas pretratadas por deshidratación osmótica durante 1h en solución 40 % m/mde xilitol y 5 % m/mde sal y ajuste de los datos experimentales con expresión polinómica de segundo grado El modelo de difusión no ajustó satisfactoriamente los datos experimentales tal como puede observarse en la Figura V.62 y por el bajo valor de coeficiente de determinación, 149 R 2 obtenido. El modelo de Page ajustó satisfactoriamente los datos a tiempos cortos t ≤ 7,5 min y se obtuvo un coeficiente de determinación, R 2 de 0,9013. Las expresiones exponenciales y polinómicas de segundo grado permitieron un mejor ajuste, con coeficientes de determinación muy cercanos a 1 en ambos casos, y permitieron ajustar los datos experimentales en un rango de tiempo mayor (hasta 12,5 min) V.6. TRATAMIENTO SELECCIONADO V.6.1 Condiciones de operación y resultados obtenidos con el tratamiento seleccionado para el secado de las papas Finalmente, el tratamiento de las papas consistió en la deshidratación osmótica durante 1 h en una solución con 40 % m/m de xilitol y 5 % m/m de sal y las condiciones restantes iguales a las detalladas en V.4.1 c). La pérdida de peso obtenida fue de aproximadamente del 40 % y se alcanzó una humedad en el producto del 70 % en base húmeda. Luego se continuó con el secado combinado de las papas (microondas y convección con aire caliente) durante 5 min con una potencia del 60 % respecto de la máxima que puede suministrar el equipo. Al final de esta etapa se logró una pérdida de peso de alrededor del 60-65 % y una humedad del producto en base húmeda del 50 %. V.7. RESULTADOS MICROBIOLÓGICOS En este trabajo se emplearon factores combinados de conservación con el objeto de aumentar la vida útil del alimento. Estos consistieron en: deshidratación osmótica durante 1 h en solución al 40 % de xilitol y 5 % de sal y secado combinado (microondas y convección con aire caliente a una potencia de microondas del 60 % de su potencia máxima), que reducen la actividad de agua, y un posterior envasado en atmósfera modificada (30 % de CO 2 y 70 % de N 2 ) y refrigeración. Los resultados obtenidos luego de los ensayos microbiológicos analizados a diferentes tiempos: día 0, 30, 60 y 120 luego del tratamiento y envasado se detallan en la Tabla V.28. 150 Tabla V.28 Resultados microbiológicos Ensayos Microbiológicos Día 0 Día 30 Día 60 Día 120 Aerobios mesófilos a 30 °C (ufc/g) 200 <10 <10 10 Anaerobios mesófilos a 30 °C (ufc/g) 75 <10 <10 <10 Enterobacterias (ufc/g) < 10 Coliformes totales (ufc/g) < 10 Mohos (ufc/g) <10 <10 <10 10 Levaduras (ufc/g) <10 <10 <10 <10 Clostridios sulfito reductores (ufc/g) <100 Staphylococcus aureus coagulasa (+) (ufc/g) <10 Escherichia coli (ufc/g) <10 Los aerobios mesófilos son indicadores típicos para determinar tiempo de vida útil o problemas de almacenamiento en alimentos. A partir de estos resultados se puede apreciar que los microorganismos aerobios mesófilos disminuyen su cantidad a medida que transcurre el tiempo debido a la falta parcial de oxígeno. Los anaerobios mesófilos también disminuyen su número al transcurrir el tiempo. Los mohos y las levaduras que pueden subsistir a actividades de agua bastante más bajas que las bacterias, cercanas a a W de 0,6, no se hallaron al día cero. Si bien no deberían existir bacterias luego del tratamiento (deshidratación osmótica y secado combinado) ya que con el mismo se reduce considerablemente la actividad de agua y las bacterias necesitan valores de actividad de agua altos para sobrevivir, se analizó la existencia de bacterias como Enterobacterias, Clostridium sulfito reductores, Escherichia coli, Staphylococcus aureus coagulasa (+), etc., las que podrían haber aparecido si hubiera habido contaminación durante el envasado. En el envasado en atmósfera con CO 2 tanto la fase lag como la fase logarítmica de crecimiento de microorganismos se retrasan. Se llevaron a cabo recuentos de coliformes y enterobacterias ya que las mismas se usan como indicadores de calidad higiénica de los alimentos. Luego de 120 días de almacenamiento del producto en atmósfera modificada y conservación a 4 °C no se detectó contaminación apreciable por los microorganismos típicos que se consideran para establecer la inocuidad de un alimento. Por lo tanto podemos considerar que el producto se mantuvo estable frente al deterioro microbiano en el lapso analizado. 151 V.8. ANÁLISIS DE LAS MICROFOTOGRAFÍAS DE LAS PAPAS FRESCAS Y DURANTE LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS DE DESHIDRATACIÓN Las microfotografías de las papas frescas se presentan a continuación (MICROFOTOGRAFÍAS I Y II): Microfotografía I Papa fresca Microfotografía II Papa fresca 152 En estas muestras de papa fresca se observa la estructura típica del tejido celular de la papa con células de forma poligonal, hexagonales y pentagonales predominantemente y numerosos gránulos de almidón en su interior. Estos gránulos son de forma ovalada o elipsoidal, de diámetros que oscilan aproximadamente entre 5 y 11 mm, más grandes que el promedio de los gránulos de almidón en cereales. Microfotografía III Deshidratación osmótica durante 30 min Microfotografía IV Deshidratación osmótica durante 1 h 153 Microfotografía V Deshidratación osmótica durante 2 h Microfotografía VI Deshidratación osmótica durante 3 h Posteriormente al tratamiento de deshidratación osmótica se pueden apreciar 154 modificaciones en la estructura tisular a los distintos tiempos analizados:  Luego de los 30 min de DO se conserva la forma de las células y se achica la estructura (Microfotografía III)  A la hora de deshidratación osmótica (Microfotografía IV) las células se deforman levemente, algunas pierden su forma poligonal característica y se achican por efecto de la deshidratación osmótica. Se observa también el achicamiento de algunos gránulos de almidón  Después de las dos horas de tratamiento (Microfotografía V) se observan una mayor compresión de la estructura y menor cantidad de gránulos de almidón  Luego de las 3 h (Microfotografía VI) no se distinguen prácticamente las células, parece que los espacios intracelulares se llenan de disolución osmótica y se observan gránulos de almidón muy pequeños. Estas observaciones concuerdan con las de los autores Shi y Le Maguer, 2002 y Mauro et al., 2002 que sostienen que los elementos que integran la estructura celular (pared, plasmalema y tonoplastos) se deforman debido a la disminución del líquido intracelular (citoplasma y vacuolas). La célula pasa de un estado de turgencia, máximo volumen a uno de mínimo volumen, después de perder agua y posteriormente la pared celular se relaja. Microfotografía VII Microondas durante 1 min 155 Microfotografía VIII Microondas durante 3 min Microfotografía IX Microonda durante 5 min 156 Microfotografía X Microondas durante 10 min En las Microfotografías VII a X se muestran las estructuras de la papa luego del tratamiento sólo con microondas durante 1, 3, 5 y 10 min, respectivamente. Se puede observar que la estructura se conserva bastante si se la compara con la muestra fresca para los tres primeros tiempos de tratamiento. Las formas poligonales de las células se hallan conservadas y se aprecian gránulos de almidón en su interior. Luego de los 10 min de tratamiento con microondas la estructura parece comprimirse y la mayoría de las células pierden su forma poligonal. Se aprecia también la destrucción parcial de las paredes. Las papas a simple vista se observan quemadas y amarronadas. No se observan gránulos de almidón en el interior de la estructura. Cuando se observan las papas a simple vista, sin el microscopio, se ven más blancas en ciertas zonas, predominantemente en los vértices y en algunas aristas del cubo. Esto podría inferir que los gránulos de almidón migran y se acumulan en las aristas del cubo, preferentemente en los vértices. 157 Microfotografía XI Secado combinado (microondas y convección con aire caliente a una potencia del 60%) durante 5 min, luego de pretratamiento con deshidratación osmótica por 1 h En la Microfotografía XI se presenta la estructura de la papa luego del pretratamiento con deshidratación osmótica y posterior secado combinados (microondas y convección con aire caliente) durante 5 min. En la misma, se puede apreciar que la estructura se conserva en forma, pero las paredes celulares se observan relajadas o estiradas, tal vez por el hinchamiento que se produce durante la deshidratación osmótica al ingresar la solución osmótica dentro de los espacios intercelulares, que produce el estiramiento de las paredes celulares y produce que las mismas se hallen más holgadas luego de la salida del agua durante el secado. Este fenómeno no se aprecia cuando la papa es tratada solamente por microondas durante 5 min (Microfotografía IX). Conclusiones 158 VI. CONCLUSIONES En el presente trabajo se estudió el secado combinado (secado por microondas y convección con aire caliente simultáneamente) de papas pretratadas con deshidratación osmótica durante 1 hora, las que luego fueron envasadas en atmósfera modificada: 30 % de CO 2 y 70 % de N 2 en bolsas de un material compuesto por tres capas: polietileno- poliamida-polietileno. Se determinó luego el tiempo de vida útil del producto realizando ensayos microbiológicos consistentes en el recuento de aerobios mesófilos a 30 ºC, anaerobios mesófilos a 30 °C, enterobacterias, coliformes totales, mohos, levaduras, clostridios sulfito reductores, Staphylococcus aureus coagulasa y Escherichia coli. Los análisis se llevaron a cabo en los días 0, 30, 60 y 120 de almacenamiento en refrigeración a 4°C. El producto se mantuvo estable frente al deterioro microbiano en el tiempo estudiado. Además, presentó características organolépticas y de textura adecuadas luego de ser hervido durante aproximadamente 5 min. Las condiciones de pretratamiento por deshidratación osmótica empleadas para obtener el producto final fueron: Concentración de xilitol: 40 % m/m Concentración de sal: 5 % m/m Temperatura: 40 °C Relación masa de solución a masa de papa: 4 Tamaño de cubos (arista: 1 cm) Nivel de agitación: 120-130 rpm Tiempo de deshidratación: 1 h El secado combinado se llevó a cabo en un microondas doméstico con microondas y convección de aire caliente simultáneo. Se realizaron experiencias a 40 %, 50 % y 60 % de la potencia máxima del equipo. Finalmente, la potencia elegida en el proceso del secado combinado para obtener el producto final fue de 60 %, ya que de esta manera se reduce el tiempo del secado combinado (5min) sin afectar la estructura del producto tal 159 como pudo ser verificado por las microfotografías obtenidas. Además, para el tiempo empleado de secado, la superficie no presentó daño (quemaduras). Para poder determinar las condiciones de trabajo anteriores se realizaron una serie de experiencias cuyas conclusiones se detallan a continuación:  En primer lugar, se buscaron las condiciones óptimas de trabajo que maximizan la eficiencia del proceso de deshidratación osmótica. La eficiencia de deshidratación aumenta al incrementar la pérdida de agua y minimizar la ganancia de sólidos ya que interesa la deshidratación y no la impregnación del producto con sólidos de la solución. Se concluyó que concentraciones altas de sacarosa cercanas al 40 % m/m favorecen la pérdida de agua y obstaculizan la ganancia de sólidos por la formación de una capa superficial de sólido que impide el posterior ingreso de sólidos al interior del producto. No obstante, muy altas concentraciones pueden dificultar la agitación y el bombeo de la solución en los procesos industriales cuando la solución debe ser reciclada incrementando los costos de operación (energéticos).  Si bien se realizaron los primeros ensayos de deshidratación osmótica usando sacarosa, luego para obtener el producto final, se sustituyó por otro edulcorante, xilitol, de menor aporte energético. Actualmente el xilitol es más caro que la sacarosa ya que se produce vía síntesis química y requiere varias etapas de purificación que afectan el precio final del producto. No obstante, una alternativa es la obtención del mismo a partir de la fermentación de residuos agroindustriales con elevadas concentraciones de hemicelulosa tales como el bagazo de caña de azúcar. En nuestro país se genera un volumen muy importante de este residuo que podría aprovecharse en este uso. De esta manera se podría abaratar su costo en los años próximos.  Se modelaron las cinéticas de secado de las dos etapas: deshidratación osmótica y secado combinado. 160 Para el proceso de deshidratación osmótica, la solución de la 2º Ley de Fick de la difusión para la transferencia de masa en estado no estacionario en el caso de geometría cúbica se utilizó para calcular los coeficientes de difusión efectivos. La importancia de este cálculo radica en que conociendo los coeficientes de difusión efectivos se puede predecir la humedad de las papas en cualquier instante de tiempo si se trabaja en condiciones experimentales similares. Asimismo, se empleó otro modelo para estimar los coeficientes de difusión efectivos basado en un modelo de primer orden para la velocidad de deshidratación osmótica. Los valores obtenidos fueron del mismo orden de magnitud que los calculados con el modelo de Fick. Los valores de difusividad efectiva del agua calculados para la deshidratación osmótica utilizando una solución de concentración 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal fueron de 1.32 ±0,16 10 -9 m 2 /seg empleando el modelo de Fick y de 3.08 ±0,63 10 -9 m 2 /seg con el modelo de primer orden. Estos valores obtenidos fueron similares a los encontrados en la literatura. Se calcularon los coeficientes de difusión efectivos del agua para distintas concentraciones de sacarosa en la solución y se pudo concluir que el coeficiente aumenta a medida que se incrementa la concentración de los solutos en la solución. Es decir, aumenta al ser superior la fuerza impulsora (actividad acuosa) entre el alimento y la solución en que se halla inmerso. Asimismo se calculó el coeficiente de difusión efectivo de sólidos. El valor obtenido fue de 3.12 ±0.63 10 -10 m 2 /seg inferior al coeficiente de difusión del agua, 13.2 ±1.60 10 -10 m 2 /seg ya que a una concentración de sacarosa de 40 % m/m y 10 % m/m de sal, la difusión del agua resulta más significativa que la de sólidos. En el modelado matemático de la deshidratación osmótica se emplearon también otros modelos del tipo empíricos como los de Peleg, Azuara, Hawkes y Flink y Raoult-Wack que ajustaron los datos experimentales de manera satisfactoria. No obstante, se considera que el modelo de Hawkes y Flink ajusta los valores experimentales mejor para tiempos cortos. Los modelos de Peleg, Azuara y Raoult Wack predijeron los valores de equilibrio para la humedad y la pérdida de agua de manera similar. Sin embargo se pudo apreciar un mejor ajuste a los datos experimentales de los modelos de Azuara y Raoult Wack. También se 161 utilizaron modelos polinomiales cuyo ajuste fue apropiado para el caso de tercer grado.  Por otra parte, en la etapa de secado combinado de las papas pretratadas con deshidratación osmótica en las condiciones anteriormente mencionadas se ajustaron los datos experimentales de manera favorable con expresiones polinómicas de tercer grado y se alcanzaron coeficientes de determinación muy cercanos a 1.  La deshidratación osmótica como pretratamiento antes del secado combinado contribuyó a impedir el deterioro de la estructura y la pérdida de aromas y sabores que se originarían en el producto si se sometiera a altas temperaturas como en el caso del tratamiento térmico empleando sólo secado convectivo. La deshidratación osmótica es un proceso eficiente desde el punto de vista energético  El secado combinado posterior al pretratamiento con deshidratación osmótica requiere condiciones menos severas que si se aplica únicamente el secado combinado Los resultados y las conclusiones alcanzadas en esta tesis aportan información para el diseño de productos hortícolas mínimamente procesados y permiten predecir la tendencia de algunas variables (pérdida de agua, ganancia de sólidos) determinantes en la eficiencia del tratamiento pudiendo contribuir a optimizar las condiciones de proceso a escala industrial Anexo 162 Tratamiento de réplicas Ejemplo 1: Cubos de papas de 1 cm de arista, solución de concentración de sacarosa de 40 % m/m y de sal de 20 % m/m, T=40 ºC, relación masa de solución a masa de papa de 4 Las experiencias de deshidratación osmótica se llevaron a cabo por triplicado. A partir de los datos experimentales obtenidos se elaboraron las tres curvas de secado (pérdida de peso, PP versus tiempo). En la Tabla I se muestran los valores correspondientes a cada corrida PP1, PP2 y PP3, los valores medios y la desviación estándar que tiene en cuenta la dispersión de los valores respecto del valor medio para cada tiempo. Tabla 1 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 1 t (h) PP1 (%) PP2(%) PP3 (%) Valor medio (%) Dispersión (%) 0 1 2 3 4 5 0 47,34 56,68 62,49 62,17 60,03 0 46,41 58,25 60,60 60,68 59,74 0 45,47 57,82 58,71 58,19 59,46 0 46,41 58,25 60,60 60,68 59,74 0 0,931 0,427 1,889 1,489 0,283 El valor medio se calculó con la siguiente expresión: N X X N 1 i i    X i =valor experimental correspondiente a la pérdida de peso N=número de datos Y la dispersión mediante la desviación estándar o desviación típica, s:   N X X s N 1 i 2 i     163 En la Figura I se pueden apreciar los valores de las réplicas y sus correspondientes valores medios para cada tiempo considerado 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 valores experimentales duplicado Triplicado Valores medios P é r d i d a d e P e s o % t (h) Figura I- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 1- Ejemplo 2: Cubos de papas de 1 cm de arista, solución de concentración de sacarosa de 40 % m/m y de sal de 10 % m/m, T=40 ºC, relación masa de solución a masa de papa de 4 Tabla 2 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 2 t (h) PP1 (%) PP2(%) PP3 (%) Valor medio (%) Dispersión (%) 0 1 2 3 4 0 39,95 46,19 47,18 47,26 0 39,18 48,22 48,91 47,61 0 40,82 50,33 49,50 49,23 0 39,98 48,25 48,53 48,03 0 0.82 2,07 1,21 1,05 164 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 Valores experimentales originales Duplicado Triplicado Valores medios P é r d i d a d e P e s o ( % ) t (h) Figura II- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 2- Ejemplo 3: Cubos de papas de 1 cm de arista, solución de concentración de sacarosa de 40 % m/m y de sal de 5 % m/m, T=40 ºC, relación masa de solución a masa de papa de 4 Tabla 3 Pérdida de peso para original y réplicas para el ejemplo 3 t (h) PP1 (%) PP2(%) PP3 (%) Valor medio (%) Dispersión (%) 0 1 2 3 4 5 0 37,46 44,82 45,27 43,85 44,04 0 37,50 44,40 45,50 44,00 43,00 0 37,30 44,00 45,00 43,50 43,00 0 37,42 44,14 45,24 43,80 43,33 0 0,11 0,22 0,25 0,26 0,61 165 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Valores experimentales originales Duplicado Triplicado Valores Medios t (h) P é r d i d a d e P e s o ( % ) Figura III- Pérdida de peso versus tiempo para los valores experimentales originales, sus réplicas y sus valores medios, ejemplo 3- Cálculo de los intervalos de confianza para cada valor de pérdida de peso correspondiente a cada tiempo considerado en cada corrida Se calcularon los intervalos de confianza, IC del 95 % con el estadístico t de Student mediante la siguiente expresión: N s t P P IC 1 N 0,95    Donde PP pérdida de peso medio o pérdida de peso promedio t estadístico de Student para un nivel de confianza del 95 % N número de mediciones N-1 grados de libertad s desviación estándar o desviación típica En la Tabla 4 se analiza si hay diferencia significativa entre las pérdidas de peso obtenidas durante las experiencias de deshidratación osmótica con distintas soluciones (igual concentración de sacarosa y diferentes concentraciones de sal: 20 % m/m, 10 % m/m y 5 % m/m) 166 Tabla 4 Intervalos de confianza del 95 % para los valores de las tres corridas Tiempo (h) 40 % m/m sacarosa y 20 % m/m sal 40 % m/m sacarosa y 10 % m/m sal 40 % m/m sacarosa y 5 % m/m sal 1 (46,41±1,57) (39,98±1,38) (37,42±0,19) 2 (58,25±0,73) (48,24±3,49) (44,14±0,37) 3 (60,60±3,19) (48,58±2,04) (45,24±0,42) 4 (60,68±2,51) (48,03±1,77) (43,80±0,44) Se calcularon los intervalos de confianza del 95% (usando el estadístico t de Student) para cada valor de pérdidas de peso correspondientes a cada uno de los tiempos de las 3 corridas (40 % m/m de sacarosa y 20 % m/m de sal, 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal y 40 % m/m de sacarosa y 5 % m/m de sal). Los intervalos de confianza no se solapan. La diferencia entre los límites de los intervalos es mayor cuando se comparan los valores correspondientes a las corridas 40 % m/m de sacarosa y 20 % m/m de sal y 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal; que cuando se contrastan los de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal con los de 40 % m/m de sacarosa y 5 % m/m de sal. Por consiguiente, se puede inferir que la diferencia entre la corrida de 40 % de sacarosa y 20 % m/m de sal con la de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal es más significativa que cuando se compara la corrida de 40 % m/m de sacarosa y 10 % m/m de sal con la de 40 % m/m de sacarosa y 5 % m/m de sal. B BI IB BL LI IO OG GR RA AF FÍ ÍA A 167 BIBLIOGRAFÍA 1. Alibas I, 2007, Microwave, air and combined microwave-air drying parameters of pmpkinslices, LWT, 40, 1445-1451. 2. Allali, H., Marchal, l., Vorobiev, E., 2010, Effects of vacuum impregnation and ohmic heating with citric acid on the behaviour of osmotic dehydratedstructural changes of apple fruit, Biosystems Engineering, Volume 106, Issue 1, 6-13. 3. Alzamora, S.M., Salvatori, D., Tapia, M.S., L{opez-Malo, A.,, Wwelti-Chanes, J ., Fito, P., 2005, Novel functional foods from vegetable matrices impregnated with biologically active compounds, J ournal of Food Engineering, Vol 67, Issues 1-2, 205-214. 4. Alzamora S. M., Tapia M., Argaiz A y Welti J ., 2000, Application of combined methods techmology in minimally processed fruits., Food Research International, 26: 125 5. Azuara, E., Beristain, C.I., García, H.S. 1992. Development of a mathematical model to predict kinetics of osmotic dehydration. International J ournal of Food Science and Technology 29 (4), 239-242 6. Azuara, E., Beristain, C.I., Gutiérrez, G.F. 1998. A Method for continuous kinetic evaluation of osmotic dehydration. Lebensmitted-Wissenschaft und- Technolgie, 31, 317-321. 7. Barat, J .M., Fito, P., Chiralt, A., 2001, Modeling of simultaneous mass transfer and structural changes in fruit tissues, J ournal of Food engineering, Vol. 49, Issues 2-3, 77-85. 8. Baroni A. y Hubinger M., Osmotic dehydration of tomatoes in binary and ternary Solutions, Dehydration Processes, 1274-1278 168 9. Beaudry C., Raghavan G. and Rennie T. 2003. Microwave finish drying of osmotically dehydrated cranberries. Drying Technology, 21 (9), 1797-1810. 10. Bianchi, M., Milisenda, P., Guarnaschelli, A., Mascheroni, R.H. 2009. Transferencia de masa en deshidratación osmótica de frutas. Determinación experimental y simulación CD del CLICAP 2009, trabajo 51A 11. Bianchi, M., Milisenda, P., Guarnaschelli, A., Mascheroni, R.H., 2009, Modelado y simulación de procesos de congelación y dehidrocongelación de frutas, Ingeniería Alimentaria (83), pag. 52- 60. 12. Biswal R., Bozorgmehr K, 1991, Equilibrium data for osmotic concentration of potato in NaCl-water solution, J ournal of food Process Engineering, Vol 14., 237-245. 13. Biswal R., Bozorgmehr K., Tompkins FD., and Liu X. 1991. Osmotic concentration of green beans prior to freezing. J ournal of Food Science, 56, 1008-1012. 14. Biswal R., Le Maguer M., 1989, Mass transfer in plant materials in contact with aqueous solution of ethanol and sodium chloride: equilibrium data., J ournal Food process Engineering, 11, 159-176. 15. Borgnez R., Canales E., Redon J ., 2010, Osmotic dehydration of raspberries with vacuum pretreatment followed by microwave-vacuum drying, J ournal of Food Enginneering, 99, (2), 121-127, 16. Bouraqui M., Richard P., Durance T. 1994. Microwave and convective drying of potato slices. J ournal of Food Process Engineering, 17, 353-363. 169 17. Castilho García, C., Mauro, M.A., Kimura, M., 2007, Kinetics of osmotic dehydration and air-drying of pumpkins (Cucurbita Moschata), J ournal of Food Engineering, 82, 3, 284-291. 18. Chirife J ., Buera M.D.P., 1994, Water activity, glass transition and microbial stability in concentrated/semimoist food systems. J ournal of Food Science, 59, 921. 19. Chirife J ., Karel M., 1973, Volatile retention during freezing drying of aqueous suspensions of cellulose and starch., J ournal of Agriculture Food Chemistry, 21, 936-939. 20. Chirife J ., Karel M, Flink J ., 1973, Studies on mechanismof retention of volatile in freeze-dried food models the system PVP-n-porpanol, J ournal of Food Science, 38, 671-674. 21. Contreras, C., Martin-Esparza, M.E., Chiralt, A., Martínez Navarrete, N, 2008, Influence of microwave application on convective drying: effects on drying kinetics and optical and machanical properties of appleand strawberry, J ournal of Food Engineering, Vol 88, Issue 1, 55-64 22. Crank J , 1975, The mathematics of diffusion, Second Edition, UK, Clarendon Press. 23. Dang R., Singh R., Bhatia A., Verma S., 1976, Studies on Kashmir apples cannings-rings, Indian Food Packer, 30, 9 24. Datta A. K., 2001. Mathematical modeling of microwave processing of foods: an overview, Food processing operations modeling. Design and analysis. J . Irudayaraj Editor, Pennsylvania. 25. Eren I., Kaymak-Ertekin F., 2007, Optimization of osmotic dehydrationof potato using response surface methodology, 344-352. 170 26. Erle U., Schubert H., 2001, Combined osmotic and microwave-vacuum dehydration of apples and strawberries, J ournal of Food Engineering, 49, 193- 199 27. Farkas D., Lazar M., 1969, Osmotic dehydration of apple pieces: Effect of temperature and syrup concentration on rates, Food Technology, 23 (5), 688- 690. 28. Fellows P.J ., 1992, Food Processing Technology: Principles and Practices, Ellis Horwood, New York 29. Fennema, O.R., 1985., Water and Ice. En Food Chemistry (2º Edition). O.R.Fennema (Ed). Marcel Dekker Inc., New York 30. Fito P., 1994, Modelling of vacuum osmotic dehydration of food, J ournal of Food Engineering, 22, 313-328. 31. Fito P., Pastor R., 1994, Non diffusional mechanisms ocurring during vacuum osmotic dehydration, J ournal of Food Engineering, 21:513 32. Flink J ., 1979, Dehydrated carrot slices: influence of osmotic concentration on drying behaviour and product quality. In Food Process Engineering, eds Linko P, Malkki Y, Olkku, J , Larinkari, J . Applied Science Publishers, London, 412- 418. 33. Flink J ., Karel M., 1970, Effects of process variables on retention of volatiles in freeze-drying. J ournal of Food Science, 35, 444-447. 34. Flink L., Labuza T., Retention of 2- propanol at low concentration by freeze drying carbohydrate solutions. J ournal of Food Science, 37, 617-618 171 35. García A., Iglesias O., Roques M., Bueno J . 1992. Microwave drying of agar gels: kinetics parameters. In Drying ´92, Mujumdar A.S., Ed., Elsevier Science Publishers: NY, 595-606. 36. Gasperet O., Oliveira E., da Silva P. y Magalhaes M., 2004, Influence of Osmotic Treatment on the Drying of “Nanica” Bananas (Musa Cavendishi, L) in a fixed bed Dryer, Información Tecnológica, Vol 15, N° 6, 9-16 37. Giangiacomo R., Torreggiani D., Erba M.L. and Messina G. (1994). Use of osmodehydro-frozen fruit cubes in yogurt. Ital. J. Food. Sci.6, 345-350. 38. Giraldo Bedoya D., Arango Vélez L., Márqjuez Cardozo C, Osmodeshidratación de Mora de Castilla (Rubus Glaucus Benth) con tres agentes edulcorantes www.scielo.org.co 39. Gould G.W., 1992, Ecosystem approaches to food preservation, J . Appl.Bacteriol. Symp. Suppl., 73:58S 40. Grabowski, S., Mujundar, A.S., Ramaswamy, H.S., Strumillo, C., 1994. Osmo- convective drying of grapes. Drying Technology, 12 (5), 1211-1299. 41. Guzman, r. R., Segura, V.E., 1991, Introducción a la tecnología de alimentos. Bogotá: Unisur. 664p. 42. Hawkes J ., Flink J ., 1978, Osmotic concentration of fruits slices prior to freeze dehydration. J . Food Proc. Preserv. 2, 265-284 43. Herrera H, 2003., Atmósferas modificadas y envases para alimentos, Material suministrado por INTI Envases 44. Huxsoll C. 1982. Reducing the refrigeration load by partial concentration of foods prior to freezing. Food Technology, 35 (11), 98-102. 172 45. INAL, Instituto Nacional de Alimentos, ANMAT, Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología Médica, Guía de Interpretación de Resultados Microbiológicos de Alimentos 46. Islam M., Flink J ., Dehydration of potato II. Osmotic concentration and its effect on air drying behaviour. J ournal of Food Technology, 17, 387-403. 47. J arayaman, K. S., Das Gupta, D. K., 1992, Dehydration of fruits and vegetables: recent developments in principles and techniques, Drying Technology, 10, 1. 48. Kader, A.A., 1992., Postharvest biology and technology: an overview. En postharvest Technology of horticultural crops. Ed. A.A. Kader, p. 161-166. Publication 3311, Univesity of california Division of agriculture and natural resources, California 49. Kader A.A., 1992., Modified Atmospheres during transport and storage. En postharvest Technology of horticultural crops. Ed. A.A. Kader, p. 161-166. Publication 3311, Univesity of california Division of agriculture and natural resources, California 50. Karathanos, V. T., Kostaroupolus, A. E., Saravacos, G. D.,1995. Air drying of osmotically dehydrated fruits, Drying Technology, 13, 1503. 51. Khin, M.M., Zhon, W., Perera, C.O., 2006, J ournal of Food Engineering, 7 (1), 84-95 52. Kraisheh M., Mc Minn W., Magee T., 2000, A multiple regression approach to the combined microwave and air drying process, Journal of Food Engineering, 43, (4), 243-250 173 53. Krokida M., Maroulis Z., Saravacos G., 2001. The effect of the method of drying on the colour of dehydrated products, International J ournal of Food Science and Technology, 36, 53-59. 54. Krokida M., Maroulis Z., 2001. Structural properties of dehydrated products during rehydration, International J ournal of Food Sciernce and Technology, 36, 529-538. 55. Labuza T.P., 1980., The effect of water activity on reaction kinetics of food deterioration., Food Technology., 43(4), 36 56. Lazarides, H.N., Katsanidis, E., Nickolaidis, A., 1995. Mass transfer during osmotic pre-concentration during at minimal solid uptake. J ournal of Food Engineering, 25, 151-166 57. Lenart A., Lewicki P., 1988, Energy consumption during osmotic and convective drying of plant tissue. Acta Alimentaria Polonica, 14, 65. 58. Lenart A. y Flink J ., 1984, Osmotic concentration of potato. I. Criteria for the end-point of the osmosis process, J ournal Food Technology, Vol 19, 45-63 59. Lenart A. y Flink J ., 1984, Osmotic concentration of potato. II. Spatial distribution of the osmotic effect, J ournal Food Technology, Vol 19, 65-89 60. Lerici C. , Pinnavaia G., Rosa M.D. and Bartolucci L., 1985. Osmotic dehydration of fruit: influence of osmotic agent on drying behaviour and product quality, J ournal of Food Science, 50: 1217-1219. 61. Li, H., Ramaswamy, H., 2005., Stewart Postharvest Review, Vol1 N°4, Online ISSN: 1745-9656 174 62. Mafart P., 1991, Ingeniería Industial Alimntaria, Procesos Físicos de onservación, Volumen I, Editorial Acribia, S.A., Zaragosa, España 63. Magee T., HAssabalah A., Murphy W., 1983, Internal mass trasfer during osmotic dehydration of apple slices in sugarsolutions. J ounal Food science and Technology, 7, 147-155 64. Maldonado, S., Santapaola, J ., Singh, J ., Torrez, M., Garay, A., (2008) Cinética de la transferencia de masa durante la deshidratación osmótica de yacón (Smalanthus sonchifolius), Ciencia e Tecnologia de Alimentos, vol 28, N°1, Campinas, 1-9 65. Marcotte, M.; Toupin, C. and Le Maguer, M. 1991. Mass transfer in cellular tissues. Part I: the mathematical model. J ournal of Food Engineering, 13: 199- 220. 66. Marra F, De Bonis M.V., Ruocco G., 2010, Combined microwaves and convection heating: a conjugate approach, J ournal of Food Engineering 97, 31- 39 67. Mascheroni, R.H., 2002. Estudios y desarrollos en deshidratación por métodos combinados. IX Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Buenos Aires, 7-9 Agosto de 2002. Simposio ”Avances Tecnológicos en los medios tradicionales de conservación”. 68. Mauro M. A. y Menegalli F. C., 2003, Evaluation of water and sucrose diffusion coefficients in potato tissue during osmotic concentration, J ournal of Food Engineering, Vol. 57, 367-374 69. McMinn W., Magee T., 1999, Studies on the effect of surfactant, blanching and osmotic pretreatments on the convective drying of potatoes, Journal of Food Process Engneering, 22, 419-433. 175 70. Melquíades Y, López C., Rosas M., 2009, Estudio de la cinética de rehidratación de zanahoria (Daucus Carota) deshidratadas, Información Tecnológica, Vol 20, N° 3, La Serena 71. Mossel D.A.A., 1983. Essentials and perspectives of the microbial ecology of foods. Food Microbiology. Advances and Prospects. Society for Appl. Bacteriol. Symposium Series Nº 11. Ed. T.A. Roberts, F.A. Skinner, p. 1. Academic Press, London 72. Mossel D.A.A. e Ingram M., 1955. The physiology of the microbial spoilage of foods. Journal of Applied Bacteriology., 18:232 73. Moy J ., Lau N., Dollar A., 1978, Effects of sucrose and acids on osmovac- dehydration of tropical fruits. J . Food Proc. Preserv., 2, 131 74. Moreira, P., Murr, F., 2004, Mass transfer kinetics of osmosis dehydration of cherry tomato. Journal of Food Engineering, 61, 292-295. 75. Mujica-Paz, H., Valdez-Fragoso, A., López Malo, A., Palou, E., Welti-Chanes, J . 2003 a. Impregnation of some fruits at vacuum pressure. Journal of Food Engineering 56, 307-314. 76. Mújica-Paz, H., Valdez-Fragoso, A., López Malo, A., Palou, E., Welti-Chanes, J . 2003 b. Impregnation and osmotic dehydration of some fruits: effect of the vacuum pressure and syrup concentration. J ournal of Food Engineering 57, 305- 314. 77. Newman G., Price W., Woolf L., 1996, Factors influencing the drying of prunes. 1. Effects of temperature upon the kintics of moisture loss during drying, 1996, Food Chemistry, 57, (2), 241-244. 78. Ochoa Martínez, C.I., Ayala Aponte, A. 2005. Modelos matemáticos de transferencia de masa en deshidratación osmótica, Ciencia y Tecnología Alimentaria, vol 4, N° 5, 330-342. 176 79. Page, G.E., 1949. Factors influencing the maximun of air drying shelled corn in thin layer. Thesis- (M.SCc.), Purdue University, Indiana, USA. 80. Panagiotou N., Karathanos V., Maroulis Z., 1998. Mass transfer modelling of the osmotic dehydration of some fruits, International J ournal of Food Science and Technology, 33, 267-284. 81. Parjoko, K.A., Rahman, M.S., Buckle, K.A., Perera, C.O. 1996. Osmotic dehydration kinetics of pineapple hedges using palm sugar. Lebensmittel- Wissenschaft und-Technolgie, 29, 452-459. 82. Peleg, M., 1998. An empirical model fo the description of moisture sorption curves. J ournal Food Science., 53 (4), 1216-1219. 83. Piotrowski. D., Lenart A., Wardzynski A., 2004, Influence of osmotic dehydration on microwave-convective drying of frozen strawberries, J ournal of Food Engineering, 65, 519-525. 84. Pointing J .D., Watters G.G., Forrey, R.R., J ackson, R., Stanley, W.L., 1966, Osmotic dehydration of fruits, Food Technology, 20, 125. 85. Prabhanjan D., Ramaswamy H., Raghavan G., 1995, Microwave-assisted convective air drying of thin layer carrots, J ournal of Food Engineering, 25, 283- 293. 86. Rahman M., Lamb J ., 1990 Osmotic dehydration of pineapple., J ournal of Food Science and Technology, 27, 150-152. 87. Rahman, S. and Perera C., 1996. Osmotic dehydration: a pretreatment for fruit and vegetables to improve quality and process efficiency. The Food Technologist, 25: 144-147. 177 88. Rahman, M.S., Sablani, S.S., Al-Ibrahim, M.A. 2001. Osmotic dehydration of potato equilibrium kinetics, Drying Technology 19 (6), 1163-1176. 89. Ramallo L., Schvezov C. Y Mascheroni R., 2002, Transferencia de masa durante la deshidratación osmótica de ananá: un modelo matemático sencillo, tesis de maestría, Universidad Nacional de Misisones. 90. Raoult-Wack, A. L., Lafont, F., Ríos, G., Guilbert, S., 1989. Osmotic dehydration: Study of mass transfer in terms of engineering properties. En: Mujumdar, A.S. y Roques, M. (ED). Drying ’89. New York, USA: Hemisphere Publ. Corp., 487-495 91. Rastogi, N.K. and Niranjan, K., 1998. Enhanced mass transfer during osmotic dehydration of high pressure treated pineapple. J ournal of Food Science, 63: 508-511. 92. Rastogi N., Raghavarao K., Niranjan K. Y Knorr D., 2002, Recent developments in osmotic dehydration: methods to enhance mass transfer, Trends in Food Science and Technology, 13, 48-59. 93. Rastogi N., Raghavarao K, 2004. Mass transfer during osmotic dehydration of pineapple considering Fickian diffusion in cubical configuration., Lebensmittel- Wissenschaft und Technologie, 37 (1), 43-47 94. Ravindra M. y Chattopadhyay, 2000, Optimisation of osmotic preconcentration and fluidized bed drying to produce dehydrated quick-cooking potato cubes, journal of Food engineering, Vol 44, 5-11. 95. Rodríguez, M.I., 1998, Estudio de la penetración de microorganismos en frutas mediante el modelo hidrodin{amico, Tesis, Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad Central de Venezuela. 178 96. Rodríguez, M.M., Gori, L.M., Mascheroni, R.H., Pagano, A.M. 2010. Modeling of dehydration kinetics of european plum (Prunus domestica L.) by combined methods. 17th International Drying Symposium - IDS2010. Magdeburg, Germany (aceptado). 97. Saurel R., Raoult- Wacck A., Ríos G., guilbert S., 1994, Mass transfer phenomena during osmotic dehydration of apple.II.frozen plant tissue. International J ournal of Food Science and Technology, 29, 543-550. 98. Sablani, S.S., Rahman, M.S. 2003. Effect of syrup concentration, temperature and sample geometry on equilibrium distribution coefficients during osmotic dehydration of mango. Food Research International, 36, 65-71. 100Sablani, S.S., Rhaman, M.S., Al-Sadeiri, D.S., 2002, Equilibrium distribution data for osmótica drying of apple cubes in sugra-water solution, Journal of Food Engineering, 52, 193-199. 101 Saputra, D. 2001. Osmotic Dehydration of pineapple. Drying Technology 19 (2), 415-425. 102 Sharma R.C., J oshi V. K., Chauhan S.K., Chopra S. K. and Lal B.B (1991). Application of osmosis-osmo-canning of apple rings. J . Food Sci. Technol. 28, 86-88. 103 Shi, X.Q., Maupoey, P.F., 1994, Mass transfer in vacuum osmotic dehydration of fruits: a mathematical model approach, Food Science and Technology, 27, 67-72. 104 Shi, X.Q., Maupoey, P.F., 1993., Vacuum osmotic dehydration of fruits, Drying Technology, 11 (6), 1429-1442. 179 105 Singh, S., Shivhare, U.s., Ahmed, J ., Raghavan, G.S.V 1999. Osmotic concentration kinetics and quality of carrot preserve, Food Research International, 32, 509-514 106 Solms J ., Osman-Ismail F., Beyeler M., 1973, The retention of volatiles with food components. Can. Inst. Food Science Technology J ournal, 6, 10-16 107 Sopanangkul A., Ledward D. y Niranjan K., 2002, Mass transfer Turing sucrose infusión into potatoes under high pressure, journal of food Science, Vol 67, N|6, 2217-2220. 108 Spiazzi, E. and Mascheroni, R.H., 1997. Mass transfer model for osmotic dehydration of fruits and vegetables I. Development of the simulation model. J ournal of Food Enginering, 34: 387-410. 109 Spiazzi, E., Raggio Z., Bignone K., Mascheroni R., 1998. Experiments in dehydrofreezing of fruits and vegetables: mass transfer and quality factors. IIR proceedings Series “Refrigeration Science and Technology”, Sofia, Bulgaria. 110 Themelin A., Lebert A., Danzart M., 1994. Optimisation of food processes combining dewatering and impregnation soaking with air drying. Proceedings of the International Agricultural Engineering Conference, Bangkok, Thailand. 111 Torreggiani D. 1993. Osmotic dehydration in fruit and vegetable processing. Food Research International 26: 59-68. 112 Uddin M.B., Islam N., 1985. Development of shelf-stable pineapple products by different methods of drying. J .Inst. Engrs. Bangladesh 13, 5-13. 113 Vijayanand P., Nagin Chand and Eipeson W., 1995. Optimization of osmótica dehydration of cauliflower, J ournal of Food processing and Preservation, Vol 19., 229-241. 180 114 Voilley A., Simatos D., 1979, retention of arona during freeze and air-drying. In Food Process Engineering, eds linko P., Malkki Y., Olkku J ., Larinkari J ., J ournal of Applied Science Publishers, London, 371-384. 115 Wais, N; Agnelli, M.E and Mascheroni, R.H. , 2005. Combined osmotic dehydration-microwave drying of fruits: application to apple cubes, 2ª Mercosur Congress on Chemical Enginering, ENPROMER, Brasil. 116 Wais, N. L., Santos, M.V., Marani, C.M., Agnelli, M.E., Mascheroni, R.H., 2004. Osmotic dehydration and combined osmotic dehydration-hot air drying of banana and apples slices. Mass transfer and quality issues, Drying 2004, MA Silva and SCS Rocha (Editors), Mujumdar Series, vol. C, 2201. 117 Waliszewski, K., Pardio, V.T., Ramirez, M., 2002, Effect of EDTA>on colour during osmotic dehydration of banana slices, Drying Technology, 20, 1291- 1298. 118 Waliszewski, K.; Texon, N.; Salgado, M. and García, M., 1997. Mass transfer in banana chip during osmotic dehydration. Drying Technology, 15 (10): 2597- 2607. 119 Wang J ., Xiong Y., Yu Y., 2004. Microwave drying characteristics of potato and the effect of different microwave powers on the dried quality of potato. European Food Research Technology, 219, 500-506. 120 Temas en Tecnología de Alimentos, 2002, Volumen 1, CYTED, Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, Instituto Politécnico Nacional, Editorial Alfaomega, México 181 Documents Similar To Secado de Alimentos Por Metodos Combinado_deshidratacion Osmotica_secado Por Microondas y Aire CalienteSkip carouselcarousel previouscarousel nextPermeado Por Ultrafiltración UF Expo 2 FINALGlo Sari Oy Concept OsAgua Para Uso Farmaceuticadate-57c9a0a4a80758.36072996.pdf00012Planta Purificadora de Aguadate-57c978d926b477.19594279.pdfAgua PotableEquipos de filtración por osmosis inversaDESHIDRATACION OSMOTICA ooolivia.docxCATÁLOGO SINTRA WEB.pdfControl Diario de Planta.Efecto de La Ósmosis en La PapaABLANDAMIENTO DEL AGUA.docxOsmosis InversaDeshi Osmot Del ZapalloPROYECTO PURIFICADORA.docxProcesos de PurificacionOsmosis PracticaAsignación de Intensificación de ProcesosVialje Informe Completorcta09111Reporte Quimica 4Practica 03Machaca Marc ASugerencias Para La Calidad Del AguaAgua Tipo 3 Triptico Nuevobebida gaseosa a base de piñaMODELO DEÓsmosisPurificadora de Agua FinalMore From anfemoroSkip carouselcarousel previouscarousel nextAgricultura-de-Traspatio.pdfLibro_Blanco_mail LECHE.pdfDO DE PAPAYA.pdf126.pdflaminados.en.Guadua.pdfManual Debi OlLa Leche o Leche CrudaEXTRACCIÓN DEL ACEITE ESENCIAL DE MANDARINA TESIS 2.pdf05-LÁMINAS DE MAMEY.pdfpeleg en mamey.pdfINFLUENCIA DE UN PRE-TRATAMIENTO OSMÓTICO SOBRE LA.pdfmanualDeBiol.pdfEl Huerto Familiar.pdfcaracteristicas de la leche de cabra.pdfconstitucion politica.docx61413414 4 Propiedades Fisicas de Los Fluidos56214477-NORMAS-MICROBIOLGICASProblem as 201056214477-NORMAS-MICROBIOLGICASProblem as 2010Acuerdo 052 de 2013 (1)DO de uvaArticulo Transferencia de CalorAceite Esencial de Romero56214477-NORMAS-MICROBIOLGICASCineticas de SecadoNorma en GeneralProblem as 2010Norma en GeneralCineticas de SecadoFooter MenuBack To TopAboutAbout ScribdPressOur blogJoin our team!Contact UsJoin todayInvite FriendsGiftsLegalTermsPrivacyCopyrightSupportHelp / FAQAccessibilityPurchase helpAdChoicesPublishersSocial MediaCopyright © 2018 Scribd Inc. .Browse Books.Site Directory.Site Language: English中文EspañolالعربيةPortuguês日本語DeutschFrançaisTurkceРусский языкTiếng việtJęzyk polskiBahasa indonesiaSign up to vote on this titleUsefulNot usefulYou're Reading a Free PreviewDownloadClose DialogAre you sure?This action might not be possible to undo. 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