UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE QUÍMICA INFORME FINAL PROYECTO 232 MODELIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN EN PLANTA PILOTO DE TROZOS DE FRUTAS TROPICALES DESHIDRATADAS Y SECAS, PARA SER USADAS COMO MATERIA PRIMA EN LA PRODUCCIÓN DE CEREALES DE DESAYUNO Y BEBIDAS LÁCTEAS CON FRUTA. Línea de Investigación. Agroindustria de Vegetales Tropicales Grupo de Investigación. Agroindustria de Frutas Tropicales Investigador Germán Antonio Giraldo Giraldo Coinvestigadores Alba Lucia Duque Cifuentes Eunice Ríos Vasquez Clara María Mejía Doria Leonardo Padilla Sanabria Armenia 2008 RESUMEN La conservación de frutas tropicales se estudió, utilizando la técnica de Métodos Combinados, empleando la Deshidratación Osmótica (DO) y el secado con aire caliente (SAC) para producir mango, guayaba, mora y uchuva cristalizada con características que se asemejan a las propiedades organolépticas de la fruta fresca. Se inició el procesamiento de los trozos de fruta con la deshidratación osmótica; este proceso se realizó en dos etapas, el primero fue el pre-tratamiento osmótico “PO”, donde se aplicó pulso a vacío (50 mbar) durante los primeros 10 minutos a las muestras sumergidas en disoluciones de sacarosa (25, 35, 45, 55 y 65 ºbrix), en el segundo las muestras se mantuvieron a presión atmosférica, en las diferentes disoluciones hasta alcanzar el equilibrado (a 24, 48, 96 y 72 horas respectivamente). Los mejores comportamientos se presentaron en: 35 °brix por 24 horas para mango, 45 °brix por 48 horas para guayaba, 25 °brix por 96 y 72 horas para mora y uchuva, respectivamente. Las muestras deshidratadas en el pretratamiento osmótico, se sometieron al secado con aire caliente (SAC) a 35°C durante 6 horas, alcanzando una fracción másica de sólidos solubles (zs) cercana a 0.68. Al final del proceso se obtuvieron productos con bajas concentraciones de humedad y de azúcares, adecuados para ser usados como materia prima en cereales de desayuno y bebidas lácteas. Planteamiento del problema. Las frutas tropicales en su mayoría son estacionales, presentando grandes volúmenes de producción, con incalculables pérdidas poscosecha y volúmenes no cosechados, debido principalmente a problemas relacionados con el mercadeo (entre ellos la infraestructura insuficiente para el transporte desde las zonas de producción) y a la naturaleza muy perecedera de la fruta. 2 Justificación La producción mundial de frutas tropicales alcanzó la cifra de 55,8 millones de toneladas (1997): el 40% fue de mangos, el 23% piñas, el 9% papayas, el 4% aguacates y otras frutas completan el 24% restante. Las frutas tropicales son muy apreciadas por los consumidores, no solamente en estado fresco, sino como ingrediente de productos procesados de consumo diario, como: helados, ensalada de frutas o snack. El consumo de frutas tropicales ha aumentado durante la última década, aunque su cuantificación es difícil por la falta de información requerida para determinar el nivel de consumo en países productores, además de las pérdidas poscosecha y los volúmenes no cosechados; por ejemplo, una gran parte de la producción mundial de mangos no se recolecta, debido principalmente a problemas relacionados con el mercadeo y a la naturaleza muy perecedera de la fruta. (FAO 2000). Hipótesis. La deshidratación osmótica y el secado con corriente de aire, como tratamiento combinado, incrementan la vida útil de las frutas, además confieren características adecuadas para ser usadas como materia prima en los cereales de desayuno y bebidas lácteas con fruta. Objetivo general Modelización de la producción en planta piloto de trozos de frutas tropicales deshidratadas y secas, para ser usadas como materia prima en la producción de cereales de desayuno y bebidas lácteas con fruta. Objetivos específicos Determinación del efecto de la concentración de la solución de sacarosa (como agente osmótico) y la aplicación del pulso a vacío, en los procesos cinéticos y de rendimiento, en planta piloto, responsables 3 de la pérdida de agua y ganancia de azúcar, asociados con la disminución de masa y volumen en cada fruta. Identificación del mejor pretratamiento de deshidratación osmótica y secado de la fruta, evaluado en cuanto a la respuesta mecánica y sensorial del producto terminado. Caracterización fisicoquímica, microbiológica y sensorial de la fruta deshidratada en planta piloto, evaluando las muestras comparativamente con productos comerciales elaborados por los productores de cereales y bebida láctea con frutas. INTRODUCCIÓN El mango, la guayaba, la uchuva y la mora son frutas de una alta aceptación; pero presentan una alta perecibilidad en el periodo de poscosecha, debido a las precarias condiciones de manejo poscosecha en las zonas productoras. Estas frutas son muy apreciadas en estado fresco (FAO) La deshidratación osmótica a baja temperatura, puede ser una tecnología adecuada como pretratamiento de las frutas, ayudando a prolongar su vida poscosecha y manteniendo el sabor y otras propiedades sensoriales. Los tratamientos osmóticos con aplicación de pulso a vacío (DOPV), al inicio del proceso, pueden producir efectos benéficos en la cinética de deshidratación osmótica y en la calidad de las frutas (Chiralt y Fito, 1998). La DOPV extrae de la fruta el gas de los poros y lo reemplaza por la disolución osmótica, retardando los procesos de oxidación enzimática por ausencia del oxígeno (Fito et al, 1996). La concentración de la disolución osmótica afecta directamente la respuesta a la impregnación a vacío (IV) (Giraldo, 2006), modificando las características de la fruta. La sacarosa es uno de los azúcares predominantes en las frutas (Gil et al, 2000) y por eso su uso en deshidratación osmótica confiere unos cambios mínimos a las propiedades sensoriales del producto. El proceso de equilibrio muestra el momento donde la fruta se iguala composicionalmente con la disolución. La deshidratación osmótica pasa por varios estados de equilibrio; uno de ellos se manifiesta en la mayor pérdida de 4 agua desde el alimento hacia la disolución concentrada y la menor ganancia de sólidos solubles hacia el interior del alimento (Barat et al, 2001). Otro se alcanza cuando se iguala la actividad del agua (aw) del alimento con la disolución osmótica La alta viscosidad de las disoluciones produce un menor grado de impregnación en el equilibrio, incrementándose con el uso de la IV, favoreciendo los cambios en la composición y variación de la masa (Giraldo et al, 2003) Las tecnologías en el procesado de frutas tropicales para ser usadas como materia prima ideal para la elaboración de tortas, pasteles, cereales de desayuno, mermeladas, producto lácteos con frutas, jaleas, helados, salsas, postres, hacen parte de los estudios realizados por métodos combinados para conservar mango, piña, melocotón, entre otros, alcanzando buenos resultados al preparar productos de humedad intermedia y escarchado (Aguilera y Chirife, 1994; Giraldo et al, 2003). Diferentes autores reportan resultados sobre el equilibrado osmótico en frutas; en mango el equilibrado con pulso a vacío, se alcanzó a las 72 horas (Giraldo et al, 2003), en piña a las 24 horas de tratamiento con pulso a vacío y 48 horas con presión atmosférica, en fresa entre las 72 y 96 horas, mientras que en kiwi se alcanzó entre 48 y 72 horas (Talens et al, 2002). En cuanto al secado de frutas Giraldo et al (2002) en mango obtuvo un producto de muy buena aceptación al mezclar secado convectivo con deshidratación osmótica; Castaño N et al, 2007, en fresa liofilizada, lograron una respuesta muy satisfactoria al combinarla con deshidratación osmótica. MARCO TEÓRICO La alta perecibilidad de las frutas tropicales, limita el mercado y consumo de la fruta fresca en los mercados internacionales, debido a que presentan un periodo de vida muy corto, aunque su manipulación se realice bajo condiciones controladas (Ej.: las moras a 5ºC duran de dos a tres días, el mango a 13ºC de dos o tres semanas, la guayaba a 5ºC de dos a tres semanas, el lulo a 8ºC 10 días y la uchuva a 8ºC cinco días), y cuando su manejo se realiza a temperatura 5 ambiente, su vida disminuye hasta tres veces el tiempo alcanzado bajo condiciones especiales. Considerando la alta perecibilidad y el incremento de la demanda de frutas tropicales por los mercados internacionales, la FAO para América Latina y el Caribe (RLC) bajo los auspicios de la Red de Cooperación Técnica en Procesamiento de Frutas y Hortalizas, y con la colaboración de la Secretaria de Educación Pública de México, programó el "Seminario – taller: El estado actual y el desarrollo de la pequeña agroindustria en el Medio Rural en América Latina”. En esa reunión se presentaron las siguientes recomendaciones: Implantación de proyectos regionales y nacionales de capacitación en planificación y tecnología de agroindustrias rurales (AIR), para procesar frutas y hortalizas a mediana y pequeña escala y para fomentar la agroindustria rural de productos perecederos de la Región, concientizando a los gobiernos acerca del efecto que tiene la agroindustria en el desarrollo socioeconómico del sector rural. Orientación de las investigaciones aplicadas a la generación de tecnologías apropiadas en el procesamiento de frutas y hortalizas, adaptando y modernizando las tecnologías tradicionales, teniendo en cuenta la conservación del medio ambiente. Mayor énfasis de la FAO en el apoyo a la creación de pequeñas agroindustrias comerciales en programas de desarrollo rural. Esta propuesta es concordante con las recomendaciones de la FAO y con el objetivo principal del Plan de Acción de la FAO para América Latina y el Caribe, donde se promociona el desarrollo de industrias y servicios en las áreas rurales, con el fin de mejorar la calidad de vida. Colombia es un país privilegiado por la variedad de climas que posee, de acuerdo con el último estudio sobre zonificación agroecológica, el país tiene un potencial agrícola de 14.274.000 hectáreas, extensión equivalente al 12% de la superficie nacional. Estadísticas recientes indican que el uso agrícola de la tierra se da en 5.320.000 hectáreas, de las cuales cerca de un millón corresponden a cultivos de café, dato que arroja un claro indicio de la posibilidad de expansión de 6 la frontera agrícola. El trópico cálido representa alrededor del 82% del territorio nacional (93.257.000 hectáreas); en la franja cálida húmeda y muy húmeda se encuentran las selvas y sabanas; por su parte, en la franja cálida sub-húmeda y seca se concentra la mayor intervención de cultivos comerciales de algodón, arroz, caña de azúcar, sorgo, soja, ajonjolí, maní y frutas tropicales. Colombia es uno de los principales productores en Latinoamérica de diferentes categorías de productos intermedios y productos finales, en donde se encuentran: bebidas, productos lácteos; cereales; snacks; confitería; aceites y margarinas; mezclas para productos como gelatina, jaleas, etc; salsas y condimentos como mayonesa, mostaza y salsa de tomate; productos de panadería y alimentos para animales. Para el sector de bebidas de frutas en el año 2001 Colombia fue el principal consumidor entre los países de América Latina, con un volumen de 29 litros/habitante año, seguido por México con 10 litros anuales por habitante. Se espera que el consumo de bebidas de frutas continúe creciendo, como lo hizo entre el año 2001 con un consumo de 1.164,4 millones de litros, y el 2006 de 1.455,6 millones de litros, lo cual representa un crecimiento de 25%. Los subsectores de mayor participación dentro del sector de Alimentos Procesados son los productos lácteos con un 15%, molinería con un 13%, carne y pescado con un 11%, azúcar con un 11% y panadería con un 9% (Figura 1); estos productos constituyen el 59% del total de la producción del sector. Los productos alimenticios son el principal subsector dentro de la industria agroalimentaria y su participación dentro del total aumentó al pasar del 64% en 1999 al 70% en 2001. Es importante establecer que este renglón es muy heterogéneo, dada la variedad de productos manufacturados y las materias primas utilizadas para su fabricación, que proceden principalmente del sector agropecuario (PROEXPORT Colombia, 2003). 7 Figura 1: Principales Subsectores de la Industria de Alimentos Procesados (PROEXPORT, 2003). Según los tratados de libre comercio firmados por Colombia, direccionan el perfil sectorial de alimentos procesados, estableciendo que Colombia es un mercado medianamente atractivo para la inversión, en el que se destacan principalmente el tamaño de su mercado y el potencial inmediato de crecimiento de algunos subsectores, en particular el de lácteos. Sin embargo, es el potencial como plataforma exportadora el que debe guiar a Proexport en su promoción proactiva de la inversión en el sector. Las debilidades en infraestructura del frío, en empaques, y en acceso a las materias primas en el mediano plazo afectarán la capacidad del sector para expandirse, innovar y competir en mercados externos. Para tal efecto, es necesario explorar el interés de las grandes compañías colombianas de alimentos que manejan sus propias cadenas de frío para expandir su operación comercialmente junto con socios estratégicos internacionales (los chilenos y canadienses son líderes en el continente). Esta estrategia es un primer paso para enfrentar estos cuellos de botella competitivos y ayudar a impulsar cualquier otro esfuerzo de promoción en los nichos particulares del sector. Según la Corporación Colombia Internacional CCI, existen ciertas líneas prioritarias y atractivas en las que Colombia puede participar en la dinámica del comercio internacional. Se trata de la agricultura que lograría fortalecer a la agricultura 8 tradicional. Estas líneas son: hortofrutícola, acuícola, y carnes y productos lácteos. En estos subsectores, la curva de crecimiento va del 3 al 5% anual y la participación en el mercado mundial ha pasado de US $ 60.000 millones a US $286.000millones en los últimos cinco (5) años. Finalmente, con el advenimiento del TLC con los EEUU vemos también una interesante oportunidad para hacer promoción proactiva del sector con inversionistas interesados en el mercado de los alimentos hispánicos de EEUU. (Portafolio, agosto 5 de 2005) Colombia en el renglón de la economía agrícola presenta un panorama muy interesante para el desarrollo de productos especializados y competitivos, así como un gran potencial en la industria manufacturera de los alimentos. La Asociación Nacional de Industriales señala al respecto cómo esta industria a raíz del proceso de apertura económica, ha desplegado estrategias de competitividad para lograr una mayor eficiencia en los procesos y mejorar la racionalización de los costos operativos. Los resultados son comparativamente satisfactorios respecto a otros países del área como: México, Argentina, Brasil y Bolivia. Industria de alimentos en crecimiento La industria de los alimentos y bebidas creció globalmente un 4% entre 2003 y 2004, y ha tenido un crecimiento sostenido durante la última década. Gran parte de éste fenómeno se debe a que el consumidor elige productos sanos, cuyo consumo resulta más fácil y conveniente. Los sectores más significativos para esta industria, en términos de valor agregado, son las carnes, los productos lácteos, las frutas procesadas, los vegetales preservados y los alimentos especializados. Otros nichos de mercado son los productos de pastelería y la manufactura de tortilla, los granos y aceites naturales, productos alimenticios para animales y productos alimenticios del mar. Estados Unidos lidera el mercado global de alimentos procesados. A medida que el ingreso per cápita asciende, los consumidores tienden a preferir una mayor variedad de productos similares y tienden también a comprar productos de marca. De las 15 empresas más grandes del mundo, productoras de alimentos procesados, 10 son estadounidenses. Entre ellas están Kraft, Coca Cola, Kellogs 9 y Heinz. Cuatro de las 15 principales multinacionales de alimentos tienen presencia hoy en Colombia: Nestlé, Unilever, Kraft y Coca Cola. En Colombia, el sector de alimentos procesados comprende 725 empresas que, en 2004 tuvo una producción bruta de US $ 6,647.3 millones, con un crecimiento del 20.8% sobre el año anterior, generando 77,890 empleos directos. La producción total de bebidas comprende 165 empresas y tuvo una producción bruta de US $2,013.6 millones con un crecimiento de 16.9% sobre el año anterior, generando 14,252 empleos directos. Las exportaciones totales de alimentos, bebidas y tabaco en el año 2004 ascendieron a US $ 1174 millones y su crecimiento con respecto al año anterior fue de 17.4%. Los principales destinos exportadores de alimentos procesados son Estados Unidos (34%), Venezuela (14%) y Japón (11%). El rubro exportador de mayor monto en el sector de alimentos procesados es el de transformación y conservación de pescado y sus derivados, que vendió aproximadamente US $ 342 millones en 2004, seguido por la producción y transformación de carne y sus derivados, que exportó US $202 millones. El rubro con mayor crecimiento en exportaciones en 2004 fue el de elaboración de cacao, chocolate y otros productos de confitería, que creció 176% con respecto a 2003. La exportación de bebidas tuvo un crecimiento del 28% con respecto al año anterior. (Fuente: PROEXPORT, 2006) Tendencias del sector La tendencia más importante en el sector alimentos hoy, tiene que ver con la preocupación de los consumidores por la belleza, la salud y el bienestar (el término utilizado en inglés es wellness). Las grandes firmas de alimentos procesados han observado esta tendencia en la industria de los cosméticos y belleza y están diseñando sus estrategias para productos saludables o de wellness teniendo en cuenta los aprendizajes derivados de ella. Así, el estudio global de tendencias en alimentos de Nielsen señala que la categoría de mayor crecimiento global en el 2003 fue la de bebidas con base en la 10 soya, que registró un crecimiento de 31%. Las bebidas con base en yogur le siguieron con un crecimiento global del 19%. Otras categorías con crecimientos importantes fueron las comidas preparadas (ready to eat meals), la fruta congelada, las vinagretas refrigeradas, las ensaladas preparadas y listas para consumir, la carne congelada y el agua embotellada. El reporte señala un interés creciente en las comidas étnicas (particularmente en el mercado de Estados Unidos), productos de salud y nutrición, alimentos orgánicos y comida para mascotas. El subsector de los alimentos orgánicos ha experimentado crecimientos del 17 al 22% en los últimos cinco años en el mercado estadounidense y se espera que para el 2009 genere ventas de aproximadamente US $32 billones en este mercado. Entre los principales competidores en estos mercados se encuentran: Estados Unidos con yogur, jugos y carne tiene el mercado más grande entre los competidores de Colombia, y 11 acuerdos comerciales regionales que le dan un mercado ampliado. Brasil participa en los rubros de carne y lácteos, tiene un mercado de casi 180 millones de consumidores, lo cual lo hace muy atractivo para las inversiones en alimentos. Se destaca también por sus exportaciones agrícolas de 24 mil millones, medida que indica la disponibilidad de materias primas agrícolas en condiciones competitivas. México con 105 millones de habitantes compite en lácteos y productos hispánicos, tiene un buen mercado ampliado gracias a sus ocho acuerdos bilaterales de comercio y, exportaciones agrícolas de nueve mil millones de dólares debido al fácil acceso a las materias primas agrícolas en condiciones competitivas. Argentina en los rubros de carne, lácteos, yogur, helados y jugos, tiene un mercado de casi 40 millones de personas y un crecimiento esperado del PIB per cápita del 3.3% en el 2006. Argentina es el quinto productor mundial de carne y el líder en exportaciones de carne de caballo a nivel mundial. Chile tiene un mercado pequeño especialmente en pescado, helados, yogur y jugos, pero presenta el crecimiento más alto del PIB per cápita entre los competidores (estimado en 3.8% para el 2006). 11 Las exportaciones uruguayas de carne equivalen a una cuarta parte de las exportaciones totales del país. Uruguay exporta 400,000 toneladas de carne de res y 13,000 toneladas de cordero anuales a más de 70 países del mundo. Ecuador se destaca en el comercio del pescado y productos derivados. Fortalezas de Colombia Mercado interno. Colombia tiene 45 millones de habitantes, la tercera población más grande de América Latina. La recuperación económica repercutirá en el poder de compra de los colombianos, quienes hoy consumen menores cantidades de productos derivados de la leche (yogur, helados) que sus vecinos, y significativamente menos que en los mercados desarrollados. En Colombia se consumen 1.6 litros de helado per cápita por año, mientras que en Argentina y Chile se consumen de 6 a 10 litros, en Estados Unidos 10 litros y en Europa 14 litros. Mientras que en Colombia se consumen 3kg per cápita de yogurt por año, en México y Argentina se consumen 10kg y en Francia 38kg por persona. Las entrevistas revelan que el consumidor colombiano se está sofisticando en sus gustos y que se comienza a vislumbrar la tendencia de consumo de productos mas convenientes, fáciles de preparar y saludables, lo cual genera nuevas oportunidades para la introducción de productos. Se estima que el PIB per cápita colombiano crecerá 1.9% en el 2006, una tasa promedio entre los competidores, superada sólo por la de Chile (3.8%) y Argentina (3.3%). En cuanto al acceso a mercados externos, Colombia está en una posición similar a sus competidores. Colombia Productiva estima que tiene acceso a un mercado ampliado de 419 millones de personas, lo cual nos sitúa después de Chile (con acceso a 924 millones) y México (846 millones), pero delante de Brasil (con un mercado externo de 139 millones). Sin embargo, una notable fortaleza de Colombia es la relativa estabilidad percibida de su tasa de cambio entre los competidores, factor importante para la planeación estratégica de exportaciones. 12 Ubicación geográfica La fortaleza de la ubicación geográfica colombiana es innegable por el potencial de generación de materias primas para alimentos, acceso a dos océanos y cercanía relativa a los EEUU. Su localización en el trópico implica que tiene una elevada capacidad de fotosíntesis (aproximadamente 12 horas de luz solar, 365 días del año), lo cual acelera el crecimiento de los frutales, los granos, las hortalizas y los pastos para alimentar ganado. Costos de transporte interregionales. En el sector alimentos, la cercanía física con los mercados es importante en particular para la exportación de productos perecederos. Su posición le da ventaja de cercanía con el mercado de Estados Unidos (frente a los competidores del Cono Sur) y de los mercados andinos. En términos de costos de transporte para el comercio interregional, Colombia tiene el mejor promedio de costos regionales entre sus competidores. La CEPAL estima que los costos de transporte fueron equivalentes al 5.2% de las importaciones que recibió la región de Colombia en 2002, mientras que los costos de transporte de las importaciones regionales de Brasil y México fueron de 7.6 y 8%, respectivamente. Debilidades de Colombia Acceso a materias primas / proveedores. A pesar de su ubicación tropical privilegiada para el crecimiento de las frutas y verduras, los productores y particularmente aquellos con escalas de producción importantes tienen problemas en asegurar la consistencia en la cantidad y calidad de sus materias primas, debido a las siguientes restricciones: Limitadas plantaciones de gran escala y tecnológicamente capacitadas para maximizar la demanda y asegurar la calidad Problemas de logística (incluida la falta de operadores a escala comercial de la cadena del frío) y seguridad (pérdida de inventarios, inmovilización de la carga) Falta de sofisticación en la preservación de los productos. 13 Una aproximación que sirve para entender la disponibilidad de materias primas en comparación con los competidores de la región son las exportaciones de productos agrícolas como porcentaje del PIB agrícola (esto asume que si se exportan, hay acceso interno a estas materias primas en condiciones competitivas). En el mediano plazo, asegurar el acceso adecuado a materias primas para alimentos procesados de valor agregado requerirá inversión en maquinaria y tecnificación de las plantaciones en Colombia. Las oportunidades en producción agrícola están claramente demarcadas por las tendencias favorables que se aprecian en el sector de los alimentos: entre otros ejemplos se podría citar a la industria del azúcar, que ha crecido de manera destacada gracias al aumento de las exportaciones, pasando de 723.600 toneladas en 1994 a 862.000 en 1995, también el crecimiento del mercado interno de los productos de panadería, dulces y bebidas; el sector frutícola presenta un interesante porvenir, ya que se calcula que este mercado alcanza en Colombia los 500 millones de dólares; además, algunas investigaciones recientes demuestran que el negocio de las pulpas ofrece una tasa de crecimiento anual mínima del 15% y el de las frutas frescas del 12%, estimándose que la demanda externa crecerá con una tasa del 5% hasta el año 2020. También se presentan atractivas las posibilidades de crecimiento en las industrias alimentarías de la confitería, chocolatería, láctea y galletería. Las actividades de transformación y procesamiento, servicios conexos de transporte y comercialización y el comercio exterior, maximizan la importancia económica y social del sistema agroalimentario. La inserción de Colombia en esta política será posible en la medida que se genere un amplio movimiento alrededor de la calidad, productividad y competitividad, para lo cual es necesario definir prioridades, en el caso de la agroindustria rural el solucionar los principales problemas, entre los que se destacan: la falta de planeación estratégica, la baja productividad y competitividad, el problema tecnológico de la poscosecha, la falta de compromiso institucional para fortalecer la agroindustria y la escasa organización de los pequeños productores. Una de las tendencias observadas en el comercio internacional es la creciente participación de las exportaciones de productos más procesados, lo cual ya es 14 notorio en países como México, Brasil y Argentina y menos en Colombia. Esto se observa al analizar el cambio de la balanza de bienes agropecuarios procesados (Agroindustria), los que a partir de 1995 fluctúan con un saldo positivo de U.S. $2000 millones, además la tasa de desempleo rural pasó de 4.5% a 10% en una década. Machado visualiza el futuro del sector agropecuario, como una gran agroindustria dinámica y endógena, que arrastra tras de sí las capacidades empresariales y el conocimiento, donde el estado atiende la provisión de bienes públicos. Se observa que durante los años de 1997 a 1999 las importaciones de frutas tropicales son ascendentes para la mayoría de los principales importadores tales como Francia, Alemania, Reino Unido, Holanda e Italia. El resto de los países de la unión Europea, realizan menores importaciones, sin embargo la tendencia es en general ascendente. Existen tecnologías en conservación de frutas que ayudan a incrementar la vida útil durante el almacenamiento y con las cuales hoy se comercializan, algunas de estas son: el control de la temperatura y la composición de la atmósfera (AC), la congelación, el enlatado, la deshidratación y el secado, entre otras. Sin embargo, algunos de estos tratamientos resultan muy costosos económicamente, otros muy agresivos desde el punto de vista de la textura, color y sabor, ocasionando pérdidas en los mercados o en los atributos de la fruta. La vida de las frutas depende mucho del contenido y disponibilidad del agua, por ser este el componente mayoritario, ya que es responsable de los cambios físicoquímicos y bioquímicos de los alimentos. Por ello, disminuir la disponibilidad del agua necesaria para el crecimiento microbiano, es lo más importante en todos los procesos de conservación, como: la liofilización, congelación, deshidratación, el secado, etc. De los procesos de conservación citados, la deshidratación (a temperaturas suaves) es uno de los recomendados como pretratamiento, para conservar fruta con unas características que nos recuerdan la fruta fresca (Lewicki P, 1998). La producción de frutas deshidratadas osmóticamente en la actualidad se asocia al consumo directo (fruta confitada), repostería o decoración, y poco como materia 15 prima para la elaboración de productos derivados o formulados, como: Cereales para desayuno, mermeladas, derivados lácteos con fruta, jaleas, helados, salsas, postres, entre otros, debido a que la deshidratación osmótica (DO) mantiene en gran medida las características naturales de la fruta. Por otra parte, se indica que en las bebidas lácteas estas absorben parte del agua de la leche durante la coagulación, produciendo la homogeneidad del producto y la disminución de la separación de sueros (Giangiacomo et al, 1987; Maltini et al, 1993; Torreggiani D, 1993). En las últimas décadas se ha observado un aumento significativo en la demanda de yogurt con frutas (Ajam et al; 1993). La razón de este crecimiento se debe fundamentalmente a que las frutas imparten su sabor y aroma al producto, dejando una imagen de frescura muy apreciada por el consumidor (Ajam et al, 1993; Maltini et al, 1993). Las frutas tropicales secas son una alternativa para el mercado nacional e internacional de frutas frescas. La oferta tecnológica es altamente valorada, debido a que el proceso propuesto presenta buenas características organolépticas en el producto final. En cuanto al aporte económico, social y político se presenta como un proyecto que invita a la dinamización de la economía generando sistemas industriales altamente competitivos. Existen en la mayoría de las regiones colombianas productores de fruta de buena calidad y que por falta de oportunidades comerciales se están viendo avocados a cambiar sus cultivos por otros que cuentan con una mejor demanda comercial. El mango, la guayaba, la mora y la uchuva son frutas tropicales de alta aceptación mundial y de gran valor nutricional; sin embargo, apenas son comercializadas debido a las precarias condiciones del manejo poscosecha en los países productores. Estas frutas son muy apreciadas por los consumidores para su consumo en fresco y como ingrediente para helados, jugos, salsas y ensalada de frutas (FAO 2000). La deshidratación osmótica a temperatura ambiente puede ser una tecnología adecuada como pretratamiento del mango y la guayaba, ya que con ella se 16 ayuda a mantener el flavor y otras propiedades sensoriales en las frutas. Los tratamientos osmóticos, con aplicación de vacío al inicio del proceso (DOPV), pueden producir efectos benéficos en la cinética del proceso y en la calidad en las frutas (Fito P & Chiralt A, 2000), estos efectos son debido a que se extrae de la fruta el gas de los poros y lo reemplaza por la disolución osmótica (Giraldo G, 2004). La fruta sometida a deshidratación osmótica en disoluciones de baja concentración se ve afectada positivamente por la impregnación a vacío (IV), lo que favorece la ganancia de solutos (Giraldo G et al, 2003; Barat, J M et al, 2001a) y ayuda a modificar las características del producto. La sacarosa es uno de los azúcares predominantes en las frutas (Gil A, et al 2000) y por eso el uso de ésta en proceso de deshidratación osmótica DO, busca conferirle pocos cambios a las propiedades sensoriales del producto final. El proceso de DO pasa por varios estados de equilibrio; uno de ellos está dado por el mayor flujo del agua desde el alimento hacia la disolución concentrada y por la menor ganancia de sólidos solubles hacia el interior del alimento (Fito P. & Chiralt A., 1997), el otro equilibrio se alcanza cuando se iguala la actividad de agua (aw) del alimento con la de la solución osmótica (Argaiz A et al, 1995; Vial C et al, 1991). La alta viscosidad de la solución osmótica, produce un menor grado de impregnación en el equilibrio, pero se incrementa con el tiempo de impregnación, lo que impacta el equilibrado osmótico, y contribuye a los cambios en la composición y variación de la masa (Giraldo G, 2004). Diferentes autores reportan algunos resultados del equilibrado osmótico en frutas, por ejemplo: el mango en una disolución de 45ºBrix, alcanzó el equilibrado osmótico a las 72 horas (Giraldo et al, 2003). La piña alcanzó el equilibrio a las 24 horas de tratamiento con pulso a vacío y 48 horas con presión atmosférica (Barat J M et al, 2000). La fresa alcanzó el equilibrio a las 72 y 96 horas, mientras que en el kiwi lo alcanzó entre 48 y 72 horas (Talens P, 2002). El conocimiento de la humedad y la aw en las isotermas de desorción en las frutas frescas y procesadas es fundamental para poder realizar estudios de 17 conservación o transformación de alimentos, ya que estos valores se podrían utilizar para predecir la vida del producto durante la conservación, la transformación, el almacenamiento y la comercialización, también son valiosos para resolver algunos problemas en operaciones de secado (Martinez N, Andres A, Chiralt A, Fito P, 1998). La reducción del contenido de agua en los alimentos es uno de los métodos comúnmente empleados para la conservación o transformación. Las tecnologías más utilizadas están basadas en la evaporación del agua, aunque recientemente, cobra gran interés la DO debido a las bajas temperaturas usadas (20-50°C), lo cual evita el daño de productos termolábiles, además de reducir los costos de energía para el proceso. Este tratamiento produce dos efectos principales: flujo de agua desde el producto hacia la solución hipertónica y flujo de solutos hacia el interior del alimento, estas aplicaciones pueden mejorar las propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales Además de aumentar la estabilidad durante el almacenamiento, modifican el contenido de sólidos al final del proceso de DO (Johnson P-N.T, Brennan J.G, 2000).Los modelos matemáticos, como las ecuaciones de Henderson , Clausius - Clapeyron y BET (el Lima & Cal-Vidal, 1983; Palou, López-Malo, & Argaiz, 1997) son de mucha utilidad en estas operaciones, ya que mediante la solución podemos obtener datos referentes a la velocidad de equilibrio, calor de absorción y estabilidad del proceso bajo los cuales se disponen las muestras vegetales. En este trabajo se realizaron procesos de secado de las frutas en una estufa a vació a condiciones establecidas de presión y temperatura constante y cuyos resultados son tomados en función de diferencias másicas y determinación de a w por punto de rocío, los resultados se analizaron bajo las ecuaciones de BET, Henderson y Caurie con el propósito de crear un método para que las industrias generen sus propios estándares de proceso. La producción de trozos de fruta seca, acondicionada para ser incorporada a los cereales de desayuno y bebidas lácteas, es un proyecto tecnológicamente viable y generador de alta competitividad en el sector de las frutas, debido a que se mantienen en gran medida las características sensoriales. En cuanto a la 18 aplicabilidad este se proyecta como un modelo para la industrialización, y se podría considerar como un modelo dinamizador de la economía en la región. Los productos deshidratados no recuperan la totalidad de las propiedades estructurales después de la rehidratación como consecuencia de los daños que tienen lugar durante el secado y el fenómeno de histéresis que acontece durante la rehidratación. Las características del producto rehidratado serán tanto más similares a las características del producto fresco cuanto menores sean los cambios provocados por el proceso de deshidratación u otros tratamientos previos. El mecanismo de rehidratación de productos previamente deshidratados se ve afectado por diversos factores, como la temperatura, el tipo de líquido, el producto a rehidratar, etc, los que pueden influir tanto sobre la absorción de agua como sobre la pérdida de sólidos solubles. Así pues, diversos autores han estudiado estos factores que pueden afectar a la absorción de agua: El departamento del Quindío se puede convertir en piloto para trabajar implementar este proyecto, debido a que cuenta con minifundios en la producción de frutas tropicales, colegios agropecuarios, planta piloto en la Universidad del Quindío, el puerto seco y la zona franca. Además las políticas del gobierno departamental que están consignadas en la Agenda Departamental de Ciencia y Tecnología, contempla además un plan de penetración de productos del Quindío en los mercados internacionales, el apoyo a la investigación y desarrollo de la agroindustria regional y la orientación del modelo educativo departamental para responder a la vocación productiva regional, entre otras. METODOLOGÍA Las frutas como: mango, guayaba, uchuva, mora y lulo, se adquirieron en el comercio mayorista de frutas de la ciudad de Armenia, estas se refrigeraron a las temperaturas de 5 y 10°C, apropiadas para su conservación (según se reporta en estudios descritos anteriormente). Se utilizaron en todos los procesos un total de 19 35 lotes de cada fruta seleccionada (10 para cinética, 10 para equilibrio, 6 para escarchado, 2 para rehidratación y 7 para sensorial). Clasificación y preparación de la muestra. Las frutas se seleccionaron con un grado de maduración similar, por color (mora, uchuva y lulo) y por color o presión (mango y guayaba), técnica aceptada en las frutas que permiten una ligera deformación, y según Ibar (1986) es un criterio no destructivo y adecuado para definir un nivel de madurez razonablemente uniforme. Las frutas luego de ser seleccionadas se lavaron con agua potable y se desinfectaron con una solución de hipoclorito (150 ppm), el lulo, la guayaba y el mango se pelaron y se cortaron en láminas de aproximadamente 1 cm de largo por 1 cm de ancho por 0.5 cm de alto, mientras que la mora y la uchuva se trabajaron en mitades. Agente Osmótico Se prepararon disoluciones de sacarosa, grado alimenticio, en agua potable a diferentes concentraciones. Obtención y preparación de la solución osmótica La preparación de las disoluciones de sacarosa se realizó por mezclado en diferentes proporciones (25:75; 35:65; 45:55; 55:45 y 65:35 %p/p), a las disoluciones obtenidas se le determinó la aw. EQUIPOS UTILIZADOS Equipo de deshidratación osmótica e impregnación a Vacío Las experiencias de deshidratación osmótica e impregnación a vacío se realizaron en un equipo piloto que consta de dos secciones: deshidratación y vacío. La sección de deshidratación se compone de: Tanque de deshidratación osmótica de 12 litros. 20 Sonda de medida de temperatura. Cestas de plástico de 10 cm de altura y 20 cm de diámetro. La sección de vacío se compone de: Tanque de vacío con tapa de sellado. Canastillas plásticas. Bomba para producir el vacío. Manómetro. Secador con corriente de aire y microondas El sistema de secado se basó en un secador convectivo asistido por microondas. En el circuito de microondas se distinguen las siguientes partes: la fuente de alimentación, el magnetrón, un aislador, un acoplador donde va instalado el medidor de potencia y la cavidad. La fuente de alimentación proporciona la corriente necesaria para alimentar el magnetrón. DISEÑO EXPERIMENTAL Caracterización de la fruta Las frutas seleccionadas para los estudios cinéticos, de equilibrio y escarchado se caracterizaron en estado fresco en su color, humedad, °brix, pH, dureza y actividad de agua. Estudio cinético de los tratamientos osmóticos Se llevaron a cabo 10 tratamientos de deshidratación osmótica, para cada fruta, considerando las siguientes variables: Soluciones osmóticas con fracción de sólidos solubles (zs) = 0,25; 0,35; 0,45; 0,55 y 0,65 de sacarosa. Proceso a presión atmosférica (DO) o con pulso a vacío (DOPV). 21 Las muestras de cada tratamiento se colocaron previamente marcadas, en bandejas numeradas. Se llevaron al tanque del deshidratador osmótico con la disolución de sacarosa correspondiente. Para los tratamientos DOPV, el tanque se cerró herméticamente y la presión alcanzó en promedio 50 mbar, manteniéndose el vacío durante 10 minutos. Después se restableció la presión atmosférica y se procedió como en los tratamientos DO. Cinética de la deshidratación osmótica En cada tratamiento se tomaron muestras por triplicado a los siete tiempos de los procesos DO y DOPV (0, 15, 30, 45, 60 min, 3 y 5 h) para su análisis. En ellas se determinaron para cada tiempo la masa, el contenido en agua y sólidos solubles por los procedimientos descritos a continuación, al igual que la a w. A partir de los datos medidos, se calcularon a cada tiempo de proceso las variaciones netas de masa (M), humedad (Mw) y solutos (Ms) mediante las ecuaciones siguientes. M M w M s mt m0 m0 mt xwt m0 xw0 m0 m t x sst m 0 x ss0 m0 (Ecuación 1) (Ecuación 2) (Ecuación 3) Donde: m: masa de la muestra. xw: humedad de la muestra. xss: contenido en sólidos solubles de la muestra. Subíndices: 0: valor inicial, t: a tiempo t de proceso Para todas las experiencias se validaron los balances de materia mediante la ecuación siguiente. 22 M M w M s (Ecuación 4) Equilibrio de la deshidratación osmótica Después de realizar la cinética de la deshidratación osmótica y conocer el comportamiento de las frutas a tiempos cortos, tratadas con diferentes concentraciones de la disolución, se realizaron 10 tratamientos de equilibrado osmótico, considerando las siguientes variables: Soluciones osmóticas con zs = 0,25; 0,35; 0,45; 0,55 y 0,65 de sacarosa. Proceso a presión atmosférica (DO) o con pulso a vacío (DOPV). Las muestras de cada tratamiento se colocaron previamente marcadas, en bandejas numeradas. Y como en la metodología empleada para la cinética, las muestras se sumergieron en el tanque del deshidratador osmótico con la disolución de sacarosa correspondiente. La deshidratación se llevará a cabo a 23ºC en todos los casos. Para los tratamientos DOPV, el tanque se cerró herméticamente y la presión alcanzó 50 mbar, manteniéndose el vacío durante 10 minutos. Después se restituyó a la presión atmosférica y se continuó la deshidratación a 23ºC, por los tiempos establecidos en los tratamientos DO. En cada tratamiento se tomaron muestras por triplicado a ocho tiempos de proceso (0, 5, 24, 48, 72, 96, 144 y 240 h) para su análisis. En ellas se determinaron la variación de peso, la humedad y sólidos solubles según los procedimientos descritos posteriormente. Estudio del escarchado. Determinado el equilibrado composicional y los cambios estructurales de la fruta, se realizó el proceso de escarchado con 6 tratamientos diferentes, considerando las siguientes variables para los procesos de DOPV y de secado. Soluciones osmóticas con zs = 0,25; 0,35; 0,45; 0,55 y 0,65 de sacarosa. Proceso de secado con corriente de aire - microondas (SCA-MW). 23 Las muestras de cada tratamiento se colocaron previamente marcadas, en las respectivas bandejas numeradas. Se sumergieron en el tanque del deshidratador osmótico con la disolución de sacarosa. La deshidratación se llevó a cabo a 23 ºC en todos los casos, el tanque se cerró herméticamente y la presión alcanzó 50 mbar, manteniéndose el vacío durante 10 minutos, seguido se recuperó a presión atmosférica y se procedió a continuar con los tratamientos en DO por 20 min en la misma solución, posteriormente se pasaron a la solución osmótica más concentrada (65ºBrix), donde permanecieron hasta completar el tiempo determinado para alcanzar el equilibrado muestra-disolución. Las muestras deshidratadas osmóticamente se sometieron a secado por corriente de aire a 35ºC, hasta alcanzar una fracción másica de sólidos solubles de la fase líquida de 0,75. A cada una de ellas se le determinaron la variación de peso, el contenido en agua y sólidos solubles. ANÁLISIS FÍSICOS Y FISICOQUÍMICOS Determinación de Peso Para los controles de peso durante la deshidratación, escarchado y secado de las muestras se utilizó una balanza analítica Ohaus de sensibilidad 0.0001. Determinación de humedad Para la determinación de la humedad se aplicó el método AOAC 20.013 (AOAC, 1980) para frutas ricas en azúcar. Este método consiste en la determinación de la pérdida de peso de una muestra cuando se coloca en una estufa de vacío a una presión de 10 mm Hg. a una temperatura de 60 ºC dejándose secar hasta peso constante. La diferencia de peso antes y después del secado en la estufa referido al peso inicial de la muestra proporciona la humedad de la misma. 24 Determinación de aw Las determinaciones de la aw se realizaron a temperatura ambiente (entre 20ºC y 30ºC), empleando para ello un higrómetro de punto de rocío marca “Decagon”, con una sensibilidad de 0,001, el cual se calibró previamente con soluciones salinas saturadas. Las muestras fueron homogenizadas y colocadas en las cajas porta muestras del equipo. Cada muestra se midió hasta alcanzar 3 lecturas iguales. Determinación del contenido en sólidos solubles La determinación de sólidos solubles se realizó mediante la medida del índice de refracción de las muestras de la fruta previamente homogeneizadas en un equipo Ultraturrax a 8000 r.p.m. Para la medida se utilizó un refractómetro ATAGO. Se efectuaron tres lecturas de los grados brix en cada muestra y se calculó el valor medio. La fracción másica sólidos solubles de la muestra (xss) se calculó mediante la ecuación. xss Donde: º Brix xw 100 º Brix (Ecuación 5) xw = humedad de la muestra (g agua/ g muestra) La ganancia de azúcar (Ms), la pérdida de agua (Mw) y la variación de masa (M) de la muestra, se confrontaron con la masa de la muestra inicial, como en trabajos previos (Fito & Chiralt, 1997); se modelizaron los cambios de estas variables a través de los procesos, usando una ecuación empírica en términos de la raíz cuadrada del tiempo (Fito & Chiralt, 1997; Barat et al, 2001a; Cháfer et al, 2001a). Isotermas de secado y rehidratación Las muestras sometidas a la curvas de desorción en una estufa a vacío marca J P Selecta, se le realizaron análisis de Actividad de agua (a w) con un higrómetro de punto de rocío (AquaLab model series 3 TE) marca Decagon y Humedad (xw) se 25 determinó por formula con el registro del peso en una balanza analítica marca OHAUS de cuatro cifras significativas. Los resultados obtenidos en los experimentos con el secador y con las cámaras, se utilizaron para calcular las ecuaciones de BET (6), Henderson (7) y Caurie (8). Específica xw menor a 0.4 aw C 1 1 * aw 1 awXw C *W1 C *W1 (Ecuación 6) Específica para xw entre 0.1 y 0.75 1 Log Log n log100 Xw f (Ecuación 7) 1 aw Ln 1 1 Lnr aw Xw 4.5 Ws (Ecuación 8) A partir de estas ecuaciones se hallaron las variables: característica constante en cada material (C), humedad de la capa monomolecular de agua adsorbida (W1), parámetros característicos del material (n, f y r) y contenido de humedad de seguridad (Ws); Siempre que los modelos respectivos de cada variable sean aptos para tal fin (Chiralt et al, 1998). Pruebas sensoriales Se realizaron pruebas sensoriales de color, sabor, aroma y textura de las muestras, para conocer las apreciaciones de los catadores en relación con distintos aspectos de calidad de la fruta escarchada (procesada osmóticamente y secada). Para ello, se llevaron a cabo con catadores semientrenados, pruebas por triplicado de comparación – cuantificación de diferencias por selectividad, entre las mejores muestras de las frutas sometidas a diferentes condiciones del tratamiento. 26 Se compararon por cada fruta 4 pares de muestras tratadas (escarchadas), se utilizó como referencia la muestra más sobresaliente; las comparaciones se realizaron con las otras muestras tratadas. Los atributos evaluados fueron: (a) Color / Aspecto: Translúcido (b) Color / Aspecto: Típico (c) Textura: Gomosidad (d) Textura: Dureza (e) Textura: Jugosidad (f) Sabor / Aroma: Dulce (g) Sabor / Aroma: Típico (h) Preferencia Para el análisis de los resultados se sumaron separadamente las respuestas referidas a cada muestra. Se les realizó el análisis de ANOVA, para determinar la existencia o no de diferencias significativas en el atributo evaluado del total de las muestras. Estudio de rehidratación Los trozos de fruta de 1 cm3, previamente escarchados utilizando la metodología anterior, con un zs de 0.72 al final, se llevaron a rehidratación, se realizó con tres muestras escarchadas por cada tratamiento, y por cada proceso de rehidratación; las muestras se colocaron en disoluciones de sacarosa y se les determinó la variación de masa, humedad y sólidos solubles realizando medidas a través del proceso. Los procesos de rehidratación se realizaron utilizando principalmente los modelos difusionales, basándose en la Ley de Fick, los que normalmente engloban numerosas funciones y parámetros que dificultan describir el proceso de absorción de agua en términos sencillos (Abu-Ghannam y McKenna, 1997). 27 RESULTADOS Las frutas seleccionadas para los estudios cinéticos, de equilibrio y escarchado se caracterizaron en estado fresco en los siguientes parámetros: humedad, actividad de agua, grados brix y sólidos solubles, obteniendo los siguientes promedios: Tabla 1: Caracterización de la humedad, aw, °brix y sólidos solubles en el estado fresco del mango, guayaba, mora y uchuva. Fruta Mango Guayaba Mora Uchuva Análisis Promedio S.D. Promedio S.D. Promedio S.D. Promedio S.D. Xw 0.860 0.010 0.900 0.010 0.860 0.010 0.890 0.000 aw 0.970 0.010 0.980 0.010 0.960 0.010 0.970 0.010 °Brix 9.330 0.230 3.670 0.420 7.600 0.350 14.50 0.710 Xss 0.088 0.002 0.034 0.004 0.071 0.003 0.133 0.008 El alto contenido de humedad de las diferentes frutas en estado fresco, facilita el ataque de microorganismos, lo que origina su deterioro y por consiguiente genera una alta perecibilidad. El pretratamiento osmótico (PO) y el tratamiento de secado causan variaciones en la composición fisicoquímica y pueden ser determinantes en la conservación de las características composicionales de éstas. En cuanto al estudio del color CIE–L*a*b* de las diferentes frutas en estado fresco se obtuvieron los siguientes datos: Tabla 2. Caracterización del color de las frutas en estado fresco: mango, guayaba, mora y uchuva. FRUTA L* a b h* Mango 64,267 -2.633 34,300 -1,494 Guayaba 60,133 13,000 18,600 0,960 Mora 29,200 5,550 1,650 1,28182 Uchuva 46,100 6,950 17,900 0,37035 28 El color es un factor importante para valorar la calidad de las frutas tanto a nivel externo como de pulpa, y está ligado a la maduración, a las condiciones de almacenamiento y a la alteración por microorganismos. La aplicación de tratamientos tecnológicos como DO y secado, alteran los niveles de color de la pulpa, lo que se ve reflejado en la mayoría de ellas al mejorar la calidad sensorial. Los resultados observados en la tabla 2 muestran que el color es más llamativo y brillante en el mango, seguido por la guayaba, uchuva y mora, lo que ocasiona que estas frutas presenten una mayor propensión al ataque de insectos y aves, pero que también sean las más llamativas para el consumidor. Preparación de disoluciones Se prepararon 21 disoluciones acuosas en dos grupos (tablas 1 y 2), empleando como solutos la sacarosa y la lactosa. Para estandarizar el pH se empleó ácido ascórbico, ácido cítrico y carbonato de sodio y como sustancias endurecedoras de la estructura se utilizaron cloruro de calcio, lactato de calcio y pectina. Tabla 3: Disoluciones osmóticas a diferentes pH Lactato de Ca (%) Ac ascórbico-Ac cítrico (estandarización de pH) Na2CO3 0.15 --------- 0.1 7.05 --------- --------- --------- --------- 6.00 0.012 --------- 0.15 X 0.1 4.75 Sacarosa 0.012 --------- 0.15 --------- --------- 3.35 5 Sacarosa -------- --------- --------- X --------- 3.00 6 Sacarosa 0.012 --------- 0.15 X --------- 3.09 7 Sacarosa 0.012 --------- 0.15 X --------- 3.05 8 Sacarosa -------- 0.012 0.15 X --------- 3.04 9 Sacarosa -------- 0.012 0.30 X --------- 2.98 10 Sacarosa + Lactosa 0.012 --------- 0.15 X --------- 2.98 11 Lactosa /Sacarosa -------- 0.012 0.15 X --------- 3.00 12 Lactosa /Sacarosa 0.012 --------- 0.15 X --------- 3.00 N° de Soluto CaCl2 sln 45 °brix (%) 1 Sacarosa 0.012 --------- 2 Sacarosa -------- 3 Sacarosa 4 Pectina (%) pH (%) 29 En la tabla 3 se observan las proporciones empleadas de cada uno de los componentes utilizados en la obtención de las diferentes disoluciones osmodeshidratantes con una concentración de sólidos solubles de 45º brix, aplicadas a mora y uchuva. La adición de la mezcla ácido-ascórbico/ácido-cítrico disminuye el pH de la disolución y lo aproxima al pH de la fruta. El lactato de calcio al contrario del CaCl2 causa un efecto positivo en la textura de las frutas, debido a la mejor conformación de las estructuras pécticas que favorecen el endurecimiento o sistema cementante de las células. Tabla 4: Disoluciones osmóticas con diferente concentración de sustratos endurecedores No de sln Na2CO3 (%) Ac ascórbico-Ac cítrico (estandarización de pH) --------- --------- X --------- 3.00 -------- 0.012 0.3 X --------- 3.05 Sacarosa -------- 0.024 0.3 X --------- 3.05 15 Sacarosa -------- 0.036 0.3 X --------- 3.06 16 Sacarosa -------- 0.012 0.4 X --------- 3.07 17 Sacarosa -------- 0.024 0.4 X --------- 3.04 18 Sacarosa -------- 0.036 0.4 X --------- 3.08 19 Sacarosa -------- 0.012 0.5 X --------- 3.06 20 Sacarosa -------- 0.024 0.5 X --------- 3.08 21 Sacarosa -------- 0.036 0.5 X --------- 3.08 Soluto CaCl2 45 °brix (%) 5 Sacarosa -------- 13 Sacarosa 14 Lactato de Ca (%) Pectina pH (%) Cada una de las disoluciones se utilizó para deshidratar muestras de mora y uchuva enteras y por mitades, por un periodo de 24 horas. A las muestras se les determinó masa (M), ºbrix y color (L* a* b*) en estado fresco y deshidratadas osmóticamente (DO); los valores obtenidos se utilizaron para calcular la variación de masa (ecuación 1) y variación de color E (ecuación 9). Los tratamientos consignados en las tablas 3 y 4 no se aplicaron a mango y guayaba, debido a su morfología y a su sistema composicional. 30 E L f Lo a f ao b f bo 2 2 2 (Ecuación 9) Determinaciones analíticas. El contenido de masa se determinó en una balanza analítica de tres cifras significativas, Ohaus. El pH se midió en un pH-metro Metrohm 704. Los ºbrix (sólidos solubles) se determinaron en un refractómetro y el color en un colorímetro Minolta C-10. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. De las cinco frutas seleccionadas para el estudio se encontró que la morfología y fisiología del lulo hace difícil su estudio debido a la desestructuración que presenta por la fuerte actividad enzimática que se origina al incurrir en las rupturas celulares en el momento del acondicionamiento de las muestras, para ser sometidas a los tratamientos de conservación por métodos combinados, por lo que se recomienda, someterlo a tratamientos diferentes a los empleados en esta investigación. La mora y la uchuva presentan características morfológicas diferentes; mora (baya formada por pequeñas drupas) y uchuva (baya). A éstas se les determinó en estado fresco: ºbrix en mora (8±1.0) y uchuva (14±0.6); color en mora (L* 34.3±3.2 a* 9±2.9 b* 2.0±1.0) y uchuva (L* 47.7±3.3 a* 7.3±2.2 b *21.7±2.1) en fruto entero y por mitades. En la figura 2 se evaluó la variación de masa de las muestras sometidas a deshidratación osmótica en las disoluciones a diferentes pH. 31 0,40 uchuvas enteras uchuvas medias 0,35 0,30 M 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 tipo de solucion Figura 2. Variación de masa en moras y uchuvas (enteras y en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferentes pH. Los frutos enteros de mora y uchuva al compararlos con los frutos en mitades, presentaron una menor variación de masa, debido a la barrera impuesta por el recubrimiento de cera natural que protege la fruta, además, por la ausencia de tejidos rotos que se originan por el corte de la misma. Las disoluciones con mayores pH, presentan una mayor pérdida de masa, mientras que aquellas con pH cercano a 3 mostraron menores variaciones. Esto se debe a que el pH es cercano al de la fruta. Los procesos de deshidratación buscan alcanzar las mayores pérdidas de agua por lo que se podría decir que las disoluciones 1, 2, 3, 4, 5, 8 y 12 en mora y 2, 3, 4, 6, 8 y 9 en uchuva, presentan las mejores condiciones. En la figura 3 se presenta la variación de ºbrix en el proceso de deshidratación osmótica de mora y uchuva, utilizando disoluciones a diferentes pH. uchuvas enteras 26 21 21 16 16 11 Brix 26 uchuvas medias 11 6 6 1 1 -4 -4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 tipo de solucion 32 Figura 3. Variación de los ºbrix de mora y uchuva (enteras y en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferente pH Las frutas sometidas a DO en disoluciones a pH altos presentan una mayor ganancia de ºbrix, tanto enteras como en mitades, además estas últimas muestran un comportamiento irregular en las diferentes disoluciones, debido a la presencia de células rotas por daño mecánico originado por el corte. En los procesos de conservación de frutas mínimamente procesadas se busca que las muestras ganen menos ºbrix. Esto se puede apreciar en las muestras DO en las disoluciones 1, 5, 6, 7 y 10 en mora y 5, 7 y 10 en uchuva. En la figura 4 se muestra la variación del color de las diferentes frutas sometidas a deshidratación osmótica, utilizando disoluciones a diferentes pH. Figura 4. Variación del color de mora y uchuva (enteras y en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferente pH En el cambio del color, las frutas enteras y en mitades no muestran una influencia directa con los diferentes pH, presentándose una gran variabilidad entre ellas. Los procesos de deshidratación buscan entre otras cosas, que se originen las menores alteraciones en el color, en este caso, las disoluciones que más favorecieron la conservación del color fueron 2, 4, 5, 7 y 8 en mora y 1, 6, 7 y 8 en uchuva. Esto se debe al efecto que causan las sustancias endurecedores sobre la microestructura de las frutas deshidratadas osmóticamente. 33 En la figura 5 se muestra la variación de masa en el proceso de deshidratación osmótica de las frutas estudiadas con sustancias endurecedoras. Figura 5. Variación de la masa de moras y uchuvas (en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferente proporción de sustancias endurecedoras. En la figura 5 se presentan los ensayos realizados con las diferentes disoluciones (Tabla 4), observándose poca variación de masa en los procesos de DO (mora y uchuva en mitades), debido a que se utilizó el mismo soluto y la misma concentración en todas las disoluciones, sólo se modificó en ellas la proporción de sustancias endurecedoras, las que presentan poca influencia en el proceso por su baja concentración en la disolución. Al comparar las dos frutas se puede observar que la uchuva pierde más masa, debido a la debilidad estructural que se presenta después del corte y al ser sometida a disolución acuosa que favorecen procesos de difusividad. En la figura 6 se muestra la ganancia en ºbrix de mora y uchuva sometidas a DO 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 50 40 Brix Brix en soluciones con diferente proporción de sustancias endurecedoras. 30 20 10 0 5 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Tipo de solución Mora 5 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Tipo de solución uchuva Figura 6. Variación de ºbrix de moras y uchuvas (en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferentes proporciones de sustancias endurecedoras. 34 Se observa que las muestras de mora y uchuva DO en diferentes disoluciones, presentan pequeñas diferencias estadísticas en la ganancia de sacarosa. Esto se debe al efecto que causa la pectina y el lactato de calcio, sustancias que favorecen la retención de agua y solutos al conformar una red hidrofílica, además, actúan como sustancias cementantes (pegantes) de las paredes celulares, endureciendo la fruta y evitando la desestructuración interna que produce durante el proceso de deshidratación osmótica en estructuras de baya y baya-drupa. En la figura 7 se muestra la variación de color de moras y uchuvas por deshidratación osmótica en disoluciones con diferente proporción de sustancias endurecedoras. Figura 7. Variación del color de moras y uchuvas (en mitades), por DO después de 24 horas en disoluciones a diferente proporción de sustancias endurecedoras. Las frutas de mora y uchuva en mitades DO presentan mínimas diferencias estadísticas en pérdida de color. La mínima variación de color se considera como una condición ideal en los procesos de deshidratación, por lo que las muestras de mora 5, 18, 19, 20 y 21, de uchuva 17, 18, 19, 20 y 21, son las que presentan mejores características en conservación de color. Posiblemente esto se debe a que las muestras fueron deshidratadas en disoluciones que presentaban un pH similar al de la fruta fresca, un comportamiento similar se presenta en el trabajo realizado por Pérez et al (2002), donde analizaron la variación de color en peras utilizando ácido ascórbico y cítrico. Si se comparan las dos gráficas, hay una mayor pérdida de color en la mora que en la uchuva, debido a la presencia de xantofilas que salen del fruto influenciados por la solución deshidratante, además del mayor grado de solubilidad de estos pigmentos de la mora en agua. 35 En mora la disolución 18 presentó mejor respuesta en DO; compuesta por sacarosa como soluto, lactato de calcio (0.036%) y pectina (0.4%), y la mezcla de ácido ascórbico- cítrico (1:1) utilizada para estandarizar el pH a 3.0 ± 0.1. La uchuva se comportó mejor en la disolución 21, compuesta por sacarosa como soluto, lactato de calcio (0.036%) y pectina (0.5%), y la mezcla de ácido ascórbico- cítrico (1:1) utilizada para estandarizar el pH a 3.0 ± 0.1. Este mismo comportamiento se observó en el trabajo realizado por Farré et al (2002), donde el incremento en los niveles de pectina y calcio favorecieron el endurecimiento de la matriz sólida. Los análisis de endurecimiento se realizaron en mora y uchuva, debido a que su estructura es débil, mientras que mango y guayaba presentan estructuras más consistentes por ser ricas en pectinas. Análisis de la cinética de los tratamientos osmóticos Color Las variaciones de color de las diferentes frutas fueron determinadas empleando tratamientos DO y DOPV a tiempos cortos (hasta 300 min) y tiempos largos (30 15 15 13 13 11 11 9 9 E E días). Los valores obtenidos se presentan en las figuras 8, 9, 10 y 11. 7 7 5 5 3 3 1 1 0 DO65 50 100 150 Tiempo DO55 DO45 200 250 DO35 300 0 DO25 DOPV65 50 DOPV55 100 150 Tiempo DOPV45 200 250 DOPV35 300 DOPV25 Figura 8. Variación del color en guayaba en los tratamientos DO y DOPV a tiempos cortos. En general, se observa que el tratamiento atmosférico en guayaba ayuda a mantener el color en tiempos cortos, principalmente en la disolución de 55 y 25 36 ºbrix. Mientras que en el tratamiento con pulso a vacío se mantiene en las disoluciones de 65 y 45ºbrix. 26 21 21 E E 26 16 16 11 11 6 6 1 1 0 50 100 150 200 250 0 300 50 100 Tiempo DO65 DO55 DO45 DO25 DOPV65 DO35 DOPV55 150 Tiempo 200 DOPV45 250 300 DOPV35 DOPV25 Figura 9. Variación del color en mango en los tratamientos DO y DOPV a tiempos cortos. Para el mango, el tratamiento atmosférico es determinante en la conservación del color a tiempos cortos. El tratamiento DOPV hace que el color se pierda 9 9 7 7 E E notablemente. 5 3 5 3 1 1 0 DO65 50 100 DO55 150 Tiempo DO45 200 250 DO35 300 DO25 0 DOPV65 50 100 DOPV55 150 Tiempo DOPV45 200 250 DOPV35 300 DOPV25 Figura 10. Variación del color en mora en los tratamientos DO y DOPV a tiempos cortos. Para la mora se observa en general, que el tratamiento con pulso a vacío favorece la conservación del color a tiempos cortos, exceptuando las muestras que se sometieron a la disolución de 45ºbrix, donde la pérdida de color es notable. 37 19 19 16 16 13 10 E E 13 7 10 7 4 4 1 0 50 100 150 200 250 300 1 0 50 100 Tiempo DO65 DO55 DO45 150 200 250 300 Tiempo DO35 DO25 DOPV65 DOPV55 DOPV45 DOPV35 DOPV25 Figura 11. Variación del color en uchuva en los tratamiento DO y DOPV a tiempos cortos. En uchuva, el tratamiento DO conserva el color de las frutas, mientras que utilizando el pulso a vacío la pérdida en el color es muy alta. Cinética de deshidratación Variaciones de masa Las ecuaciones 1 y 10, se usan para determinar los valores de la variación de masa (M) y volumen (V) respectivamente; ecuaciones empíricas modelizadas a partir de la raíz cuadrada del tiempo (Fito P & Chiralt A, 1997). De los resultados gráficos y su ecuación se obtienen los valores de la ordenada en el origen (k 0) y la pendiente (k) de cada recta (Tabla 5 y 6). También se muestra el valor de correlación (R2) para cada ecuación lineal determinada. Los valores presentados de cada variable, se determinan transcurridos 5 horas de tratamiento. V Vt V0 (Ecuación 10) V0 La tabla 5 muestra la ecuación de los datos graficados utilizando las ecuaciones empíricas 1 y 10, analizadas en función de la raíz cuadrada del tiempo para el mango. 38 Tabla 5. Parámetros cinéticos de las variaciones de masa (M) y de volumen (V) en 2 función de la raíz cuadrada del tiempo (k = pendiente; kº =intercepción y R = ajuste de coeficiente de correlación), para mango. kºM kM DO DOPV ∆M KºV KV R2 ys ∆V R2 Mango (s-0.5) (s-0.5) 0.65 0 -0.003 0.941 -0.387 0 -0.003 0.998 -0.383 0.55 0 -0.003 0.947 -0.395 0 -0.003 0.967 -0.354 0.45 0 -0.002 0.946 -0.274 0 -0.003 0.909 -0.304 0.35 0 -0.002 0.990 -0.152 0 -0.001 0.969 -0.196 0.25 0 -0.001 0.969 -0.100 0 -0.001 0.874 -0.112 0.65 -0.018 -0.002 0.967 -0.283 -0.059 -0.003 0.953 -0.484 0.55 0.105 -0.003 0.968 -0.273 -0.027 -0.002 0.978 -0.320 0.45 -0.034 0 0.910 -0.091 0 -0.001 0.983 -0.099 0.35 0.050 -0.001 0.833 -0.076 -0.078 -0.001 0.964 -0.163 0.25 -0.050 -0.001 0.884 -0.125 0 -0.001 0.922 -0.096 (5 h) (5 h) Las muestras que presentan la mayor pérdida de masa con menor pérdida de volumen se encuentran en la disolución de 45°brix y DOPV. La aplicación de vacío a este proceso hace que los valores iniciales (intercepto) sean diferentes a cero, lo que indica una variación de masa y volumen al inicio del proceso causado por el mecanismo hidrodinámico (HDM). Comportamiento que explica Giraldo G, (2004). Los tratamientos DO y DOPV, presentan la misma tendencia en la pendiente, lo que no muestra diferencias significativas entre los tratamientos. En cuanto a la correlación, en cada una de las disoluciones es alta y aceptable, tanto en lo composicional como en lo estructural; lo que muestra que los tratamientos son confiables. 39 En la figura 12 se presentan las variaciones de la humedad y los sólidos solubles en el mango sometido a diferentes tratamientos. b a c d Figura 12. Variación de la humedad (a y b) y los sólidos solubles (c y d) en mango en los diferentes tratamientos DO y DOPV Analizando los anteriores resultados se puede apreciar que la mayor pérdida de humedad y menor ganancia de sólidos solubles de la muestra se presenta en los tratamientos con disoluciones altas a presión atmosférica, mientras que con pulso a vacío se dan menores pérdidas de agua y fuerte ganancia de sólidos. La tabla 6 muestra los resultados gráficos de las ecuaciones 1 y 9 para guayaba. 40 Tabla 6. Parámetros cinéticos de las variaciones de masa (M) y volumen (V) en 2 función de la raíz cuadrada del tiempo (k = pendiente; kº =intercepción y R = ajuste ecuación línea de correlación), para guayaba kºM kM ∆M Guayaba DO DOPV kºV KV R2 ys (s-0.5) ∆V R2 (s-0.5) (5 h) (5 h) 0.65 0 -0.004 0.997 -0.511 -0.05 -0.003 0.781 -0.450 0.55 0 -0.004 0.925 -0.482 -0.113 -0.004 0.826 -0.627 0.45 0 -0.00 0.949 -0.306 -0.002 -0.007 0.770 -0.283 0.35 0 -0.002 0.963 -0.20 -0.109 -0.003 0.763 -0.451 0.25 0 0 0.477 -0.023 0.028 -0.001 -0.611 -0.054 0.65 0.004 -0.002 0.984 -0.291 -0.107 -0.001 0.863 -0.255 0.55 0.017 -0.002 0.987 -0.234 0.265 -0.005 0.710 -0.228 0.45 0.024 -0.001 0.852 -0.127 -0.017 -0.002 0.585 -0.340 0.35 -0.068 -0.002 0.931 0.171 -0.463 -0.002 0.491 -0.695 0.25 0.258 -0.002 0.934 0.065 -0.090 -0.002 0.847 -0.281 Las muestras que presentan mayor pérdida de masa con menor pérdida de volumen se encuentran en la disolución de 55°brix y DOPV. En este tratamiento se observa una variación en el intercepto generada por un cambio de masa y volumen de la muestra. En el tratamiento a presión atmosférica, se observa que el intercepto es cero para todas las disoluciones, es decir no presenta incremento de masa y volumen al inicio del proceso. En los tratamientos DO y DOPV, se muestra poca variabilidad de la pendiente (valores cercanos a cero) y la correlación en cada una de las disoluciones es variable, tanto en su composición como en su estructura. 41 En la figura 13 se presentan las variaciones de la humedad y los sólidos solubles en guayaba sometida a diferentes tratamientos. b a c d Figura 13. Variación de la humedad (a y b) y los sólidos solubles (c y d) en guayaba en los diferentes tratamientos DO y DOPV Del análisis de los resultados de la figura 13 se puede concluir que las muestras que presentan la mayor pérdida de humedad y menor ganancia de sólidos solubles son las que se encuentran en las disoluciones de 45 y 55 °brix respectivamente, tratadas con pulso a vacío, debido a la estructura poco porosa y a la variación de la presión osmótica que al entrar en contacto con la fruta le extrae el agua, para tratar de solubilizar el soluto presente en la disolución osmótica. Mientras que en el tratamiento a presión atmosférica las muestras que presentan una menor ganancia de sólidos solubles se encuentran en la disolución de 55°brix. 42 La figura 14 muestra la variación de masa en los tratamientos DO y DOPV en mora a diferentes concentraciones de la disolución osmodeshidratante. 0,00 0,00 DOPV65 DO65 -0,20 -0,20 DO45 DOPV55 M M DO55 -0,40 DOPV45 -0,40 DOPV35 DO35 DO25 -0,60 0 50 100 DOPV25 -0,60 150 0 50 100 Tiempo (min) 150 Tiempo (min) Figura 14. Variación de la masa en la mora a diferentes tratamientos DO y DOPV. Las muestras de mora presentan mayor pérdida de masa cuando se encuentran en concentraciones altas, principalmente cuando se someten al proceso de DO. En los tratamientos DO y DOPV, se muestra poca variabilidad de la pendiente (valores cercanos a cero) y la correlación en cada una de las disoluciones es variable, tanto en su composición como en su estructura. La figura 15 muestra la variación de la humedad y sólidos solubles en los tratamientos DO y DOPV en mora a diferentes concentraciones de la disolución osmodeshidratante. a b 0,00 0,00 DOPV65 DO65 -0,20 DO45 -0,40 DO35 DOPV55 -0,20 Mw Mw DO55 DOPV45 -0,40 DOPV35 DOPV25 DO25 -0,60 -0,60 0 50 100 150 Tiempo (min) 0 50 100 150 Tiempo (min) 43 c d 0,20 0,20 DO65 0,00 DOPV65 0,00 -0,20 DOPV45 DO35 -0,40 DOPV35 DO25 -0,60 -0,20 DO45 -0,40 -0,60 0 50 100 DOPV55 Ms Ms DO55 DOPV25 0 150 50 Tiempo (min) 100 150 Tiempo (min) Figura 15. Variación de la humedad (a y b) y los sólidos solubles (c y d) en mora sometida a diferentes tratamientos DO y DOPV La tendencia de las variaciones de humedad son semejantes a las variaciones de masa, aunque matemáticamente se observa una mayor pérdida debido a la ganancia de sólidos solubles, por el proceso hidrodinámico que se presenta entre la fruta y la disolución osmótica. La figura 16 muestra las variaciones de masa en los tratamientos DO y DOPV en uchuva a diferentes concentraciones de soluciones osmodeshidrantantes. 0,2 0,2 65 DO 65 DOPV 0,0 55 DO 45 DO -0,2 55 DOPV M M 0,0 45 DOPV -0,2 35 DO -0,4 35 DOPV -0,4 25 DO -0,6 25 DOPV -0,6 0 50 100 150 Tiempo (min) 0 50 100 150 Tiempo (min) Figura 16. Variación de la masa en la uchuva a diferentes tratamientos DO y DOPV Las muestras de uchuva presentan mayor pérdida de masa cuando se encuentran en las disoluciones de mayor concentración y cuando se someten al proceso de DO a presión atmosférica. El tratamiento DOPV ejerce un menor efecto sobre la pérdida de masa. 44 En los tratamientos DO y DOPV, se muestra poca variabilidad de la pendiente (valores cercanos a cero) y la correlación en cada una de las disoluciones es variable, tanto en su composición como en su estructura. La figura 17 muestra la variación de la humedad y sólidos solubles en los tratamientos DO y DOPV de uchuva a diferentes concentraciones de la disolución osmodeshidratante. a b 0,2 0,2 65 DO 65 DOPV 0,0 0,0 -0,2 45 DO DMw Mw 55 DO 55 DOPV 45 DOPV -0,2 35 DOPV 35 DO -0,4 -0,4 25 DOPV 25 DO -0,6 -0,6 0 50 100 150 Tiempo (min) 0 50 c 100 d 0,2 0,2 65 DOPV 65 DO 0,0 0,0 55 DOPV -0,2 45 DO -0,4 DMs 55 DO Ms 150 Tiempo (min) -0,2 35 DO -0,4 25 DO -0,6 45 DOPV 35 DOPV 25 DOPV -0,6 0 50 100 150 Tiempo (min) 0 50 100 150 Tiempo (min) Figura 17. Variación de la humedad (a y b) y los sólidos solubles (c y d) en uchuva sometida a diferentes tratamientos DO y DOPV Las variaciones de humedad son muy similares a las de masa en los tratamientos DO y DOPV, aunque matemáticamente se observa una mayor pérdida de humedad, debido a que se generan dos flujos en contracorriente como son la salida de agua del alimento y la transferencia simultánea del soluto hacia el mismo alimento. Se presenta también, transferencia de componentes de la fruta 45 hacia el agente osmótico, tales como sales minerales, pigmentos y compuestos de aroma. Análisis Fisicoquímico Estudio de equilibrio. El estudio del equilibrado se realizó en dos etapas: en la primera se analizó el equilibrio composicional, determinando los contenidos de humedad, sólidos solubles y aw de las muestras, además de la aw de la solución. En la segunda etapa se evaluaron los cambios estructurales ocurridos en las muestras durante la etapa de relajación de la matriz celular de las frutas, determinando la evolución de la masa y volumen de las muestras durante un periodo de tiempo más largo (30 días). Equilibrio composicional. La figura 18 muestra la variación en masa (M), humedad (Mw),sólidos solubles (Ms) y volumen (V), en mango, valores obtenidos con las ecuaciones 1, 2, 3 y 10 utilizando los datos recolectados en las muestras a lo largo del tratamiento. 65 % 100 200 300 55 % 400 500 600 700 800 0 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 Tiempo (h) -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 M / V/ Mw/ Ms M / V/ Mw/ Ms 0 300 400 500 600 700 800 0,1 Tiempo (h) -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,6 -0,7 -0,7 M DO Mw DO 200 -0,1 -0,5 -0,8 100 -0,8 M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV M DO Mw DO M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV 46 45 % 0 100 200 300 35 % 400 500 600 700 800 Tiempo (h) 0,4 0 0,2 0,3 0,1 0,2 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 200 300 400 500 600 700 800 Tiempo (h) 0,1 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,7 -0,8 M DO Mw DO 100 0,4 M / V/ Mw/ Ms M / V/ Mw/ Ms 0,3 M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV -0,8 M DO Mw DO V DOPV Ms DOPV M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV 25 % 0 100 200 300 400 500 0,4 600 700 800 Tiempo (h) 0,3 M / V/ Mw/ Ms 0,2 0,1 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 M DO Mw DO M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV Figura 18. Variación de masa, volumen, humedad y sólidos solubles para mango en las diferentes disoluciones en los tratamientos DO y DOPV (65, 55, 45, 35 y 25°brix) El equilibrio para mango se presenta en un rango de 24 a 48 horas para todas las disoluciones, en forma ascendente, tanto a presión atmosférica (DO) como con pulso a vacío (DOPV). A medida que disminuye la concentración de la disolución se activan los fenómenos de deformación en sólidos solubles y de desestructuración en los fenómenos determinantes de las variaciones de humedad, de masa y volumen, lo que no permite la relajación de la estructura. La figura 19 muestra la variación en masa (M), humedad (Mw), sólidos solubles (Ms) y volumen (V), en guayaba, valores obtenidos con las ecuaciones 1, 2, 3 y 7 utilizando los datos recolectados en las muestras a lo largo del tratamiento. 47 65 % 0 100 200 300 55 % 400 500 700 800 0 Tiempo (h) 0,7 0,9 0,5 0,7 M / V/ Mw/ Ms M / V/ Mw/ Ms 0,9 600 0,3 0,1 -0,2 -0,4 -0,6 100 200 300 500 600 700 800 Tiempo (h) 0,5 0,3 0,1 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -0,8 M DO Mw DO M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV M DO Mw DO V DOPV Ms DOPV M DOPV Ms DO 45 % 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 Tiempo (h) 100 200 300 400 500 0,8 M / V/ Mw/ Ms 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 V DOPV Ms DOPV 600 700 800 Tiempo (h) 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 M DO Mw DO V DO Mw DOPV 35 % 0,8 M / V/ Mw/ Ms 400 M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV -0,8 M DO Mw DO V DOPV Ms DOPV M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV 25 % 0 100 200 300 400 500 M / V/ Mw/ Ms 0,8 600 700 800 Tiempo (h) 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 M DO Mw DO M DOPV Ms DO V DO Mw DOPV V DOPV Ms DOPV Figura 19. Variación de masa, volumen, humedad y sólidos solubles en guayaba en las diferentes disoluciones en los tratamientos DO y DOPV El equilibrio para guayaba se presenta a las 48 horas en todas las disoluciones, tanto a presión atmosférica (DO) como con pulso a vacío (DOPV). 48 Al inicio del proceso de deshidratación osmótica ocurren los fenómenos de contracción de la estructura en todas las disoluciones hasta alcanzar el equilibrio, mientras que al final del proceso se espera que se den los fenómenos de relajación, pero éstos en guayaba son poco observables, debido a la presencia de la pectina en la estructura, la cual en presencia de azúcar genera una red que le confiere rigidez a la estructura. La figura 20 muestra la variación en masa (M), humedad (Mw), sólidos solubles (Ms) y volumen (V) en mora, valores obtenidos con las ecuaciones 1, 2, 3 y 10 utilizando los datos recolectados en las muestras a lo largo del tratamiento. 55 % 65 % 0,4 0,4 Tiempo (h) Tiempo (h) 0,2 0,0 M/V/Ms/Mw M/V/Mw/Ms 0,2 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 0 100 200 DO M 300 400 DO Mw DOPV M 500 DO Ms DOPV Mw DOPV Ms 600 700 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 800 0 100 200 300 400 500 DO M DOPV M DOPV V DO Mw DOPV Mw DO Ms DOPV Ms 700 800 DO V DOPV V 35 % 45 % 0,40 0,40 Tiempo (h) Tiempo (h) 0,20 M/V/Mw/Ms 0,20 M/V/Mw/Ms 600 DO V 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00 -1,00 0 200 400 600 800 0 200 400 600 DO M DO Mw DO Ms DO V DO M DO Mw DO Ms DO V DOPV M DOPV Mw DOPV Ms DOPV V DOPV M DOPV Mw DOPV Ms DOPV V 800 49 25 % 0,40 Tiempo (h) M/V/Mw/Ms 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00 0 200 400 600 800 DO M DO Mw DO Ms DO V DOPV M DOPV Mw DOPV Ms DOPV V Figura 20. Variación de masa, volumen, humedad y sólidos solubles en mora en las diferentes disoluciones en los tratamientos DO y DOPV El equilibrio para mora se presenta a las 72 horas en todas las disoluciones, tanto en los tratamientos a presión atmosférica (DO) como con pulso a vacío (DOPV). Aunque se observan algunas desviaciones, causadas por el fenómeno de contracción y de relajación de la pared celular y a su estructura física. Lo que genera la desestructuración del fruto en la mayoría de las disoluciones, exceptuando las muestras que se encuentran en las disoluciones de 55 y 25 ºbrix. La figura 21 muestra la variación en masa (M), humedad (Mw), sólidos solubles (Ms) y volumen (V) en uchuva, valores obtenidos con las ecuaciones 1, 2, 3 y 10 utilizando los datos recolectados en las muestras a lo largo del tratamiento. 65 % Tiempo (h) 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 Tiempo (h) 0,20 M/V/Mw/Ms M/V/Mw/Ms 55 % 0,40 0,40 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -0,80 -1,00 -1,00 0 0 100 DO M DOPV M 200 300 DO Mw DOPV Mw 400 500 DO Ms DOPV Ms 600 700 DO V DOPV V 100 200 300 400 500 600 700 800 800 DO M DOPV M DO Mw DOPV Mw DO Ms DOPV Ms DO V DOPV V 50 45 % 35 % 0,40 0,40 0,20 M/V/Mw/Ms 0,20 M/V/Ms/Mw Tiempo (h) Tiempo (h) 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00 -0,80 0 100 200 DO M DOPV M 300 400 DO Mw DOPV Mw 500 DO Ms DOPV Ms 600 700 0 800 100 200 DO M DOPV M DO V DOPV V 300 DO Mw DOPV Mw 400 500 DO Ms DOPV Ms 600 700 800 DO V DOPV V 25 % 0,40 Tiempo (h) M/V/Mw/Ms 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00 0 100 DO M DOPV M 200 300 DO Mw DOPV Mw 400 500 600 DO Ms DOPV Ms 700 800 DO V DOPV V Figura 21. Variación de masa, volumen, humedad y sólidos solubles en uchuva en las diferentes disoluciones en los tratamientos DO y DOPV Se observa que el equilibrio en la uchuva se da a las 96 horas en ambos tratamientos DO y DOPV. Se presentan desviaciones en las soluciones de menor concentración debidas posiblemente al incremento en la actividad enzimática. Se presenta pérdida de la estructura en todas las disoluciones, debida a los fenómenos de contracción y relajación que se da. Análisis de los tratamientos de escarchado El estudio de las diferentes muestras después de haber sido sometidas a las cinéticas de DO y de equilibrio, se analizaron comparativamente con el secado, obteniendo la siguiente comparación de resultados. La figura 26 muestra la variación de la masa de las frutas sometidas a DO y SAC 51 Concentración de las disoluciones 0,2 0,4 35 Mango Guayaba 0,0 45 M M 25 55 -0,4 35 -0,6 65 45 55 DO -0,2 55 65 65 -0,8 SAC -1,0 DO SAC -1,0 Concentración de las disoluciones Concentración de las disoluciones 25 M M 45 55 35 25 -0,4 -0,6 65 25 -0,8 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 Concentración de las disoluciones 35 45 0,2 0,0 -0,2 25 35 45 55 25 35 DO SAC 45 65 55 65 Mora 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 25 35 45 55 65 25 DO 35 45 SAC 55 65 Uchuva Figura 22. Variación de la masa de las frutas sometidas a DO y SAC Al evaluar el comportamiento entre las diferentes frutas sometidas a el pretratamiento de DO y al secado convectivo, se observa que, en su orden el tratamiento con menor pérdida de masa para mora se da en la disolución de 25 °brix, en uchuva en la 25 °brix, en guayaba en las de 35 y 45 °brix y en mango en la de 35 y 45 °brix. El tratamiento de secado en forma adecuada o recomendada para la conservación para mango es en la disolución de 35 °brix, para guayaba es en la de 45 °brix, para mora y uchuva es en la de 25 °brix, lo que corrobora que las frutas porosas tratadas a bajas concentraciones presentan una mayor variación de masa, este mismo comportamiento se observa en Giraldo et al (2003). Esto es debido a la composición de las frutas y a su estructura. La variación de humedad durante el pretratamiento osmótico y el tratamiento de secado se presentan en la figura 23. 52 Concentración de las disoluciones Concentración de las disoluciones 0,4 0,2 25 45 Mango 0,2 0,0 35 0,0 Mw Mw -0,2 45 -0,4 55 35 -0,6 65 25 45 -0,8 DO 55 35 -0,2 65 55 25 -0,8 SAC 65 35 DO 65 SAC -1,0 Concentración de las disoluciones Concentración de las disoluciones 25 35 45 55 65 55 25 DO 35 SAC Mw Mw 45 55 -0,4 -0,6 -1,0 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 Guayaba 25 45 Mora 65 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 25 35 25 DO 55 45 35 SAC 45 65 55 65 Uchuva Figura23. Variación de la humedad de los frutos sometidos a DO y a SAC Al igual que en la variación de la masa, la mayoría de los frutos tanto en deshidratación osmótica como en el secado, fueron afectados en forma creciente en el mismo orden de la concentración de la disolución. La figura 24, muestra las variaciones de sólidos solubles de las frutas durante pretratamiento osmótico (PO) y el tratamiento de secado con aire caliente (SAC). 53 0,2 Concentración de las disoluciones Concentración de las disoluciones 35 35 45 45 55 55 65 65 0,6 0,4 0,0 0,2 25 25 45 45 55 55 65 65 0,0 Ms Ms -0,2 35 35 25 25 -0,4 Mango -0,6 -0,2 Guayaba -0,4 -0,6 -0,8 DO -0,8 SAC -1,0 25 25 35 35 45 45 55 55 65 65 Mora DO SAC Ms Ms SAC Concentración de las disoluciones Concentración de las disoluciones 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 DO -1,0 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 25 25 35 35 45 45 55 55 65 65 Uchuva DO SAC Figura 24. Variación de sólidos solubles en las frutas sometidas a DO y SAC Se observa que la ganancia de sólidos solubles sólo se da en el pretratamiento osmótico, este comportamiento está de acuerdo con lo reportado por Giraldo (2004), ya que en el secado la única variación que se presenta es en humedad. El incremento de los sólidos solubles es muy notorio en algunos de los pretratamientos de mango y guayaba, mientras que en la mora y uchuva se presenta un descenso o pérdida de los mismos, causados en mayor medida por los fenómenos difusionales, también la temperatura y el grosor de la lamina influyen en la pérdida de humedad de las frutas, tal como lo presenta Wang et al (2002). En la mayoría de los tratamientos se observa un comportamiento similar al reportado por Giraldo et al (2003), donde explica que el secado con aire caliente de muestras pretratadas con soluciones a alta concentración, es responsable del encostramiento de las capas externas de la fruta, también Giraldo (2004) para el procesado de frutas recomienda que se debe iniciar con un pretratamiento osmótico utilizando vacío y soluciones que favorezcan la pérdida de agua y la ganancia de solutos, y finalizar secando con aire caliente a temperatura moderada 54 para evitar las pérdidas de color, sabor y aroma, y prolongar la vida de almacenamiento del producto. La relación de la humedad en el equilibrio con el resto de componentes (sólidos solubles) de la muestra (We) y la relación de la humedad en equilibrio (We) con la humedad inicial en el equilibrio (We/W oe) se determinaron a partir de las ecuaciones 11 y 12, dando como resultado una proporcionalidad en la variación, la que está estrechamente relacionada con los valores relativos a la pérdida de agua en el tiempo de secado. We Xw 1 X w X wt We 1 X wt Weo X wo 1 X wo (Ecuación 11) (Ecuación 12) Donde: Woe = Humedad inicial al equilibrio We = Humedad de equilibrio Xo w = Humedad inicial Xtw = Humedad en un tiempo t La figura 25, muestra la variación relativa de la pérdida de agua de las frutas durante el SAC. 1,0 1,1 0,9 0,7 0,8 0,6 0,7 0,5 0,4 65 Bx 55 Bx 45 Bx 35 Bx 25 Bx 0,3 0,2 0,1 0,0 0 0,5 1 1,5 guayaba 0,9 We/Weo We/Weo 1,0 mango 0,8 0,6 65 Bx 55 Bx 45 Bx 35 Bx 25 Bx 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 2 2,5 3 3,5 t (horas) 4 4,5 5 5,5 6 6,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 t (horas) 4 4,5 5 5,5 6 6,5 55 1,0 mora uchuva 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 We/Weo We/Weo 1,1 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 65 Bx 55 Bx 45 Bx 35 Bx 25 Bx 0 0,5 1 1,5 2 0,7 0,6 0,5 65 Bx 55 Bx 45 Bx 35 Bx 25 Bx 0,4 0,3 0,2 2,5 3 3,5 4 t (horas) 4,5 5 5,5 6 6,5 0,1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 t (horas) 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Figura 25. Variación relativa de la pérdida de agua a través del tiempo en un secador con corriente de aire. Se observa que las muestras que recibieron tratamientos con disoluciones de menor concentración presentan una variación relativa mayor, debido a la presencia de mayor cantidad de agua en las muestras con respecto a los sólidos de la misma, lo que indica que se requiere de un mayor esfuerzo para alcanzar el equilibrio. En cuanto a las diferentes frutas estudiadas se observa que el mango y la guayaba presentan mayores diferencias entre los tratamientos a diferente concentración; la mora y uchuva no están tan influenciadas por ésta. La velocidad de secado en un rango específico se determinó a partir de la relación We y el tiempo en la ecuación 13. Wen Wen1 Vs t n t n1 (Ecuación 13) Donde: Vs = Velocidad de secado Wne = Humedad de equilibrio total tn = Tiempo total Wn-1e = Humedad de equilibrio parcial tn-1 = Tiempo parcial La figura 26, muestra la velocidad de secado de las frutas en el PO y el tratamiento con SAC. 56 65 55 45 35 65 25 45 35 Guayaba 1,5 vs 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0 0 65 2 55 4 t(h) 6 8 45 35 25 0 2 4 t(h) 25 2 35 6 45 8 55 65 2 Mora Uchuva 1,5 1,5 vs vs 25 Mango 1,5 vs 55 2,0 2,0 1 0,5 1 0,5 0 0 0 2 4 t(0,5h) 6 8 0 1 2 3 4 5 6 7 t(h) Figura 26. Velocidad de secado a través del tiempo de las frutas en los diferentes tratamientos Se observa que existe una tendencia en los tratamientos con disoluciones de menor concentración a presentar una mayor velocidad en el rango de secado, salvo algunos casos; como en guayaba tratada a 45°brix, que presentó la mayor velocidad de secado, esto es debido posiblemente a la presencia de pectinas en la estructura de la fruta. También se puede apreciar que el mango y la guayaba presentan mayor velocidad (rango) en el secado que mora y uchuva; lo que puede generar dificultades en el secado de los mismos. Las menores pérdidas de masa se presentan en los tratamientos con disoluciones de 35°brix para mango, 45°brix para guayaba y 25°brix para mora y uchuva. También se observa que a mayores concentraciones de las disoluciones, los procesos alcanzan una humedad de equilibrio en el secado a tiempos cortos en la mayoría de los casos. Al analizar todo este comportamiento se puede recomendar en los procesos de escarchado combinar la deshidratación osmótica (DO) y el secado con aire caliente (SAC) empleando disoluciones de concentración mediaalta para las diferentes frutas (45 y 55°brix). 57 Isotermas de las diferentes frutas Las frutas (mango, guayaba, uchuva y mora) en los estados de deshidratación osmótica y secado presentaron la siguiente composición. Tabla 7 comportamiento de las frutas en humedad y aw a través de los diferentes tratamientos Fruta Mango Guayaba Mora Uchuva Análisis Fresca SD DO SD Seca SD DO y Seca SD Humedad aw Humedad aw Humedad aw Humedad aw 0.836 0.989 0.787 0.986 0.877 0.988 0.877 0.988 0.023 0.008 0.051 0.002 0.013 0.009 0.013 0.009 0.887 0.969 0.821 0.922 0.876 0.920 0.863 0.966 0.175 0.006 0.038 0.020 0.016 0.015 0.013 0.001 0.154 0.475 0.180 0.442 0.187 0.433 0.187 0.433 0.018 0.005 0.005 0.027 0.005 0.005 0.005 0.005 0.343 0.480 0.487 0.542 0.442 0.446 0.312 0.404 0.137 0.007 0.004 0.018 0.015 0.022 0.007 0.006 Las frutas en estado fresco presentan niveles similares en la aw, en cuanto a la humedad las muestras de mora y uchuva en estado fresco presentan un mayor nivel que las de mango y guayaba. Al comparar los datos con las frutas tratadas (DO) su variación en la humedad es mínima, aunque el mango y guayaba en estado fresco presentan niveles menores que los reportados en DO lo que hace pensar que la porosidad de cada matriz cuando se acondicionada en sus respectivas geometrías origina un ingreso significativo de solución. Las frutas sin DO en el tratamiento de secado, pierden más humedad que las DO, debido a que los sólidos solubles que ingresan por deshidratación osmótica protegen la salida de agua, pero modifican sustancialmente la estructura. Isotermas de fruta fresca Las frutas (mango, guayaba, mora y uchuva) en estado fresco se analizaron en a w y xw en el proceso de desorción, arrojando resultados que al ser graficados (figura 27) presentan la forma sigmoidal típica de una isoterma (Arogba S,2001). 58 Figura 27. Isotermas de desorción de las frutas en estado fresco Se observa que las isotermas de guayaba y mango conservan mas la humedad por una deformación celular que evita extraer agua, mientras que las isotermas de mora y uchuva se deforman menos y pierden humedad más lentamente. Al comparar los resultados obtenidos con los reportados por Arocha (2001) se observa una tendencia similar. Isotermas de frutas DO Las muestras de frutas sometidas a la DO, se llevaron a secado a vacío para determinar las isotermas de desorción (Chiralt B. A., et al., 1998). Los resultados se grafican relacionando la xw calculada con los valores del peso con la a w de las muestras. Al terminar se procesan los valores másicos para hallar su humedad (xw) mediante la ecuación: Xw Pi Pt Pi (Ecuación 14) Donde: Pi = peso inicial Pt =peso en un tiempo t 59 Los valores obtenidos se correlacionaron mediante la figura 28 con su respectivo valor de aw (variable independiente); dando como resultado: isoterma de Mango 1 1 0,8 0,8 0,6 0,6 (Xw ) (Xw ) isoterma de guayaba 0,4 0,4 0,2 0,2 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 (aw ) 0,8 1 (aw ) isoterma de Uchuva Isoterma de Mora 1,0 0,8 0,8 0,6 0,6 xw (Xw ) 1 0,4 0,4 0,2 0,2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 (aw ) 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 aw Figura 28. Isotermas de frutas deshidratas osmóticamente sometidas a procesos de deserción. Las isotermas muestran que en su orden la guayaba, el mango, la uchuva y la mora son las frutas que más duran después de procesadas, debido a los niveles de humedad que deben de conservar durante el almacenamiento. Isotermas por cinética de secado La relación existente entre las isotermas de desorción de la fruta fresca y la fruta D.O se observa en la figura 29. 60 Figura 29. Isotermas de frutas deshidratas osmóticamente y secadas a vacío sometidas a procesos de adsorción De la figura se puede concluir que el efecto de la D.O protege la fruta al perder mayor cantidad de agua en el proceso de secado, pues el descenso en la curva de secado se mantiene, lo que demuestra que no habrá ningún daño en la estructura física por el proceso de D.O. Análisis de las Isotermas según BET, Henderson, Caurie Los resultados obtenidos experimentalmente se analizaron mediante las ecuaciones de BET (6), Henderson (7) y Caurie (8), para determinar cuál es la aw más adecuada en el procesamiento o conservación de la fruta. 61 Tabla 8. Análisis de la aw de las diferentes frutas mediante las ecuaciones de BET, Henderson y Caurie de las muestras. Fruta Mango Guayaba Uchuva Mora Tratamiento Fresco DO Fresco DO Fresco DO Fresco DO BET 0,26709903 0,35388475 0,40119516 0,62480248 0,24545353 0,30850533 0,24686763 0,48016423 r2 Henderson 0,73702655 0,84039887 0,71788902 0,95069978 0,69486182 0,76016102 0,69872806 0,78529229 Caurie 0,49826322 0,61455313 0,5262993 0,7944343 0,42581802 0,55777842 0,42750234 0,70260937 Para este análisis hay que tener en cuenta que el modelo de BET es adecuado para muestras con aw inferior a 0.4 y ninguna de las frutas se encuentra en los rangos descritos (Chiralt B A, et al, 1998). Por su parte el modelo Caurie fue diseñado bajo argumentos directamente influyentes en la deshidratación, aproximándose a intervalos de equilibrio en la capa monomolecular de la muestra; por lo que ninguna de las muestras se encuentra en esta condición. El modelo más adecuado para este análisis es el de Henderson, debido a que las fruta frescas y las DO están más próximas a los intervalos de humedad que sugiere el modelo (0.1 a 0.75), además, el proceso de secado se desarrollo en este rango (Johnson P-N.T,Brennan J.G.,2000), lo cual se comprobó con el valor de r2 para cada una, siendo el adecuado el valor cercano a 1. Este modelo fue propuesto bajo parámetros termodinámicos para vegetales y presentó valores típicos para las muestra de mango, guayaba, mora y uchuva presentadas en la tabla 8 de acuerdo a la ecuación (7) descrita en los análisis fisicoquímicos. 62 Tabla 9. Valor de r2 a partir de la ecuación de Henderson para fruta frescas y las DO Fruta Mango Guayaba Uchuva Mora Tratamiento Fresco DO Fresco DO Fresco DO Fresco DO Parametro n f -1,02637345 1,70413121 -0,91745322 1,28422914 -1,35806123 2,23816783 -1,11442665 1,48413498 -0,88955176 1,46114819 -1,02263497 1,49344198 -0,8788896 1,44664379 -0,88283687 1,11493514 Valores inferiores del parámetro n indican una mayor velocidad de equilibrio en la humedad, siendo esta dependiente de su estado inicialmente mayor (ver tabla 7). Observándose que la mora y uchuva fresca obtendrán un equilibrio más rápidamente que sus correspondientes muestras deshidratadas osmóticamente, mientras que las muestras deshidratadas osmóticamente de guayaba y mango obtendrán más rápidamente el equilibrio que sus respectiva muestras frescas. El equilibrio es alcanzado rápidamente por las frutas en el siguiente orden: guayaba fresca, guayaba DO, mango fresco, uchuva DO, mango DO, uchuva fresca, mora DO y mora fresca, lo que determina que en el procesado de las frutas se deben tener en cuenta los pretratamientos DO o DOPV, ya que son favorables a unos y otros no. ANÁLISIS SENSORIAL Se realizaron pruebas sensoriales utilizando 12 catadores que evaluaron los diferentes aspectos de calidad de la fruta escarchada (procesada osmóticamente y secada), como el color, sabor, aroma y textura. Los datos obtenidos son el resultado de pruebas por triplicado presentadas a los catadores en fechas diferentes. Las variables analizadas fueron: opacidad, color típico, gomosidad, dureza, jugosidad, sabor dulce y sabor típico. 63 OPACIDAD: La opacidad se debe a la menor transmisión de la luz a través de un prisma en los alimentos, este efecto se debe a la poca presencia de cristales de carbohidratos, que han sido localizados a nivel de los poros de la superficie. La opacidad se da en la mayoría de las frutas que se sometieron a deshidratación osmótica en soluciones de menor concentración. Las frutas de mango, guayaba, uchuva y mora deshidratadas osmóticamente en disoluciones de sacarosa a 25, 45, 55 y 65°brix y secadas con corriente de aire caliente y microondas a 35°C presentaron el siguiente comportamiento (Fig. 30 a, b, c, d) a b OPACIDAD EN GUAYABA Media Media OPACIDAD EN MANGO Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 d 55 65ºBx e OPACIDAD EN MORA Media Media OPACIDAD EN UCHUVA Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Figura 30. Opacidad del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. 64 En la figura 30a se observa que las muestras de mango que presentan la menor opacidad son las DO a 45ºbrix. En la figura 30b se observa que las muestras de guayaba que presentan menor opacidad son la DO entre 45 y 65ºbrix. En la figura 30c y 30d se observa que las muestras de uchuva y mora, presentaron menor opacidad al ser sometidas a las disoluciones de 55 y 65ºbrix, respectivamente. Este fenómeno es debido a la baja presencia de carbohidratos en la superficie de la fruta. COLOR TÍPICO: El color típico de las frutas se conserva más al aplicar concentraciones de disoluciones osmóticas más concentradas, debido a la menor difusión de sustancias sensibles al proceso de DO. Las frutas de mango, guayaba, uchuva y mora deshidratadas osmóticamente en disoluciones de sacarosa a 25, 45, 55 y 65°brix y secadas con corriente de aire caliente y microondas a 35°C presentaron el siguiente comportamiento (Fig. 31 a, b, c, d) a b COLOR TÍPICO EN GUAYABA Media Media COLOR TÍPICO EN MANGO Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx 65 c d COLOR TÍPICO EN MORA Media Media COLOR TÍPICO EN UCHUVA Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Figura 31. Color típico del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. En cuanto al color en la figura 31 se observa que la mayoría de las frutas DO conservan mas el color en las disolución 55 °brix, lo que corrobora que las frutas se comportan mejor al aplicar concentraciones de disoluciones osmóticas más concentradas, debido a la menor difusión de sustancias sensibles al proceso de DO. GOMOSIDAD: La gomosidad de las frutas se alcanza durante el proceso de secado, previo un proceso de deshidratación osmótica, esto se debe al menor o mayor flujo de sustancias, y a la morfología que va adquiriendo la muestra durante los procesos, causada por el principio de deformación, una muestra mas gomosa ha presentado una menor deformación, causada por la conservación de los poros en su forma original. Las frutas de mango, guayaba, uchuva y mora deshidratadas osmóticamente en disoluciones de sacarosa a 25, 45, 55 y 65°brix y secadas con corriente de aire caliente y microondas a 35°C presentaron el siguiente comportamiento (Fig. 32 a, b, c, d) 66 a b GOMOSIDAD EN GUAYABA Media Media GOMOSIDAD EN MANGO Disolucines a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 c 65ºBx d GOMOSIDAD EN MORA Media Media GOMOSIDAD EN UCHUVA Disoluciones a 55 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Figura 32. Gomosidad del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. En la figura 32a no se observa diferencias significativas entre las diferentes disoluciones. En la figura 32b se observa que las disoluciones que presentan mayor gomosidad y por lo tanto menor deformación en las muestras de guayaba son las de 45 y 65ºbrix. En la figura 32c y d se muestra que la disolución que presenta mayor gomosidad en uchuva y mora es la de 45ºbrix. 67 DUREZA: La dureza es un efecto contrario de la gomosidad, la que se alcanza durante el proceso de secado, previa la deshidratación osmótica, estas causan un mayor flujo de sustancias, originando deformaciones morfológicas en la muestra durante los procesos, debido a la pérdida de la estructura porosa original. Las frutas de mango, guayaba, uchuva y mora deshidratadas osmóticamente en disoluciones de sacarosa a 25, 45, 55 y 65°brix y secadas con corriente de aire caliente y microondas a 35°C presentaron el siguiente comportamiento (Fig. 33 a, b, c, d) a b DUREZA EN GUAYABA Media Media DUREZA EN MANGO Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 c 65ºBx d DUREZA EN MORA Media Media DUREZA EN UCHUVA Disoluciones a 55 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Figura 33. Dureza del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. 68 En la figura 33a,b ,c y d observan que la disolución que presenta menor dureza en las muestras de mango, guayaba, uchuva y mora corresponde a la disolución de 45ºbrix, esto se debe al comportamiento que presentan las estructuras donde se evita las deformaciones morfológicas en la muestra durante los procesos de DO. JUGOSIDAD: La jugosidad se puede explicar como el efecto causado por la presencia de sustancias líquidas dentro de la muestra y que por efecto de encapsulamiento son difíciles de extraer, esta se alcanza durante el proceso de secado, previa la deshidratación osmótica, logrando un mayor flujo de sustancias en las muestras tratadas con concentraciones intermedias. a b JUGOSIDAD EN GUAYABA Media Media JUGOSIDAD EN MANGO Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 c 65ºBx d JUGOSIDAD EN MORA Media Media JUGOSIDAD EN UCHUVA Disoluciones a 55 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx 69 Figura 34. Jugosidad del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. En la figura 34a, b, c y d se observan que las muestras que presentaron mayor jugosidad fueron las tratadas con la disolución de 45ºbrix, debido a la mayor velocidad de líquidos por procesos difusionales ocasionados probablemente, por la viscosidad o densidad de la disolución. SABOR DULCE: El sabor dulce se puede explicar por la mayor presencia de carbohidratos dentro de la muestra, debido al encostramiento o encapsulamiento de sustancias edulcorantes utilizadas en las disoluciones deshidratantes. Estos compuestos se localizan a nivel de los poros. a b SABOR DULCE EN GUAYABA Media Media SABOR DULCE EN MANGO Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 c 55 65ºBx d SABOR DULCE EN MORA Media Media SABOR DULCE EN UCHUVA Disoluciones a 45 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx 70 Figura 35. Sabor dulce del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. En la figura 35a y b, se observa que las muestras de mango y guayaba que presentan menor sabor dulce son las tratadas con disolución de 45ºbrix, mientras que las muestras de uchuva y mora (figura 35c y d) presentan la menor retención de edulcorante en la disolución de 55ºbrix. SABOR TÍPICO: El sabor típico se puede explicar principalmente en la pérdida de volátiles, el cual puede ser causado por la exposición de los mismos a condiciones extremas y se podría interpretar como una mayor conservación durante el tratamiento. a b SABOR TÍPICO EN MANGO Media Media Disoluciones a SABOR TÍPICO EN GUAYABA 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx 71 c d SABOR TÍPICO EN MORA Media Media SABOR TÍPICO EN UCHUVA Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Disoluciones a 25 45 55 65ºBx Figura 35. Sabor dulce del mango, la guayaba, la uchuva y la mora deshidratados osmóticamente y secas. En la figura 36 b, c y d se observa que la disolución que mejor preserva el sabor de las frutas es la de 45ºbrix. Mientras que en las muestras de mango (figura 36a) la disolución que mejor lo preserva es la de 25ºbrix, debido posiblemente a errores experimentales. Al correlacionar las diferentes variables del análisis sensorial en el mango y la guayaba, se encontró que el pretratamiento de DO a 45°brix fue el más aceptado por el panel de catadores, mientras que para la mora y la uchuva se presentó un nivel de aceptabilidad que fluctuó entre 45 y 55°brix. Se observa que la disolución que mejor conserva los diferentes parámetros sensoriales evaluados para las muestras de mango, guayaba, uchuva y mora es la de 45ºbrix. REHIDRATACIÓN Los procesos de rehidratación en las muestras de mango, guayaba, mora y uchuva que dieron los mejores resultados en DO y secado, presentaron el siguiente comportamiento en humedad, sólidos solubles y masa (figura 58). 72 Figura 58. Comportamiento de la humedad, sólidos solubles y masa durante la rehidratación de frutas DO y secadas. 73 La temperatura del medio afecta la velocidad de absorción de agua, de manera que la velocidad aumenta con la temperatura (Abdel Kaber, 1994; Sanjuán, 1998), aunque esta influencia es más acusada al principio del proceso de rehidratación (Sanjuán, 1998). La naturaleza del líquido de rehidratación (agua, azúcares, grasas...) afecta a la capacidad de rehidratación del producto. Prothon et al (2001) estudiaron y compararon la rehidratación de manzanas en agua y en yogur, llegando a resultados que ponían de manifiesto que las capacidades de rehidratación eran significativamente mayores en agua que en yogur. Los productos según su naturaleza se comportan de manera diferente ante la rehidratación debido a su matriz estructural y el estado en que ésta se encuentre. Por ejemplo, al hidratar cereales de desayuno, se aumenta rápidamente su contenido en humedad y pierden su crocancia (Machado et al., 1999); en el caso de la rehidratación de guisantes y habas deshidratadas, Hamad y Powers (1965) observaron que la tasa de hidratación dependía del contenido en pectinas de los mismos. Son varios los autores que han estudiado la influencia de los pretratamientos de escaldado, sulfitado, adición de sales u otros aditivos, en la capacidad de rehidratación del producto (Eshtiaghi et al, 1994; Strahm y Flores, 1994; QuinteroRamos et al, 1998). Otros autores también han estudiado los diversos factores que afectan la pérdida de sólidos solubles que se lixivian a partir de la matriz del producto (Biekman 1996; Mizrahi, 1996). CONCLUSIÓN El procesamiento por métodos combinados (DO y SAC) del mango, guayaba, mora y uchuva, se realizó en dos etapas; en la primera se emplearon diferentes concentraciones de disolución para la deshidratación osmótica a temperatura ambiente; las disoluciones que presentaron el mejor comportamiento fueron: 35 ºbrix por 24 horas para mango, 45 ºbrix por 48 horas para guayaba, 25 ºbrix por 96 y 72 horas para mora y uchuva respectivamente, y en la segunda etapa se 74 realizó el secado con aire caliente a 35°C, hasta alcanzar una fracción másica de sólidos solubles cercana a 0.70. Al final del proceso se obtuvieron productos con bajas concentraciones de humedad y de azúcares, adecuados para ser usados como materia prima en cereales de desayuno y bebidas lácteas. Los resultados de este estudio han mostrado que la composición química inicial es dependiente de la velocidad de equilibrio según lo demuestra el modelo BET siendo las muestras cuya humedad relativa es superior quienes alcanzan el equilibrio más fácil mente. De los modelos evaluados encontramos más apto experimentalmente el modelo Henderson por su intervalo de precisión afín a las condiciones de humedad dadas de cada fruta. Aunque no descartando los modelos de BET y Caurie ya que estos son más específicos para aw inferiores y para los cuales seria utilizados de forma complementaria en próximos estudio para hallar factores incidentes en el equilibrio de aw de la capa monomolecular con el objeto de conocer la máxima estabilidad después de procesados. Las isotermas en estado fresco muestran un punto de equilibrio semejante para todos las frutas mientras que después de deshidratados las frutas en su orden la guayaba, el mango, la uchuva y la mora serán menos susceptibles al ataque biológico. Difusión y divulgación. Los resultados del proyecto se publicaron en revistas indexadas, además de conferencias, congresos y simposios. Impacto social del proyecto La Modelización de tecnologías para la producción de frutas tropicales secas para ser usadas como materia prima de la industria de los cereales de desayuno y 75 bebidas lácteas, puede ser la alternativa al mercado de frutas producidas por los pequeños agricultores, con un valor agregado significativo. BIBLIOGRAFÍA Aguilera J. M. & Chirife J. (1994). Combined Methods for the Preservation of Foods in Latin America and the CYTED-D Project. Journal of Food Engineering, 22: 433-444. A.O.A.C. (1980). Association of official Analytical Chemist Official Methods of Analysis. Washington. D.C. Argaiz, A., López-Malo, A. et Welti-Chanes. J. (1995). Considerations for the development and stability of high moisture fruit products during storage. In Food preservation by moisture control - fundamentals and applications (pp. 729-760). Eds. Welti-Chanes, J. & Barbosa-Cánovas, G., Technomic Pub. Co. Lancaster, USA. Arogba S.S. (2001) Efect of temperature on the moisture sorption isotherm of a biscuit containing processed mango (Mangifera indica) kernel flour. Journal of Food Engineering. Volumen 48, Pág 121 – 125 Barat J., Fito, P., & Chiralt, A. (2001) Modeling of simultaneous mass transfer and structural change in fruit tissue. Journal of Food Engineering 49, 77-85. Barat J., Talens P., Barrera C. & Chiralt A. (2002). No-thermal pineapple candying optimisation. Journal Food Science. 86(4) 636-641. Castañón X., Ibarz A., Welti-Chanel J., Palou E. & Lopez-Malo A. (2000) Water activity on air drying behaviour and quality of mango. In J. Welty-Chanes, G.V. Barbosa-Cánovas, & J.M. Aguilera Proceedings of the Eighth International Congress on Engineering and Food -ICEF 8- (pp.1066-1070). Lancaster: Technomic Publishing Co, Inc. Charalt Boix A, Martinez Navarrete N, Camacho Vidal M, Gonzalez Martitnez C, experimentos de fisicoquímica de alimentos., universidad politécnica de valencia, año 1998 pag 73-84. 76 Corporación Colombia Internacional / CCI / www.cci.org.co. Consulta mayo de 2008. Eshtiaghi, M. N., Stute, R., & Knorr, D. (1994). High pressure and freezing pretreatment effects on drying, rehydration, texture and color of green beans, carrots and potatoes. Journal of Food Science, 59(6), 1168–1170. FAO.Fruit and vegetable processing. (1995). En:http://www.fao.org/documents P. Fito, A. Andrés, A. Chiralt and P. Pardo (1996)Coupling of hydrodynamic mechanism and deformation––relaxation phenomena during vacuum treatments in solid porous food liquid systems. Journal of Food Engineering 27 3, pp. 229–240. Fito, P. and Chiralt, A. (2000) Vacuum Impregnation of Plant Tissue. Chapter 11: Minimally Processed Fruit and Vegetables, Fundamental Aspects and Applications. Alzamora S.M, Tapia M.S & Lopez–Malo A. Aspen Publisher, Inc, Maryland, 189–204 Fito, P. Chiralt, A. (1997) An approach to the modelling of solid food - liquid operations: application to osmotic dehydration. In: Food Engineering 2000, P.Fito, G. Ortega, G. Barbosa (eds), Chapman & Hall, 231 – 252. Giangiacomo, R; Torregiani, D y Abbo, E (1987) Osmotic Dehydration of Fruit. Part I. Sugar Exchange between Fruit and Extracting Syrups. J. Food Proc. Pres. (11):183-195. A. Gil, I. Duarte, I. Delgadillo, J. Colquhoun, F. Casuscelli, E. Humper and M. Spraul (2000) Study of the compositional changes of mango during ripening by use of nuclear magnetic resonance spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry 48 5, pp. 1524–1536 Giraldo G, Talens P., Fito P. & Chiralt A. (2003) Influence of sucrose solution concentration on kinetics and yield of mango osmotic dehydration. Journal of Food Engineering (58) 33-43. 77 Giraldo G, (2004). Conservación de frutas por método combinado. Revista de Investigaciones. Universidad del Quindío N° 14 (121-129). Giraldo G, Duque A. y Mejía C. (2005) La deshidratación osmótica como pretratamiento en la conservación de mora (Rubus glaucus) y uchuva (Physalis peruviana L.). Revista Vitae Universidad de Antioquia. Volumen 12 No 1 (15-22). Giraldo G.A, Duque A.L, Mejia C.M. (2005) La Deshidratación Osmótica de Mango (Mangifera indica) y Guayaba (Psidium guajava L) como Pretratamiento para la Conservación de la Fruta. Revista de Investigaciones de la Universidad del Quindío. N° 15 pág 25 – 33. Giraldo G. (2006) El efecto del tratamiento de impregnación a vacío en la respiración de frutas (manzana, fresa, melocotón y sandía) mínimamente procesadas. Vol.13, No.2, p.21-25. Johnson P-N.T,Brennan J.G. (2000) Moisture sorption isotherm characteristics of plantain (Musa, AAB). Journal of Food Engineering, Volumen 44, pag 79-84. Lima, A. W. O., & Cal-Vidal, J. (1983). Hygroscopic behaviour of freeze dried bananas. Journal of Food Technology, 18(6), 687- 696. Maltini, E.; Torreggiani, D.; Brovetto, B.R.; Bertolo, G. (1993) Functional properties of reduced moisture fruits as ingredients in food systems. Food Research International, Oxford, v.26, n.3, p. 413-419. Martinez N, Andres A, Chiralt A, Fito P. (1998) Termodinámica y Cinética de Sistemas Alimento/ Entorno. Capítulo 8. Universidad Politécnica de Valencia. Pág 177 – 193. Mujica-Paz H., Valdez-Fragoso A, Martínez-Pantoja Y & Welti_Canes J. (2000) Response surface methodology applied to vacuum osmotic dehydration of mango slices. In J. Welty-Chanes, G.V. Barbosa-Cánovas, & J.M. Aguilera Proceedings of the Eighth International Congress on Engineering and Food ICEF 8- (pp.1305-1308). Lancaster: Technomic Publishing Co., Inc. 78 Panagiotou N., Karathanos V. & Maroulis Z. (1998). Mass transfer modelling of the osmotic dehydration of some fruits. International Journal of Food Science and Technology, 33, 267-284. Palou, E., A. López-Malo, A. Argaiz and J. Welti. 1993. Osmotic dehydration of papaya. Effect of syrup concentration Rev. Española de Ciencia y Tecnología de Alimentos 33(6):621-630. PROEXPORT 2003. http://www.proexport.com.co/intelexport/aplicacion/frames.asp, consulta junio de 2008. P-N. T. Johnson, J.G. Brennan. (2000) Moisture sorption isotherm characteristics of plantain (Musa, AAB) J. Food Eng. 44, 79-84. Talens, P.; Escriche, I.; Martínez-Navarrete, N.; Chiralt, A. (2002) Study of the influence of osmotic dehydration and freezing on the volatile profile of strawberries. Journal of Science 67(5), 1648-1653. Torreggiani, D. (1993). Osmotic dehydration in fruit and vegetable processing. Food Research International. 26: 59-68. Welti J., Palou E., Lopez-Malo A., & Balseira A. (1995). Osmotic Concentration – Drying of Mango Slices. Drying Technology 13 (1-2) 405-416. Wang J. and Chao Y. (2002). Drying characteristics of irradiated apple slices. Journal of Food Engineering 52: 83–88 Welti J., Palou E., Lopez-Malo A., & Balseira A. (1995). Osmotic Concentration – Drying of Mango Slices. Drying Technology 13 (1-2) 405-416. 79 80