informe corregido 232

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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.
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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
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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
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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).
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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
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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).
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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.
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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
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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  awXw C *W1
C *W1
(Ecuación 6)
Específica para xw entre 0.1 y 0.75

 1 
Log Log
  n  log100 Xw  f (Ecuación 7)
 1  aw 

Ln
1
1
  Lnr   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  Wen1
Vs 
t n  t n1
(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.
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