Optimización de la técnica de osmodeshidratación al vacío en

Rev. agron. noroeste argent. (2014) 34 (2): 17-20
ISSN 0080-2069 (impresa)
ISSN 2314-369X (en línea)
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Optimización de la técnica de osmodeshidratación
al vacío en cubos de batata (Ipomoea batatas L.)
E.F. Sluka*; S. del V. Monserrat; C.A. Orlando; M.C. Fernández
Cátedra de Industrias Agrícolas, Facultad de Agronomía y Zootecnia, Universidad Nacional de Tucumán.
Av. Néstor Kirchner 1900, 4000, San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.
*
Autor de correspondencia: [email protected]
Palabras clave: osmodeshidratación, vacío, calidad, economía.
La reducción del contenido de agua de los alimentos es uno de los métodos comúnmente empleados para su preservación. Las tecnologías
más utilizadas están basadas en la evaporación del
agua. La deshidratación osmótica (DO) ha cobrado gran interés, debido a las bajas temperaturas de
operación, 30-50ºC, lo cual evita el daño de productos termolábiles, además de reducir los costos
de energía para el proceso (Torreggiani, 1995).
Mediante estudios se identificaron dos etapas en
el proceso de DO: una que denominaron “deshidratación”, durante la cual la pérdida de agua es
mayor que la ganancia de solutos, por lo que la
masa total del sólido disminuye con el tiempo; y
una segunda etapa que llamaron “impregnación”,
caracterizada por una ganancia de solutos mayor
que la pérdida de agua, en que la masa total del sólido aumenta con el tiempo (Raoult-Wack, 1994).
El interés de estudiar las cinéticas globales de
DO estriban en la posibilidad de obtener información respecto al efecto de las variables involucradas en el proceso, tales como temperatura, concentración de la solución osmótica, tipo de soluto,
dimensiones del sólido y tiempo de exposición,
principalmente. Con respecto a la temperatura, se
ha observado que un aumento en el valor de esta
variable favorece la magnitud y la velocidad de
transferencia de masa de solutos hacia el interior
del producto bajo estudio, es decir la impregnación (Lenart y Flink, 1984).
La utilización de impregnación de jarabe con
pulso de vacío disminuye los tiempos de proceso,
debido a la aceleración de los procesos de transferencia de materia. La realización del secado
osmótico bajo condiciones de presión reducida
(vacío) presenta algunas ventajas sobre el proceso
en condiciones de presión atmosférica normal. En
primer lugar, el desaireado del tejido vegetal permite la penetración más rápida del almíbar hacia
los espacios intercelulares, acelerando el proceso
de extracción de agua (Fito et al., 1992; Panadés
et al., 2006). De acuerdo a los citados autores, es
posible acelerar entre 20% y 30% el proceso de
deshidratación osmótica, operando bajo vacío,
siendo la mejora, dependiente de la porosidad de
la materia prima, la cual es una característica intrínseca de cada especie. Una segunda ventaja de
la operación al vacío, es la evaporación de agua
que ocurre desde el almíbar como consecuencia de
la baja presión. Esta evaporación permite mantener la concentración de azúcar del almíbar, evitando de esta forma su dilución y manteniendo la tasa
de extracción de agua desde la fruta. Es necesario
por lo tanto, contar con un sistema de vacío en que
sea posible condensar el vapor de agua generado
La agitación periódica al sistema también produce un importante aumento en la velocidad de
deshidratación. A medida que avanza el tiempo
de contacto del producto con el jarabe, esta se va
rodeando de su propia agua, la cual se va difundiendo lentamente por el jarabe concentrado. Al
estar rodeada de agua la fruta, la diferencia de concentraciones entre el jarabe y la pared celular se
hace menor, con lo que también se disminuye la
velocidad de salida de agua. Si el sistema es agitado, el agua que ha salido es retirada del contacto
y vecindario de la pared y será reemplazada por
jarabe concentrado que permitirá el nuevo establecimiento de una alta diferencia de concentración
entre el aumento de la velocidad de deshidratación
(Lazarides, 2004).
Utilizando este método es posible reducir hasta
un 50% del peso inicial de las frutas, y producir
ingreso de sólidos hasta un 10% (Zapata Montoya,
1999).
El objetivo del presente trabajo fue estudiar la
cinética de la osmodeshidratación al vacío en cubos de batatas, a fin de encontrar las variables más
adecuadas de pérdida de agua (WL) y ganancia de
solutos (SG), en tres soluciones de distinta con-
Recibido 30/06/14; Aceptado 05/09/14; Publicado en línea 03/11/14.
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
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centración de sacarosa y glucosa, a 50ºC de temperatura.
Se utilizaron batatas de la variedad Morada
INTA, de piel roja y pulpa de color amarillo cremoso.
Las batatas fueron lavadas, peladas con vapor
a presión de 2 kg/cm2 durante 2’ y luego lavadas
con agua fría. Posteriormente se escaldaron con
vapor a presión normal durante 30’ y se cortaron
en cubos de 1cm de lado con un cortador de papas
de 25 hoyos de sección y de empuje de placa.
Después de exponer las muestras al proceso de
DO, se extrajeron a tiempos predeterminados de
las soluciones; la solución residual se eliminó con
toallas de papel y se caracterizaron química y físicamente determinando el contenido de sólidos
solubles (ºBrix), peso y contenido de humedad.
La humedad y el contenido medio de materia
seca de las muestras se determinaron por secado a70°C durante 24 horas en un horno (AOAC,
1996). Todos los experimentos se llevaron a cabo
por triplicado y el valor medio se usó para los cálculos.
El proceso osmótico se realizó en un evaporador
rotatorio al vacío marca Decalab de 1000 cm3 de
capacidad con baño termostático de 50 ºC, empleando una relación 1:4 (100 gr: 400 cm3) de producto y jarabe respectivamente, con un régimen
de alto vacío continuo de 60 cm Hg y una velocidad de rotación de 30 rpm.
La concentraciones del jarabe se realizaron
con sacarosa (60, 55, 50% p/p) y glucosa (5, 10
y 15% p/p) respectivamente, totalizando un 65%
de sólidos solubles totales. La elección y la concentración de los agentes osmóticos se realizaron
en función de los que normalmente se usan en la
elaboración de confituras.
Las muestras se retiraron cada 10 minutos para
el análisis físico-químico, durante 1hora 15’que
duró el ensayo.
Para verificar el efecto de los solutos sobre la
osmodeshidratación se escogió el modelo fenomenológico, donde no trata de explicar el mecanismo
de la transferencia de materia a través de un modelo fisicoquímico, sino que solo intenta relacionar
pérdida de agua (WL) y ganancia de sólidos (SG).
Aspectos fenomenológicos que dependen fuertemente de condiciones de operación, tales como,
la temperatura, la relación másica jarabe-producto
y la concentración de la solución con el tipo de
soluto, el grado de vacío y agitación. El cálculo
de los parámetros WL y SG, se calculan con las
siguientes ecuaciones expresadas en gramos/100
gramos de producto fresco (Cabrera Rodríguez et
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al., 2008):
(Mf .%Sf) – (Mo .% So)
SG = ———————————— x 100
Mo
(Mo .%Ho) - (Mf .%Hf)
WL = ———————————— x 100
Mo
Dónde:
Mf: peso final de la muestra (g)
Mo: peso inicial de la muestra (g)
Ho: humedad inicial de la muestra (%)
Hf : humedad final de la muestra (%)
So: Sólidos solubles inicial de la muestra (%)
Sf: Sólidos solubles final de la muestra (%)
Aplicando dicho modelo se obtuvieron las variables de respuesta para el proceso de osmodeshidratación como SG (Ganancia de solutos) y
WL (Pérdida de agua). Se expresó gráficamente el
comportamiento de cada tratamiento en el proceso. Por medio de curvas de tendencia en la osmodeshidratación se determinó los tratamientos más
adecuados respecto a la variable de respuesta: WL
(%) y SG (%).
Las cinéticas de DO de cubos de batatas a 50ºC,
se muestran en las figuras 1 y 2. Las variaciones
de WL (%) y SG (%) para los diferentes procesos
son indicados con símbolos diferentes.
Figura 1. Variación de Pérdida de Agua (WL%) al vacío de cubos de batatas en soluciones de distinta concentración de sacarosa y glucosa a 50ºC.
Figura 2. Variación de Ganancia de Solutos (SG%) al
vacío en cubos de batatas en soluciones de distinta concentración de sacarosa y glucosa a 50ºC
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Se observó en todo el proceso, que el incremento de la concentración de glucosa a la solución
aumenta el gradiente de presión osmótica y por
lo tanto los valores de pérdida de agua en todo el
periodo de la ósmosis. Este comportamiento está
de acuerdo con lo que establece la bibliografía
en relación a la disponibilidad de agua y el tamaño de moléculas: “a igualdad de masa total, los
compuestos de menor masa molecular ejercen una
presión osmótica mayor que los de mayor masa
molecular, pues tendrán un mayor número de partículas. Así, en 180 g de glucosa, Mm=180, (1mol)
hay 6,023*1023 moléculas, mientras que en 180
g de sacarosa, Mm=342, (0,53 moles) sólo habrá
3,192*1023 moléculas.” (Flink, 1980).
En la gráfica se puede observar en las primeras
etapas, una mayor pérdida se agua en la mezcla
de sacarosa (55%)-glucosa (10%), en relación a
la mezcla de sacarosa (50%)-glucosa (15%). Este
comportamiento indica un efecto antagónico de
dichos solutos en agua debido a sus dimensiones
moleculares. La sacarosa de mayor peso molecular, permanece principalmente en el espacio extracelular, mientras que la glucosa puede penetrar en
la célula, lo que provoca una reducción del gradiente de presión osmótica y por ende una menor
pérdida de agua (Sacchetti et al., 2001).
En una solución de sacarosa (50%)-glucosa
(15%), la SG (%) es menor que en una solución
sacarosa (55%)-glucosa (10%). A bajas concentraciones de glucosa y alta de sacarosa es posible que
el aumento de la permeabilidad cause una mayor
penetración de sacarosa en las muestras. Sin embargo si la concentración de glucosa aumenta y la
concentración de sacarosa por consiguiente disminuye la competencia entre estos flujos de solutos
aumenta y, debido al bajo peso molecular de la
glucosa, esta penetra mucho mas fácilmente que
la sacarosa, lo que lleva a una reducción en SG.
Dicho efecto es generalmente atribuido a la influencia de las membranas de los tejidos celulares,
en cuanto a las propiedades difusivas de agua y solutos como una función de sus respectivas masas
molares (Sacchetti et al., 2001; Eren y KaymatErtekin, 2007).
Con respecto a la solución de sacarosa
(60%)-glucosa (5%), la SG (%) es mucho menor.
Este comportamiento puede explicarse por la formación de una barrera sólida (fase límite) en la superficie de la muestra que hace disminuir la fuerza
motriz de transferencia de solutos entre la solución y el producto (Lenart y Flink, 1984; Guilbert
y Cuq, 1990; Baroni y Hubinger, 2007).
La pérdida de agua y la ganancia de solutos en
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cubos de batatas sometidos a la osmodeshidratación al vacío, aumentaron en el tiempo y con el
incremento de la concentración de glucosa. Una
alta tasa de eliminación de agua (45%) y ganancia
de solutos (16%) se obtuvo en un tiempo de operación de 40 minutos a 50ºC.
Podemos concluir que de acuerdo con los resultados obtenidos, dicha técnica se podría aplicar a
la elaboración de confituras delicadas, a fin de obtener los productos deseados con menor tiempo de
cocción, con la máxima calidad y menor costo de
operación.
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