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2.4.3 Modelos de deshidratacin osmtica

2.4.3.1 Modelado fenomenolgicoNo trata de explicar el mecanismo de latransferencia de materia a travs de un modelo sicoqumico,

sino que slo intenta relacionar la prdida de agua (WL) y la ganancia deslidos (!) con las condiciones operativas a travs de relaciones muy simples,

generalmente de valide" limitada al caso en estudio#

2.4.3.2 Modelado microscpico-estructural: Los modelos m$ssimplicados consideran difusin en un sistema %omogneo#

&lantean el 'alance para el sistema y, a partir de la solucin analtica y de

datos experimentales, regresin a un coeciente de difusin aparente para

cada componente que difunde#

n el otro extremo, existen modelos muy ela'orados que com'inan la difusin

multicomponente con la existencia de elementos estructurales (pared celular,

mem'rana protoplasm$tica, espacios intercelulares), a travs de los cuales

de'en difundir los componentes, y que implican resistencias adicionales y

generan la aparicin de numerosos coecientes, difciles de calcular o medir#

La deshidratacin osmtica se considera como producto de la saturacinde las capas exteriores del material# i una solucin no es uniforme con

respecto a la concentracin de los componentes, la misma alcan"ar$ la

uniformidad de manera espont$nea por difusin, pues la sustancia se mover$

de un punto de concentracin elevada a otro con concentracin m$s 'aa# La

mayora de los modelos matem$ticos se calculan en 'ase a la ley de *ic+,

segn la cual, la difusividad (una medida de la movilidad de difusin) de un

componente en una solucin es la relacin entre el -uo por unidad de $rea

(-ux) y su gradiente de concentracin#

l agua durante la des%idratacin osmtica puede perderse en dos etapas.

/) 0na etapa que dura aproximadamente dos %oras (dependiendo del tipo de

alimento) donde existe una remocin de agua a una velocidad alta#

1) 0na etapa de dos a seis %oras (dependiendo del tipo de alimento) con una

remocin de agua en decrecimiento# Las frutas pueden contener agua de tres

tipos.

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a) 2gua ligada presente en las clulas y que forma soluciones con sustancias

org$nicas#

') 2gua con enlace coloidal presente en las mem'ranas, m$s difcil de

remover durante el proceso de secado o des%idratado#

c) 2gua de constitucin o agua no ligada que est$ directamente conectada conlos componentes moleculares y que tam'in es difcil su remocin# La

temperatura y concentracin de las soluciones osmticas afectan la velocidad

de prdida de agua del producto#

2l comparar el secado por aire /3 seco, la des%idratacin osmtica es m$s

r$pida, pues la eliminacin del agua ocurre sin un cam'io de fase# La

des%idratacin osmtica modica la composicin del producto y meora sus

propiedades sensoriales y nutricionales por unidad de masa# 2dem$s,

disminuye la presencia de microorganismos y %ongos, al mismo tiempo que

protege la pigmentacin de los vegetales# 2umentar el contenido de slidos

dentro de los alimentos no es un proceso de conservacin, sino una etapa de

tratamiento previo para operaciones de conservacin y almacenae# i se

somete un producto a des%idratacin osmtica previo al secado, se puede

aumentar la capacidad de los secadores y el rendimiento en la etapa nal# sto

reduce la energa, y la meora los productos naturales# Los mtodos

com'inados, o efectos de 'arreras u o'st$culos, reducen el crecimiento

micro'iano en alimentos al com'inar factores de conservacin tales como. la

disminucin del p4, la inclusin de agentes antimicro'ianos y el calentamiento

moderado# i el 'enecio de un p4 'ao es com'inado con otro mtodo que

disminuya la actividad de agua, se genera un efecto antimicro'iano 'astante

eca"# 5e'e tomarse en cuenta que si se agrega un acidicante ste de'ea6adirse de tal forma que no se vea modicado el sa'or del alimento# l $cido

ctrico es considerado como un acidicante natural, provee la acide" uniforme#

i el p4 est$ por de'ao de 3#7 se convierte en un in%i'idor micro'iano# n las

frutas y verduras procesadas ayuda a optimi"ar el sa'or, y funciona como un

antioxidante para in%i'ir el deterioro del color y sa'or de'ido a las reacciones

en"im$ticas# 2dem$s inactiva las en"imas no deseadas, pues stas

generalmente dependen del p4# /8

2.4.1 Principios y fundamentos El fenmeno de

deshidratacin osmticase %a tratado de explicar a partir de los conceptos fundamentales de

transferencia de masa al esta'lecer el origen de las fuer"as impulsoras

difusivas involucradas# l mecanismo de impregnacin se considera que es

producto de la casi saturacin de las capas exteriores o superciales9 la

mayora de las explicaciones y el modelado y c$lculo de los par$metros que los

descri'en %an sido calculados a partir de la segunda ley de *ic+#

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:omo se trata de la conservacin de un material por disminucin de actividad

de agua, usando la fuer"a osmtica de una solucin de a"car, sal u otros

materiales, se puede reali"ar a temperatura del am'iente# llo trae consigo

muc%os 'enecios, especialmente en la calidad sensorial como sa'or, aroma y

color# Las soluciones que se usan como agentes osmticos son soluciones

concentradas de sacarosa, salmueras de alta concentracin, maltodextrinas yara'es de ma" de variada composicin# e de'en 'uscar las soluciones de

mayor fuer"a osmtica, pero que al mismo tiempo afecten lo menos posi'le al

producto9 se de'e sacar agua, pero no incorporar solutos al producto#

Modelado fenomenolgico:No trata de explicar el mecanismo de latransferencia de materia a travs de un modelo fsicoqumico,

sino que slo intenta relacionar WL, ! y ;< con las condiciones operativas a

travs de relaciones muy simples, generalmente de valide" limitada al caso en

estudio (4a=+es > *lin+ ?8@, 5alla col# ?A@, 2ndreotti > col# ?/@, entre

muc%os otros)#

l tipo de relaciones o'tenidas son los siguientes.

WL B C= (t)/D1 (/) ! B Cs (t)/D1 (1)

Las C= y Cs son constantes fenomenolgicas que dependen, al menos, de lacomposicin, concentracin de la solucin tipo de soluto de la solucin.

sales, molculas de 'ao o alto &E condiciones de operacin.

F temperatura,

F relacin m$sica solucin

Fproducto

G agitacin

WL F ! G ;< dependen fuertemente de &ro'lem$tica para la Eodeli"acin dela 5H Iexistencia de dos -uos cru"ados y simult$neos de materia en

condiciones aleadas del equili'rio Iencogimiento y deformacin del producto

&ro'lem$tica para la ;alidacin de los Eodelos de 5H Ipocas varia'les

medi'les experimentalmente (la literatura cuenta con valores de WL y !,

pocas veces de ;

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literatura) tipo de teido celular del producto pretratamientos pia""iF

Easc%eroni, J5es%idratacin osmtica de alimentos ###K, E2 G erie 2, 3

(1MM/), 1AFA1# 18 temperatura y grado de agitacin#

&or lo tanto, son v$lidas slo para las condiciones en que fueron determinadas,

a menos que se modele su dependencia con dic%as varia'les operativas#

Modelado microscpico-estructural:Los modelos m$ssimplicados consideran difusin en un sistema %omogneo#

&lantean el 'alance para el sistema y G a partir de la solucin analtica y de

datos experimentales G regresin a un coeciente de difusin aparente para

cada componente que difunde (4a=+es > *lin+ ?8@, :on=ay > col# ?1@, entre

otros)# n el otro extremo, existen modelos muy ela'orados que com'inan la

difusin multicomponente con la existencia de elementos estructurales (pared

celular, mem'rana protoplasm$tica, espacios intercelulares), a travs de los

cuales de'en difundir los componentes, y que implican resistencias adicionalesy generan la aparicin de numerosos coecientes, difciles de calcular o medir

(oupin > col# ?/A@, Earcotte > col# ?@)

E!"P#$ % $'#$ (EL P)#&E$#

l equipamiento necesario para la aplicacin del proceso de 5H como mtodo

de conservacin de distintos tipos de frutas puede ser de dos tipos segn la

presin de operacin que se utilice# &ara la 5es%idratacin Hsmtica a presin

atmosfrica se requiere de los siguientes equipos.

* &u+a para tratamiento de permea+ili,acin: Este euipo se utili,acuando se (eshidratacin #smtica * icha /0 limentos rgentinosG Ein2gri &$g# de // ===#alimentosargentinos#go'#ar

procesan frutas que presentan un recu'rimiento ceroso denominado pruina en

su supercie (ar$ndanos, ciruelas, uvas, etc#) el cual es necesario eliminar

mediante un tratamiento con solucin de %idrxido de sodio#

* &u+a para laado: 0na ve" nali"ado el tratamiento de permea'ili"acines necesario lavar la fruta r$pidamente para que no se altere la calidad de la

misma por accin del %idrxido de sodio residual, lo cual se lleva a ca'o en

este equipo#

http://www.alimentosargentinos.gob.ar/http://www.alimentosargentinos.gob.ar/

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G Paila osmtica:5entro de esta se colocan los canastos contenedores de losfrutos y el ara'e o solucin osmtica# La paila de'e contar con un sistema de

agitacin continua para optimi"ar la des%idratacin# La capacidad se elige

segn el volumen de fruta que se requiera procesar#

* &ontenedores para la fruta:l tama6o de los contenedores puede variarsegn el tipo de fruta que se desee des%idratar#

G &entrfuga:ste equipo se utili"a una ve" nali"ado el proceso dedes%idratacin para la eliminacin del ara'e y agua excedente que pueda

contener el fruto# 5e'e presentar velocidad varia'le segn la fruta que se este

centrifugando y mantener la temperatura de procesado esta'le# 0na ve"

nali"ado el centrifugado de la fruta se reali"a el secado de esta por medio de

aire caliente, o mediante otro procedimiento como los mencionados

anteriormente#

2ctualmente estos equipos son fa'ricados en el pas y se encuentran por lo

tanto, disponi'les en el mercado# &ara este informe se consult a la empresa

nacional Eultiequip G Oyrd (===#multiequip#com#ar) proveedor de tecnologa

para la industria de alimentos# Los costos y detalles de los equipos para

des%idratacin osmtica a presin atmosfrica que ellos comerciali"an se

encuentran a continuacin#

La deshidratacin osmtica(5H) es un tratamiento no trmico utili"adopara reducir el contenido de agua de los alimentos, con el o'eto de extendersu vida til y mantener caractersticas sensoriales, funcionales y nutricionales#

un mtodo antiguo que se va meorando a travs del tiempo y adecuando a

las necesidades actuales# :on esta tcnica es posi'le lograr una des%idratacin

parcial del alimento, entero o fraccionado, mediante su inmersin en

soluciones acuosas concentradas en solutos (soluciones %ipertnicas) que

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tienen elevada presin osmtica y 'aa actividad de agua# 5urante este

proceso se presentan dos -uos en contracorriente. el despla"amiento de agua

desde el alimento %acia la solucin concentrada, y el movimiento de solutos

desde la solucin al alimento# La des%idratacin osmtica casi no afecta el

color, sa'or, aroma y textura del alimento, se evita la prdida de la mayor

parte de los nutrientes y no posee un gran requerimiento energtico ya que sereali"a a 'aas temperaturas (en general cercanas a la del am'iente)#

!/(ME/'#$ (E L (E$5"()'&"6/ #$M6'"&

odos los seres vivos requieren de un nivel adecuado de agua y de slidos

disueltos en el interior de sus clulas para que stas puedan llevar a ca'o sus

funciones meta'licas las cuales son fundamentales para la vida del

organismo#

l fenmeno de smosis se reali"a con el o'etivo de conservar este 'alance

%drico entre las clulas y el lquido que las rodea, denominado lquido

intersticial#

La smosis es el despla"amiento de molculas de solvente a travs de unamem'rana semipermea'le desde una regin de concentracin de soluto m$s

'aa (%ipotnica) %acia otra de concentracin m$s alta (%ipertnica) del mismo

soluto, por accin de las diferencias de presin osmtica que poseen estas

soluciones# l proceso nali"a cuando se igualan las presiones osmticas# La

des%idratacin osmtica de alimentos consiste en la aplicacin de ste

fenmeno ya que, como se mencion antes, los alimentos contienen gran

cantidad de agua y de sustancias disueltas en el interior de las clulas que

conforman los distintos teidos#

La mem'rana celular acta como mem'rana semipermea'le, el contenido

intracelular como solucin %ipotnica y como solucin %ipertnica se utili"a una

preparada con altas concentraciones de soluto en funcin del producto a tratar,

generalmente se utili"a sacarosa para frutas y cloruro de sodio para carnes y

vegetales, o me"clas de estos9 tam'in pueden utili"arse alco%oles de alto

peso molecular#

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n dic%a solucin concentrada se sumergen los alimentos ya sea entero o

tro"ado# i la mem'rana celular fuera perfectamente semipermea'le, los

solutos no podran difundir %acia el interior de las clulas# No o'stante los

alimentos no poseen este tipo de mem'rana, por lo cual puede existir difusin

del soluto al alimento y de sus componentes %acia la solucin#

n consecuencia se producen dos fenmenos de transferencia de masa.

/# 5ifusin de agua desde el alimento a la solucin cuya fuer"a impulsora es la

diferencia de presin osmtica# s posi'le que ocurra arrastre de algunos

solutos disueltos en el interior del producto, sin em'argo este -uo de

componentes suele ser desprecia'le respecto al de salida de agua y al de

entrada de soluto al alimento#

1# 5ifusin de solutos desde la solucin %acia el alimento, denominado

impregnacin, donde la fuer"a impulsora es la diferencia de concentraciones#

%ttp.DDposgrado#fr'a#utn#edu#arDinvestigacionDtesisDE2F1M/MF