ESTUDIO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE LA...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGIA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
ESTUDIO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
DE LA PIÑA MILAGREÑA (Ananas comosus)
VARIEDAD PEROLERA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERA DE ALIMENTOS
GISELE SARAÍ MELO ALVEAR
DIRECTORA: ING. BELÉN JÁCOME
Quito, Mayo 2015
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© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2015
Reservados todos los derechos de reproducción
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DECLARACIÓN
Yo Gisele Saraí Melo Alvear, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
Gisele Saraí Melo Alvear
CI: 1721239828
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CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Estudio de la
Deshidratación Osmótica de la piña y vida útil”, que, para aspirar al
título de Ingeniera de Alimentos fue desarrollado por Gisele Melo, bajo mi
dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y
cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de
Titulación artículos 18 y 25.
Ing. Belén Jácome
DIRECTOR DEL TRABAJO
CI: 1714941455
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DEDICATORIA
A Dios, quien me ha dado la oportunidad de vivir una vida llena de
bendiciones y me ha guiado por el camino correcto.
A mis Padres y hermanos amados, que con su gran ejemplo son y serán un
pilar fundamental en mi vida y que con su amor, paciencia, entrega y apoyo
incondicional me motivaron aún más a lo largo de mi Carrera Universitaria.
A mi esposo y a mi bebé, mi familia, siendo siempre mi prioridad, el amor de
mi vida y la motivación más grande que hoy día tengo para ser mejor
persona cada segundo y jamás rendirme. Así juntos siempre con la mano de
Dios alcanzar el éxito por el camino que nos dirijamos.
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AGRADECIMIENTO
A todos mis maestros, quienes durante mi carrera Universitaria con sus
sabios conocimientos lograron sembrar en mi las mejores aspiraciones y
metas en mi vida académica.
A mi tutora, Ingeniera Belén Jácome que siendo una excelente persona y
profesional supo encaminarme de la mejor manera y por su invaluable ayuda
y consejos para culminar con éxito el presente trabajo.
A mis verdaderos amigos que me acompañaron de una u otra manera a lo
largo de este proceso y que con sus palabras sinceras, tardes de estudio y
momentos compartidos, me apoyaron incondicionalmente.
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INDICES DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESÚMEN ................................................................................................... vii
ABSTRACT ................................................................................................ viii
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1
2. REVISIÓN LITERARIA .............................................................................. 2
2.1. PIÑA (ANANAS COMOSUS) ...................................................... 2
2.1.1 GENERALIDADES ......................................................... 2
2.1.2. COSECHA Y POSCOSECHA ........................................ 3
2.1.3. PRODUCCIÓN NACIONAL E INTERNACIONAL .......... 4
2.1.4. COMPOSICIÓN NUTRICIONAL .................................... 5
2.2. DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA ............................................... 7
2.2.1. PROBLEMÁTICA DEL USO DE LA
DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA .................................. 8
2.2.2. VARIABLES DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN
OSMÓTICA ……………………………………………..... 8
2.2.2.1. Naturaleza del alimento………………………...8
2.2.2.2. Geometría del producto……………………….. 9
2.2.2.3. Tipo del agente osmótico………………...…... 9
2.2.2.4. Concentración de la solución osmótica……..10
2.2.2.5. Temperatura de la solución osmótica……….11
2.2.2.6. Agitación de la disolución osmótica…………11
2.2.2.7. Manejo del Jarabe……………………………..12
2.2.3. CINÉTICA DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA... 12
2.2.3.1. Pérdida de peso en la fruta……………………12
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ii
2.2.3.2. Ganancia de sólidos en la fruta……………… 13
2.2.4. VELOCIDAD DE SECADO ........................................ 13
3. METODOLOGÍA ....................................................................................... 14
3.1. MATERIA PRIMA ..................................................................... 14
3.2. ANÁLISIS FISICO QUIMICO DE LA PIÑA FRESCA ................ 15
3.2.1. DIAMETRO ECUATORIAL ........................................... 15
3.2.2. MASA TOTAL .............................................................. 16
3.2.3. CONTENIDO DE PULPA............................................. 16
3.2.4. DETERMINACIÓN SÓLIDOS SOLUBLES .................. 16
3.2.5. DETERMINACIÓN ACIDEZ TITULABLE..................... 17
3.2.6. DETERMINACIÓN PH ................................................. 17
3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL ....................................................... 18
3.4. SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICO ....................... 19
3.5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO .............................................. 20
3.5.1. SELECCIÓN Y ADECUACIÓN .................................... 21
3.5.2. ACONDICIONAMIENTO I ............................................ 22
3.5.3. PESADO ...................................................................... 22
3.5.4. PREPARACIÓN DEL JARABE .................................... 23
3.5.5. DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA ................................. 24
3.5.6. ACONDICIONAMIENTO II ........................................... 25
3.5.7. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE ................. 25
3.6. ANÁLISIS QUÍMICO FRUTA PROCESADA ............................. 25
3.6.1. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SOLUBLES ............ 25
3.6.2. DETERMINACIÓN PORCENTAJE DE HUMEDAD ..... 26
3.6.3. DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE
AGUA (AW) ................................................................. 26
3.7. CINÉTICA DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA ................. 27
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3.8. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDA DE PESO ............................ 27
3.9. GANANCIA DE SÓLIDOS SOLUBLES EN
LA FRUTA ................................................................................ 28
3.10. VELOCIDAD DE SECADO ...................................................... 28
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS.................................................................. 30
4.1 CARACTERIZACIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LA PIÑA FRESCA ........................................................................... 30
4.2 PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA ...................... 32
4.2.1. RENDIMIENTOS ......................................................... 32
4.2.2 SÓLIDOS SOLUBLES DE FRUTA Y JARABE ............. 33
4.3. CINÉTICA DE DESHIDRATACIÓN .......................................... 34
4.3.1 PÉRDIDA DE PESO EN LA FRUTA ............................. 34
4.3.2 GANANCIA DE SÓLIDOS SOLUBLES EN FRUTA ...... 36
4.3.3 VELOCIDAD DE SECADO EN
DESHIDRATACIÓN AIRE CALIENTE… ...................... 37
4.4 ACTIVIDAD DE AGUA FINAL Y HUMEDAD ............................. 39
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 41
5.1. CONLUSIONES ......................................................................... 41
5.2. RECOMENDACIONES ............................................................. 42
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 43
ANEXOS ....................................................................................................... 49
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ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Planta de Piña ................................................................................ 3
Figura 2. Piña Fresca (Ananas comosus) - Variedad Milagreña ................. 14
Figura 3. Esquema del sistema de deshidratación Osmótica ...................... 20
Figura 4. Esquema del proceso de Deshidratación Osmótica de piña ........ 21
Figura 5. Acondicionamiento de piñas antes de ser procesadas. ............... 22
Figura 6. Diagrama del proceso de elaboración del jarabe de azúcar
invertida ....................................................................................... 24
Figura 7. Velocidad de secado en la Deshidratación Aire Caliente ............. 38
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ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Composición Nutricional de la piña.................................................. 6
Tabla 2. Ventajas y desventajas del uso de la deshidratación osmótica ...... 8
Tabla 3. Cuadro de caracterización físico-química según normas INEN. ..... 15
Tabla 4. Relación Sólidos solubles – Tiempo de inmersión ......................... 18
Tabla 5. Diseño Experimental....................................................................... 19
Tabla 6. Caracterización físico-química de piña fresca ................................ 30
Tabla 7. Rendimientos Proceso Deshidratación ........................................... 32
Tabla 8. Sólidos Solubles Fruta y Jarabe al final de la deshidratación ......... 33
Tabla 9. Porcentaje De Pérdida de Peso en Fruta ....................................... 35
Tabla 10. Porcentaje Ganancia Sólidos Solubles en Fruta........................... 36
Tabla 12. Datos velocidad de Secado DAC.................................................. 37
Tabla 13. Porcentajes de Humedad y Actividad de agua ............................. 39
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vi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I ....................................................................................................... 49
Estudio de la deshidratación osmótica de la piña
ANEXO II ...................................................................................................... 50
Estados de madurez de la piña
ANEXO III…………………………………………………………………………..51 Disoluciones para piña deshidratada
ANEXO IV ..................................................................................................... 52
Informe de resultados de porcentajes de humedad y actividad de agua del
laboratorio químico certificado LABOLAB
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RESUMEN
El presente trabajo tuvo como objetivo estudiar el proceso de deshidratación
osmótica de la piña milagreña (Ananas Comosus) variedad Perolera, por las
características que está presenta para su procesamiento. El estudio fue
realizado en la planta piloto de alimentos de la Universidad Tecnológica
Equinoccial ubicada en la ciudad de Quito. Las frutas en estudio fueron
provenientes del cantón Milagro y adquiridas en el mercado Iñaquito. La
materia prima fue seleccionada manualmente, sometida a operaciones de
adecuación como limpieza, pelado y corte hasta la obtención de rodajas
con la ayuda de un rebanador eléctrico. Las rodajas de piña fueron
analizadas físico-químicamente para luego ser sometidas al proceso de
deshidratación osmótica, que consistió en sumergir en soluciones osmóticas
con diferentes concentraciones (50 y 70 ºBrix), a una temperatura constante
de 60ºC durante 3 y 5 horas con agitación constante de 400 RPM. Se
realizó el estudio de la cinética de deshidratación osmótica (DO) con el
control de la pérdida de peso y ganancia de sólidos solubles cada media
hora en la Deshidratación Aire Caliente (DAC). Se analizó también la fruta
deshidratada, se realizaron determinaciones de: humedad, sólidos solubles y
Actividad de Agua. Finalmente con los datos obtenidos se aplicaron las
ecuaciones para determinar los porcentajes de pérdida de peso, ganancia de
sólidos solubles y velocidad de secado. Con los resultados obtenidos se
determinó como tratamiento óptimo para el proceso de deshidratación, el
tratamiento 2(70°Bx-5horas) con pérdida de peso de 71.65%, ganancia de
sólidos solubles de 4.71%, velocidad de secado de 0.76 dW/dt, humedad de
3.56% y una actividad de agua de 0.47%. Concluyendo que mientras mayor
es la concentración de la solución osmótica y el tiempo de inmersión se
produce una mayor transferencia de masa, es decir que el agua de la fruta
migra hacia la solución favoreciendo al aumento de sólidos solubles a la
misma. Obteniendo de esta manera un producto final procesado con calidad
organoléptica y nutricional.
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ABSTRACT
The present job had as an objective to study the osmotic dehydration of the
Perolera variety of pineapples “milagreña” (Ananas Comosus). Being that
each different variety presents better characteristics. For its process made in
the main plant of health at Universidad Tecnológica Equinoccial located in
Quito city. The pineapple fruit in research was from Milagro Province, they
were obtained in Iñaquito market. The fruit was selected manually. It was
obtained slices of pineapple with the help of electric slicer. The slices of
pineapple were analyzed physically, chemically, and later it was submitted to
the process of osmotic dehydration which consists of submerging to show in
the osmotic solutions the different concentrations (50 y 70° Brix) with a
constant temperature of 60°C during 3 to 5 hours eith constant agitation of
400 RMM (revolutions per minute). It was made the study of kinetics of
osmotic dehydration with the weight loss at the end of the process of DO and
revenue of soluble solids every half hour in DAC. It was also analyzed that
the processed fruit with the control of humidity, soluble solids and water.
Finally with all the gathered data, it was applied the respective equations to
determine the percentage of weight loss, soluble solids gain and drying
velocity. With the results was determined as optimal treatment for the
process of osmotic dehydration,was the treatment 2 (70 ° bx-5hrs) with
weight loss of 71.65% of gain soluble solids of 4.71%, drying rate of 0.76 dW
/ dt, humidity of 3.56% and a water activity of 0.47%. Cocluding that the
higher concentration of the osmotic solution and the immersion time occurs
increased mass transfer; it says that the fruit water migrates toward solving
favoring increased soluble solids thereto. By obtaining a final processed
product organoleptic and nutritional quality.
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1. INTRODUCCIÓN
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1. INTRODUCCIÓN
La piña es una fruta tropical de alto consumo a nivel mundial, Ecuador
cuenta con condiciones geográficas favorables para el cultivo de esta fruta,
pues se requiere de un clima tropical seco y húmedo, el cual es
característico de las regiones Litoral y Oriental. Por este motivo se busca
bajo este estudio la forma adecuada de aprovechar esta fruta (CORPEI,
2010).
La alternativa tecnológica que se plantea es la deshidratación osmótica de la
piña como pre-tratamiento para la deshidratación por aire caliente, para
reducir el contenido de agua e incrementar el contenido de sólidos solubles
(De la Cruz Medina & Garcia,2006).
La deshidratación osmótica se considera una técnica sencilla y de bajo
costo. En la actualidad existen diferentes procesos tecnológicos en la
industria alimentaria que permiten elaborar productos a partir de las frutas
con resultados potencialmente comerciales. Un claro ejemplo son las frutas
deshidratadas, como la piña seleccionada para este estudio por sus
características físicas y organolépticas, siendo la más importante la de su
pulpa que actúa como una estructura celular más o menos rígida
interviniendo como membrana semipermeable durante el proceso. De esta
manera se agrega valor a la piña, fruta importante para el país y representa
además una atractiva alternativa como producto de consumo directo o
materia prima para otras industrias de alimentos (COLOMBIA, 2002).
El objetivo general de esta investigación, es estudiar el proceso de la
deshidratación osmótica de la piña milagreña (Ananas Comosus) variedad
Perolera. Para la consecución del mismo se han desarrollado objetivos
específicos que son:
Caracterizar físicamente y químicamente a la piña
Estudiar el proceso de la Deshidratación Osmótica de la piña.
Caracterizar el producto final con parámetros químicos
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2. REVISION LITERARIA
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2. REVISIÓN LITERARIA
2.1. PIÑA (ANANAS COMOSUS)
2.1.1. GENERALIDADES
La piña del género ananas y la especie comosus pertenece a la familia
botánica Bromeliácea, que comprende 46 géneros y 1 900 especies. Es una
planta terrestre, herbácea y perenne de forma alargada o cilíndrica de hasta
1.2 metros de altura. Está conformada por un tronco que forma el eje de la
planta, del que salen diversas hojas espinosas y en cuyo corazón central
emergerá al cabo de 18 o 24 meses la inflorescencia en forma de único
fruto como se puede visualizar en la Figura 1 (Hernandez G. & Barrera,
2004).
En el interior del fruto desde la corona hasta el pedúnculo se encuentra el
corazón leñoso que constituye el eje sobre el que se fusionan los pequeños
frutos y al cual se encuentra adherida la pulpa. Dicha pulpa es de color
blanco o amarillento, de sabor dulce o acidulante según el cultivar pero en
cualquier de estos casos es jugosa y perfumada (Robledo, 2004).
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Figura 1. Planta de Piña.
(Simon , 2012)
2.1.2. COSECHA Y POSCOSECHA
Según las regiones de cultivo y las condiciones de crecimiento, la cosecha
de la fruta demora de 12 a 13 meses o hasta 22 a 24 meses después de la
siembra. En algunos casos se induce artificialmente la floración cuando se
estima que la planta tiene un desarrollo suficiente (IICA-Prociandino, 2000).
Para garantizar que la fruta cumpla con los requerimientos mínimos de
sabor, hay que verificar que tenga, al menos, 12° Brix y 1% de acidez
máxima. El rango permitido de sólidos solubles que se maneja a nivel
internacional está entre 11 - 18ºBx. Para el nivel de acidez es de 0.5 –
1.6% (ácido cítrico) y de 20 – 65 mg/100 g de peso en fresco (ácido
ascórbico) (INIAP, Navas C., 2001).
En conjunto, para desarrollar su máxima calidad en características
organolépticas, la piña debe madurarse antes de la cosecha
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debido a que es una fruta no climatérica, es decir, madura en la planta. La
madurez se aprecia con la coloración de la cáscara pero hay que tener
cuidado pues en ciertas condiciones existen desfases entre coloración y
maduración. Por esto es necesario muestrear unos frutos antes de cada
recolección (IICA-Prociandino, 2000).
El tiempo de vida ú t i l de la piña, una vez cosechada, varía entre dos y
cuatro semanas, bajo control de la temperatura del aire , y de cuatro a
seis semanas, bajo atmósfera controlada. Al ser una fruta tropical el frio es
su mayor enemigo, por tal razón no debe conservarse a temperaturas
inferiores a 8 °C (Robledo, 2004).
2.1.3. PRODUCCIÓN NACIONAL E INTERNACIONAL
Ecuador cuenta con las condiciones óptimas para el cultivo de piña, ya que
posee un clima tropical seco y húmedo, el cual es característico de las
regiones Litoral y Oriental, siendo las principales zonas de cultivo: las
provincias de El Oro (Huaquillas, Pasaje, Arenillas), Guayas (Milagro,
Yaguachi, Naranjito), Pichincha (Santo Domingo), Esmeraldas (Quinindé,
San Lorenzo) y Manabí (Portoviejo, Chone) (UTEPI, 2006).
Ecuador cuenta con 1500 hectáreas de piña aproximadamente, de las
cuales, la variedad Cayena Lisa y Champaca son para uso agroindustrial, y
la variedad Perolera para consumo local. La piña es la fruta tropical mejor
posicionada ya que su comercialización se orienta a los principales países
desarrollados tales como Estados Unidos, Japón y la Comunidad Europea;
en consecuencia, en la última década la producción mundial de piña ha
crecido a una tasa media anual de 1.9% pese a la ocurrencia de
fenómenos económicos y climáticos adversos (COVECA, 2002; ASOPIÑA,
2007).
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Los principales productores y exportadores son Filipinas, Tailandia y China.
La zona de Asia y el Pacífico acapara el 46% del total, del cual, la mayor
parte se destina a la elaboración y no a la exportación como fruta fresca.
Dicha producción está dominada por América Latina (Costa Rica), que
produce el 29% de esa fruta en todo el mundo (FAO, 2012).
2.1.4. COMPOSICIÓN NUTRICIONAL
La composición nutricional de la piña se destaca por su abundancia en sales
minerales y vitaminas. Posee una enzima denominada bromelina, la cual se
encuentra en sus hojas y fruto brindando propiedades medicinales y ayuda
a la digestión de las proteínas. Su fruto también posee una gran cantidad
de vitaminas como la vitamina C y especialmente del complejo B: niacina
(B3), riboflavina (B2) y vitamina B6. Posee fibra en un 1,46%, proteína en
un 0,4% y varias sales minerales como se muestra en la Tabla 1,
siendo las más importantes el potasio, magnesio, calcio y fósforo (PPC,
2014).
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Tabla 1. Composición Nutricional de la piña.
PARÁMETRO VALOR UNIDAD
Valor por 100 gramos de porción comestible
Agua 82,4 g
Energía 48,6 kcal
Proteínas 0,4 g
Hidratos de Carbono 11,3 g
Lípidos 0,2 g
Fibra
Fibra total 1,46 g
Vitaminas
Vitamina A (Retinol) 4,5 µg
Vitamina B1 (Tiamina) 0,08 mg
Vitamina B2 (Riboflavina) 0,03 mg
Niacina 0,3 mg
Vitamina B6 0,09 mg
Folatos 14 µg
Vitamina C 18 mg
Vitamina E (Tocoferol) 0,1 mg
Minerales
Calcio 15 mg
Hierro 0,3 mg
Fósforo 11 mg
Magnesio 15 mg
Zinc 0,1 mg
Sodio 2 mg
Potasio 146 mg
(Farran A, 2003)
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2.2. DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
El proceso de deshidratación osmótica es continuamente aplicado para
conservar la calidad y estabilidad de numerosas especies vegetales con el
objetivo de alargar su vida útil, ofreciendo de esta manera varias ventajas
relacionadas con la preservación de la calidad sensorial y nutricional de las
frutas ya que conserva los componentes volátiles responsables del aroma y
del sabor así como las vitaminas y los minerales de la fruta fresca, puede ser
utilizada como una operación previa al secado y a la liofilización,
reduciéndose los costos energéticos (Duque & Morales Pérez, 2005;
Machucuay Cordova, 2009).
La deshidratación osmótica de alimentos incluye dos tipos de transferencia
de masa: la difusión del agua del alimento a la solución y la difusión de
solutos de la solución al alimento; lo cual consiste en sumergir un
alimento en una solución acuosa concentrada y de elevada presión osmótica
que puede ser un jarabe o salmuera, lo cual crea dos flujos simultáneos
y en dirección opuesta. Estos flujos se presentan también en el proceso de
deshidratación como dos períodos de eliminación de agua sin cambio de
fase. La ósmosis consiste en el movimiento molecular de ciertos
componentes de una solución a través de una membrana semipermeable,
hacia otra solución de menor concentración (Ibarz A., 2005; Landhwehr,
1999; Machucuay Cordova, 2009).
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2.2.1. PROBLEMÁTICA DEL USO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
A continuación en la Tabla 2 se muestra las principales ventajas y
desventajas que tendrá la deshidratación osmótica, lo que será un indicativo
para un tratamiento óptimo.
Tabla 2. Ventajas y desventajas del uso de la deshidratación osmótica.
VENTAJAS DESVENTAJAS
No usa altas temperaturas Solo puede aplicarse
como pre-tratamiento
para procesos como el
secado o congelación
Incrementa la retención de
sustancias volátiles y propiedades
nutritivas
Promueve la estabilización del color
Reduce las reacciones de
pardeamiento enzimático oxidativo
Retarda el crecimiento
microbiano.
(Cordova, 2009; Pérez & Cardozo, 2005).
2.2.2. VARIABLES DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
2.2.2.1. Naturaleza del alimento
Existen factores influyentes en el proceso de osmo deshidratación
dependiendo estrictamente de la fruta o naturaleza del alimento; como la
permeabilidad y las características estructurales de las paredes o
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membranas celulares, la composición de los jugos interiores de la pulpa y
contenido de sólidos solubles. Estos parámetros influyen en la rapidez en
que iniciará la deshidratación (Mundo Alimentario, 2004).
2.2.2.2. Geometría del producto
La conducta que presente la concentración osmótica depende de la
geometría o forma de los trozos de la fruta, ya que esto produce variaciones
en el área superficial por unidad de volumen o masa, y en la longitud de
difusión del agua y los solutos implicados en el transporte de materia. El
trocear frutas frescas en diferentes formas y tamaños puede dar como
resultado productos finales con características muy distintas. Esto es debido
a la mayor superficie específica expuesta al jarabe (Merson & Morgan,
2005).
2.2.2.3. Tipo de agente osmótico
El proceso osmótico se ve afectado por las propiedades fisicoquímicas de
los solutos empleados, es por esto que la elección de la mezcla depende de
factores tales como la compatibilidad organoléptica con el producto final, el
efecto conservante que pueda tener el soluto, el peso molecular, estado
iónico, solubilidad del soluto en el agua y el impacto del soluto sobre las
características sensoriales del producto (Bambicha R., 2012).
El tipo de agente osmótico es un factor influyente en la velocidad de
deshidratación de las frutas ya que dependiendo de la naturaleza química de
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sus componentes y de su concentración, estos ejercerán una presión
osmótica diferente (Mundo Alimentario, 2004).
Es decir, la velocidad de penetración de los agentes osmóticos es
directamente proporcional a la concentración de la solución e inversamente
proporcional al tamaño del soluto empleado (Bambicha R., 2012).
Los agentes osmóticos más utilizados son la sacarosa y el azúcar invertido;
la sacarosa debido a que posee un mayor poder osmótico al considerar las
pérdidas de peso y agua, también favorece la retención de nutrientes
durante el almacenamiento; y el azúcar invertido es u t i l izado debido a
que posee una alta solubilidad de la glucosa y la difícil cristalización de la
fructosa, aumento del dulzor y reducción de los riesgos de cristalización, que
evita que el producto adquiera una consistencia arenosa desagradable
(Hidalgo & Vargas, 2009).
2.2.2.4. Concentración de la solución osmótica
Tiene gran influencia en el proceso de deshidratación osmótica debido a que
el aumento de la concentración de la solución incrementa la pérdida de agua
del producto y la velocidad de secado. De esta manera se forma una espesa
capa de soluto sobre la superficie del producto, resaltando el efecto osmótico
y reduciendo las pérdidas de nutrientes (Sourirajan & Matsuuran).
Por otro lado, la solución osmótica debe tener una actividad de agua baja,
sobretodo debe ser inocua y tener buen sabor. Las soluciones concentradas
de 50° a 70 °Brix son las más comúnmente usadas (Hidalgo & Vargas,
2009).
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2.2.2.5. Temperatura de la solución osmótica
La temperatura es el parámetro más importante que influye sobre la pérdida
de agua y ganancia de soluto, ya que el aumento de la temperatura en el
sistema va a producir cambios en la permeabilidad de la membrana celular y
en la fluidez de la solución osmótica (Arreola & Rosas, 2007).
Por otro lado, el aumento de temperatura favorece a la agitación molecular,
elevando la velocidad de difusión; pero puede afectar a la permeabilidad de
las membranas, perjudicando el proceso de deshidratación osmótica. Por tal
razón, el rango establecido en el que las membranas celulares de las
especies vegetales se modifican es aproximadamente entre 50 y 55°C (Gil &
Anzola, 2014).
2.2.2.6. Agitación de la disolución osmótica
Se utiliza la agitación en la deshidratación osmótica como una operación
física que hace más uniforme al fluido y para que circule el jarabe alrededor
de la muestra, generando una distribución homogénea de las propiedades
del sistema. De esta manera se reduce o evita la resistencia externa del
sistema osmótico para incrementar la pérdida de agua. Cabe recalcar que la
influencia de la agitación sobre la deshidratación osmótica depende de la
relación entre las masas de jarabe y fruta, así como de la concentración del
jarabe (Merlot, Rose, Pedersen, & Nicholson, 2005; Ayala & Serna , 2009).
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2.2.2.7. Manejo del Jarabe
Para que el proceso de deshidratación osmótica sea óptimo, se debe
controlar el jarabe en aspectos como: composición y concentración, adición
de solutos, reutilización, y eliminación de residuos. Además, en las
aplicaciones industriales son muy importantes factores como la validación
microbiana del proceso para periodos prolongados de funcionamiento
(Harter, Heldman, & Lund, 2005).
2.2.3. CINÉTICA DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
La cinética de deshidratación estudia la velocidad de reacción de las
propiedades en los alimentos durante el proceso de osmo deshidratación.
Los parámetros que se evalúan son: velocidad de reacción de las
propiedades de la masa, porcentaje de pérdida de peso, firmeza durante el
tiempo que tardan en completarse los procesos tecnológicos empleados, la
ganancia de sólidos solubles de la fruta y la velocidad de secado durante la
deshidratación osmótica (García Pereira & Muñiz, 2013).
2.2.3.1. Pérdida de peso en la fruta
Una fruta al ser inmersa en el proceso de deshidratación osmótica presenta
una pérdida porcentual de peso lo cual indica la cantidad de agua que va
perdiendo la fruta durante el proceso.
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2.2.3.2. Ganancia de sólidos en la fruta
La ganancia de los sólidos solubles en la fruta es expresada en porcentaje.
2.2.4. VELOCIDAD DE SECADO
El secado es un fenómeno de transporte simultáneo de calor y masa
(Reciteia, 2011).
La velocidad de secado, está influenciado por los siguientes factores: a) Área
de transferencia expuesta: mientas mayor es el área superficial mayor es la
transferencia de calor y masa, por ende hay una mayor velocidad de secado;
b) Temperatura: mientras más calor exista, el agua del producto que se está
secando se elimina más rápido; c) Velocidad y Humedad del aire: mientras
mayor flujo exista y más seco esté el aire, mayor es la capacidad de secado;
d) Presión de Vacío: favorece la evaporación del agua ya que el cambio de
fase es más fácil a presiones bajas (Reciteia, 2011).
-
3. METODOLOGÍA
-
14
3. METODOLOGÍA
La parte experimental de la investigación se desarrolló en el área de Frutas
de la Planta Piloto de Alimentos de la Universidad Tecnológica Equinoccial
de la ciudad de Quito. El proyecto se relacionó con la aplicación de
procesos fisicoquímicos para la obtención de piña deshidratada a través
de una solución osmótica. T odo el proceso completo se lo puede
observar en el Anexo I.
3.1. MATERIA PRIMA
Se seleccionaron dos variedades de piña, la milagreña (cambray o
perolera) y Hawaiana (MD2 y champaka) para comparar las características
requeridas para ser procesadas, siendo la variedad que se consideró, la que
tuvo firmeza al corte. Se utilizó Piña variedad milagreña (cambray o
perolera) como se observa en la Figura 2 proveniente del cantón Milagro,
adquirida en el mercado Iñaquito de la ciudad de Quito, con estado de
madurez comercial, específicamente pintón grado I, como se observa en el
Anexo II.
Figura 2. Piña Fresca (Ananas comosus) - Variedad Milagreña.
-
15
3.2. ANÁLISIS FISICO QUÍMICO DE LA PIÑA FRESCA
Los análisis físico-químicos se determinaron en la piña fresca basándose en
las respectivas normas INEN como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Cuadro de caracterización físico-química según normas INEN.
Análisis Métodos
Diámetro
Ecuatorial
- Basado según NTE INEN 1836 (2009)
Masa Total - Basado según NTE INEN 1836 (2009)
Contenido de
pulpa
- Basado según NTE INEN 1836 (2009)
Acidez Titulable - Basado según NTE INEN 0381 (1986)
pH - Basado según NTE INEN 0389 (1985)
Sólidos solubles - Basado según NTE INEN 0380 (1986)
3.2.1. DIÁMETRO ECUATORIAL
Se medió el diámetro de la sección ecuatorial con una cinta métrica con una
resolución de +/- 1 centímetro.
-
16
3.2.2. MASA TOTAL
Para determinar la masa total se pesó los frutos (incluyendo la corona y el
pedúnculo del fruto) utilizando una balanza con resolución de 1 gramo.
3.2.3. CONTENIDO DE PULPA
El contenido de pulpa se obtuvo mediante extracción manual (separando
la pulpa de la cáscara) y se estableció la relación del contenido de pulpa
con respecto a la masa total de la fruta como se muestra en la Ecuación 1:
Contenido de pulpa
Dónde:
m pulpa: Masa de la pulpa
m fruta: Masa de la fruta
3.2.4. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SOLUBLES
Se realizó la determinación con el método refractométrico, colocando una
gota de jugo de la fruta en el centro del prisma del brixómetro. Se leyó el
resultado expresado en grados brix (ºBx), para la limpieza del prisma se lo
realizó con agua destilada y papel absorbente.
1
-
17
3.2.5. DETERMINACIÓN DE ACIDEZ TITULABLE
Se extrajo el jugo de la fruta con ayuda de la licuadora, luego se filtró el
mismo para proceder a homogenizarlo. Se procedió a pipetear 5 ml de la
muestra y se colocó en un erlenmeyer, para luego añadir 4 gotas del
indicador fenolftaleína. Luego, se tituló con NaOH 0,1N hasta la aparición de
una tonalidad rosada persistente. La determinación se realizó por duplicado.
El porcentaje de acidez se calcula mediante la aplicación de la Ecuación 2:
% Acidez
Dónde:
VNaOH: Volumen del hidróxido de sodio
N: Normalidad
3.2.6. DETERMINACIÓN DEL pH
Se realizó la determinación mediante el método potenciométrico. Se cortó 20
gramos de la muestra en pedazos muy finos, se trasvasó a un vaso de
precipitación junto con 20 ml de agua destilada, se homogenizó la mezcla y
se procedió a medir el pH.
2
-
18
3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL
El diseño más apropiado que se eligió para estudiar la deshidratación
osmótica fue el diseño factorial A x B debido a que se tiene 2 variables
independientes importantes dentro del proceso como se muestra en las
Tablas 4 y 5. El porcentaje de sólidos solubles o grados brix (50, 70°Bx) y
el tiempo de inmersión de la muestra en horas (3, 5 h) que ayudaron a
evaluar rendimientos, cinética de los grados brix de la fruta y el jarabe. Se
utilizó una temperatura constante de 60 grados centígrados.
Una vez concluido el proceso de deshidratación osmótica, para dar un
acabado final al producto se realizó deshidratación por aire, a 60 °C por 6
horas.
Tabla 4. Relación Sólidos solubles – Tiempo de inmersión.
% Sólidos Solubles
(°Brix)
Tiempo de Inmersión
(horas)
70 3
50 5
-
19
Tabla 5. Diseño Experimental.
DISEÑO EXPERIMENTAL
Deshidratación Osmótica
TRATAMIENTOS VARIABLES REPETICIONES
T1 50°Bx, 60°C,3 horas R1, R2, R3
T2 50°Bx, 60°C,5 horas R1, R2, R3
T3 70°Bx, 60°C,3 horas R1, R2, R3
T4 70°Bx, 60°C, 5 horas R1, R2, R3
En cada repetición se tomaron 3 mediciones
3.4. SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICO
El equipo tipo Paila Osmótica utilizado para realizar la deshidratación
osmótica estuvo compuesto por 2 elementos principales que se muestran en
la Figura 3.
El equipo funcionó durante el proceso de osmo deshidratación con un
agitador electrónico y una bandeja térmica donde se colocó las tres canastas
porta muestra debidamente rotuladas y cubiertas con las mallas plásticas
para evitar que los trozos de piña divididos en las canastas floten en el
jarabe.
La solución osmótica se mantuvo con una agitación constante de 350 RPM
durante 3 y 5 horas y a temperatura constante de 60° centígrados.
-
20
Figura 3. Esquema del sistema de deshidratación Osmótica.
3.5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
En la Figura 4 se muestra el esquema de la deshidratación osmótica de la
piña llevado a cabo.
-
21
Piña
Azúcar Agua
Bicarbonato Ac. Cítrico
3 a 5 horas
según
tratamiento
Figura 4. Esquema del proceso de Deshidratación Osmótica de piña.
3.5.1. SELECCIÓN Y ADECUACIÓN
Después de la recepción de la materia prima se seleccionó manualmente
las piñas retirando aquellas que presentaron magulladuras, golpes y daños a
simple vista según su grado de madurez.
Las piñas que se seleccionaron manualmente para el proceso de
deshidratación osmótica fueron aquellas con estado de madurez comercial,
específicamente pintón grado I como se observa en el Anexo II.
Recepción de materia
Seleccionar
Acondicionar I
Pesar
Preparar el jarabe
Deshidratar Osmóticamente
Acondicionar II
Secar
Determinar
-
22
3.5.2. ACONDICIONAMIENTO I
Se realizó el lavado de las frutas previamente seleccionadas con agua
potable para remover las impurezas o residuos extraños a la fruta. Se cortó
primero los extremos y luego se peló eliminando los ojos. Inmediatamente se
partió en 3 pedazos para facilitar la extracción del corazón. Finalmente las
piñas sin cáscara ni corazón fueron cortadas en rodajas de 2 mm con una
rebanadora eléctrica.
La piña presentó las condiciones óptimas, para continuar con el proceso,
como se muestra en la Figura 5 para continuar con el proceso.
Figura 5. Acondicionamiento de piñas antes de ser procesadas.
3.5.3. PESADO
Se determinó el peso de las rodajas frescas de piña que se obtuvieron en
el acondicionamiento I, para determinar la diferencia de peso antes y
después del proceso.
-
23
3.5.4. PREPARACIÓN DEL JARABE
Se realizó el jarabe de azúcar invertido mediante hidrólisis por acción de un
ácido.
La formulación que se utilizó para realizar el jarabe de 30 % de agua (300
ml) fue:
70 % de azúcar (700 g)
Ácido Cítrico 3 g por kilogramo de mezcla
Bicarbonato 4 g por kilogramo de mezcla.
Se preparó el almíbar (jarabe de sacarosa) calentando el agua hasta 50ºC
para adicionar el azúcar. Luego se calentó dicha mezcla hasta los 80ºC y se
lo acidificó utilizando ácido cítrico. Finalmente, cuando disminuyó su
temperatura a 65ºC se neutralizó el pH del jarabe con bicarbonato de sodio.
Esto generó una efervescencia. La solución de azúcar invertida, se realizó
a concentraciones de 50, 60 y 70 ºBrix y cada una de ellas fue sometida a
una temperatura de solución de 60ºC. En la Figura 6 se muestra el
esquema de la elaboración del jarabe de azúcar invertido llevado a cabo.
-
24
Agua 50º
80º
Ácido Cítrico
65º
Figura 6. Diagrama del proceso de elaboración del jarabe de azúcar
invertida.
3.5.5. DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
Se pesó 750 g de rodajas de piña, de los cuales se distribuyeron en las
3 canasta porta muestra 250 g respectivamente y se cubrió cada una con
malla plástica. Se sumergió las canastas en la solución osmótica. El jarabe
se mantuvo a una temperatura constante de 60°C por un tiempo de 3 a
5 horas dependiendo de cada tratamiento y manteniendo agitación
constante.
Se varió la concentración de la solución osmótica de 70 a 50°Brix y cada
media hora se retiró una muestra de la fruta de la canasta 3 para recaudar
datos de los sólidos solubles y realizar el estudio de la cinética.
Bicarbonato
Calentar I
Mezcla I
Calentar II
Mezclar II
Enfriar
Mezclar III
Azúcar
-
25
3.5.6. ACONDICIONAMIENTO II
Una vez finalizado el proceso de deshidratación osmótica, se retiraron las
bandejas porta muestras sumergidas en la solución osmótica y luego se las
lavó con agua a una temperatura de 80°centígrados y se las escurrió
durante 5 segundos para eliminar los excesos o residuos del jarabe y del
agua superficial.
Se pesó las muestras de piña deshidratada osmóticamente antes y después
del lavado con ayuda de la balanza analítica.
3.5.7. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
Se colocaron en el deshidratador por aire caliente las rodajas deshidratadas
osmóticamente durante 6 horas para cada uno de los tratamientos a una
temperatura constante de 60ºC. Cada 30 minutos se registraron los datos
de los sólidos solubles de las muestras.
3.6. ANÁLISIS QUÍMICO DE LA FRUTA PROCESADA
3.6.1. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SOLUBLES
Se realizó la determinación con el método refractométrico, colocando una
gota de jugo de la fruta en el centro del prisma del brixómetro. Se leyó el
resultado expresado en grados brix (ºBx), para la limpieza del prisma se lo
realizo con agua destilada y papel absorbente.
-
26
Para obtener la gota de jugo de la fruta se realizaron disoluciones con
agua destilada con relación 1:2 como se observa en el anexo III.
Los datos de los sólidos solubles se tomaron cada media hora en la
deshidratación osmótica y la deshidratación con aire caliente, para
posteriormente realizar la cinética de deshidratación.
3.6.2. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD
La determinación del porcentaje de humedad de 36 muestras de piña
deshidratada osmóticamente y al aire caliente, fue realizada por el
Laboratorio Químico LABOLAB en base a la Norma INEN 265, este análisis
se realizó por triplicado como se observa en el Anexo IV.
3.6.3. DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE AGUA (AW)
La determinación de la actividad de agua de 36 muestras de piña
deshidratada osmóticamente y por aire caliente, fué realizada por el
Laboratorio LABOLAB en base al método del electrodo selectivo a
20.5°C, este análisis se realizó por triplicado como se observa en el
Anexo IV.
-
27
3.7. CINÉTICA DE LA DESHIDRATACIÓN
La cinética de deshidratación osmótica de piña se determinó mediante los
sólidos solubles de la fruta y del jarabe y la velocidad de secado. Se realizó
a una presión atmosférica de 0.72 atm. Todos los tratamientos se realizaron
con una agitación y temperatura constate de 60ºC, durante un tiempo de 3 y
5 horas (Deshidratación osmótica) y 6 horas (Deshidratación por aire
caliente).
3.8. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDA DE PESO
Se determinó el peso de cada canasta de muestras al inicio y al final de la
Deshidratación Osmótica.
En la Deshidratación por aire caliente se registraron los pesos de las
muestras al finalizar el proceso, empleando para ello una balanza analítica.
Se aplicó la E cuación 3 con los datos obtenidos (Gómez, 2006).
Dónde:
: Porcentaje pérdida de peso en piña.
Po: Peso de piña al tiempo cero.
Pt: Peso de piña al tiempo t.
3
-
28
3.9. GANANCIA DE SÓLIDOS SOLUBLES EN LA FRUTA
Con los datos obtenidos del análisis de sólidos solubles, se aplicó la
E cuación 4 para cada tratamiento, determinando la ganancia de sólidos
solubles en las rodajas de piña (Gómez, 2006).
Dónde:
: Porcentaje pérdida de agua en piña.
Po: Peso de piña al tiempo cero.
Pt: Peso de piña al tiempo t.
Xso: Sólidos solubles en piña al tiempo cero.
Xst: Sólidos solubles en piña al tiempo t.
3.10. VELOCIDAD DE SECADO
Se determinó la velocidad de secado en la Deshidratación osmótica y la
Deshidratación por Aire Caliente aplicando la Ecuación 5 para cada
tratamiento (Irezabal, 2010).
4
-
29
Velocidad de Secado
Dónde:
dw: kg de agua
dt: kg de sólidos secos
5
-
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
-
30
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 CARACTERIZACIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LA PIÑA FRESCA
Los resultados obtenidos del diámetro ecuatorial y masa en esta investigación
ubican a la piña en calibre grande. Así también, el porcentaje de pulpa
determinado fue de 73%, cumpliendo con el valor mínimo de 50% y de igual
manera la Acidez titulable se encuentra dentro del rango de acuerdo a los
parámetros establecidos en la Norma INEN 1836 (2009) como se observa en
la Tabla 6.
Tabla 6. Caracterización físico-química de piña fresca.
Análisis Piña Fresca Norma INEN 1836 (2009)
Diámetro Ecuatorial (mm) 242 0,74 >130(grande)
Masa (g) 2507 0,91 >2000(grande)
Contenido de pulpa (%) 73,4 0,99 50(mínimo)
Acidez titulable (%) 0,2 0,72 0,9(máximo)
pH 4,55 0,90
Sólidos solubles (ºBrix) 11,5 0,57 11,9(min) 17,0(max)
n=5
El resultado obtenido de los sólidos solubles de 11.5 °Bx no están dentro del
rango mínimo establecido de 11.9 según la Norma INEN 1836 (2009). Este
resultado se presentó debido a que la materia prima que se adquirió en el
mercado no cumple con los parámetros correctos de comercialización ya
que algunas
-
31
piñas no son cosechadas en su madurez óptima y al ser una fruta no
climatérica, no son capaces de seguir madurando una vez cosechadas. Sin
embargo, esto no influye significativamente en el proceso de deshidratación
osmótica.
A partir de este resultado, se realizó una comparación con el estudio
efectuado por Gómez (2006), en los que se reportan resultados similares
ya que se utilizaron piñas con 11 °Brix, al igual que la presente
investigación, esto se justifica por las características que debe presentar
este fruto para ser sometido a DO, principalmente en la firmeza, ya que a
media que avanza el proceso de maduración de la fruta aumentan los
sólidos solubles, pero existe consecuentemente una pérdida de firmeza de
los frutos. Además esto se ratifica en lo expuesto por Bosques Molina
(2010), que indica que la madurez de procesamiento para este tipo de
productos debe fundamentarse en la firmeza (Gómez, 2006; Bosques
Molina, 2010).
Esta comparación se realizó con el objetivo de comprobar que los valores de
sólidos solubles obtenidos de la caracterización de la piña fresca no afectan
en el proceso y resultado final de la deshidratación osmótica y por aire
caliente.
Cabe recalcar que el estudio realizado por Gómez (2006), menciona que
entre las características más importantes que se consideran para que la fruta
sea procesada, es la firmeza al corte y por ende los sólidos solubles,
considerando que la piña al ser una fruta no climatérica puede ganar
después de su cosecha hasta 1 °Bx durante 7 días para luego ingresar en
un período de fermentación de los azúcares y además perder hasta un
4% de humedad en este lapso, lo que ejerce un cambio de su textura. Por
esta razón, seleccionaron la piña con menor cantidad de azúcar y firmeza al
corte con un valor de 11 0.1 °Bx.
Este estudio nos demuestra que la piña utilizada para el presente estudio
con un valor de 11,5 0,57 °Bx es una fruta apta para ser procesada
obteniendo resultados óptimos al finalizar el proceso.
-
32
4.2 PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
4.2.1 RENDIMIENTOS
Se puede observar en la Tabla 7 que el tratamiento 2 (70°Bx-5horas)
presenta mayor rendimiento con un 38.20%, mientras que el tratamiento 3
(50°Bx-3horas) presenta el rendimiento más bajo con un 28.35%, por otro
lado, no se presentaron diferencias entre los tratamientos que contienen
igual concentración de solidos solubles en el jarabe, es decir los tratamientos
1 y 2 que trabajaron con 70°Bx presentaron una diferencia mínima de 0.17%
y los tratamientos 3 y 4 que trabajaron con 50 °Bx presentaron una
diferencia de 1.64%.
Tabla 7. Rendimientos Proceso Deshidratación.
PROCESO DE DESHIDRATACIÓN
Osmótica Aire Caliente Rendimientos
Tratamientos Pesos Iniciales
(g)
Pesos Finales
(g)
(%)
1 (70°bx-
3horas)
251,67 0,76a 95,71 11,51a 38,03
3 (50°bx-
3horas)
252,00 0,76a 71,43 11,51a 28,35
n=5
2 (70°bx-
5horas)
253,33 0,76a 96,76 11,51a 38,20
4 (50°bx-
5horas)
251,33 0,76a 75,37 11,51a 29,99
-
33
Entre los tratamiento estudiados no existe diferencia significativa, es decir
que no hay un efecto de la concentración de sólidos y tiempo en el peso al
final de la deshidratación. Es por esto que se procedió a sacar rendimientos
en donde se identifica que el tratamiento 2 es el tratamiento que presenta
mayor rendimiento.
4.2.2 SÓLIDOS SOLUBLES DE FRUTA Y JARABE
Los tratamientos en los que se utilizó un tiempo de inmersión de 5 horas
presentaron un aumento significativo en los sólidos solubles de la fruta y una
reducción en los sólidos solubles del jarabe como se observa en la Tabla 8.
Tabla 8. Sólidos Solubles Fruta y Jarabe al final de la deshidratación.
DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
1 (70 °Bx-3horas) 45,78± 64,42±
3 (50 °Bx-3horas) 42,35± 64,95±
Existe diferencia significativa entre los tiempos de inmersión utilizados de 3 y
5 horas para cada tratamiento combinado con la concentración del jarabe de
50 y 70 °Bx.
TRATAMIENTOS °Bx FRUTA °Bx JARABE
2 (70 °Bx-5horas) 54,34±
4 (50 °Bx-5horas) 57,40±
-
34
En los tratamientos que utilizaron 5 horas de inmersión, aumentó más los
sólidos solubles de las rodajas de piñas mientras que disminuyó la cantidad
de sólidos solubles del jarabe, esto indicó que a mayor tiempo de inmersión
y concentración de sólidos solubles del jarabe, mayor fue la transferencia de
solutos entre los trozos de fruta y el jarabe de azúcar invertida. Es decir, el
proceso óptimo escogido para la deshidratación osmótica es el tratamiento 2
(70°Bx-5horas), cuyos valores de sólidos solubles para la fruta y el jarabe se
observaron en la Tabla 8.
Si comparamos estos resultados con el estudio realizado por Vacas (2013)
sobre la aplicación de la deshidratación osmótica en carambola indica, que
durante las cuatro horas de inmersión, se efectúa la transferencia de solutos
desde la solución osmótica hacia el interior de la fruta incrementando
azúcares del producto. Es decir, afirmó que mientras mayor es la
concentración de la solución osmótica, mayor será el incremento de sólidos
en la fruta.
4.3 CINÉTICA DE DESHIDRATACIÓN
4.3.1 PÉRDIDA DE PESO EN LA FRUTA
La pérdida de peso en las rodajas de piña se estableció mediante la
Ecuación 1 para cada tratamiento, como se observa en la Tabla 9.
-
35
Tabla 9. Porcentaje de pérdida de peso en Fruta.
Pérdida de Peso en fruta
Tratamientos % ( )
1 (70°Bx-3horas)
61,97
2 (70°Bx-5horas) 71,65
3 (50°Bx-3horas) 61,80
4 (50°Bx-5horas) 70,01
En el tratamiento 2 de solución osmótica de 70 °Bx existe una mayor pérdida
de peso durante las 11 horas del proceso entre DO y DAC alcanzando el
71,65%. Esto comparado con los otros tratamientos, nos demuestra que
mientras mayor sea la concentración de sólidos solubles del jarabe y mayor
sea el tiempo de inmersión de los trozos de piña, mayor será la pérdida de
peso de la fruta por la eliminación de agua y a su vez la ganancia de sólidos
solubles aumenta.
Al comparar con el estudio realizado por Ceballos (2005), que menciona
que la pérdida de peso y agua durante la cinética de deshidratación
osmótica de papaya, es más rápida al trabajar con disoluciones osmóticas
concentradas, como es de esperar por el aumento de la fuerza impulsora del
proceso, determinando así que mientras más alta es la concentración de la
solución osmótica y a la vez un mayor tiempo de inmersión, mayor será la
pérdida de agua en la fruta (Ceballos, 2005).
-
36
4.3.2 GANANCIA DE SÓLIDOS SOLUBLES EN FRUTA
La ganancia de sólidos solubles en las rodajas de piña se estableció
mediante la Ecuación 2 para cada tratamiento, como se observa en la
Tabla 10.
Tabla 10. Porcentaje Ganancia Sólidos Solubles en Fruta.
Ganancia Sólidos Solubles en fruta
Tratamientos % ( )
1 (70°Bx-3horas) 1,01
2 (70°Bx-5horas) 4,71
3 (50°Bx-3horas) 4,26
4 (50°Bx-5horas) 1,44
La mayor ganancia de sólidos solubles se observa en el tratamiento 2 con un
porcentaje de 4,71%.
Con los resultados obtenidos se comprueba nuevamente que a mayor
concentración de sólidos solubles existe una mayor incorporación de sólidos
solubles en las rodajas de piña.
-
37
4.3.3 VELOCIDAD DE SECADO EN DESHIDRATACIÓN AIRE CALIENTE
La velocidad de secado en la DAC de las rodajas de piña se estableció
mediante la Ecuación 3 para cada tratamiento como se observa en la Tabla
11 y cuyos resultados se muestran en la Figura 7.
Tabla 11. Datos velocidad de Secado DAC.
Velocidad de Secado (dW/dt) Deshidratación Aire Caliente
Tratamiento
Tiempo
T1 T2 T3 T4
0,3 1,76 0,53 1,18 0,56
1 1,75 0,54 1,15 0,54
1,3 1,72 0,57 1,11 0,53
2 1,70 0,74 1,53 0,79
2,3 1,63 0,75 1,54 0,81
3 1,62 0,74 1,53 0,80
3,3 1,62 0,71 1,47 0,76
4 1,60 0,67 1,41 0,72
4,3 1,60 0,69 1,37 0,70
5 1,58 0,74 1,48 0,77
5,3 1,56 0,73 1,48 0,78
6 1,55 0,76 1,46 0,75
-
38
Figura 7. Velocidad de secado en la Deshidratación Aire Caliente.
Luego de ana lizar la Figura 7, se observa que a las dos horas del proceso
en los tratamientos y concentraciones estudiadas, comienza aumentar la
velocidad de secado en la fruta. Luego a partir de las dos a cuatro horas
aproximadamente se distingue una clara etapa de velocidad constante
donde no se observan cambios drásticos en los cambios de velocidad de
secado. Por último hasta alcanzar la hora 6 donde finaliza el proceso de
deshidratación se observa que la velocidad de secado empieza a decrecer.
Se distingue claramente que el tratamiento 2 (70°bx-5horas) es el de mayor
velocidad de secado con un valor de 0,76 dW/dt a las 6 horas que culminó el
proceso de deshidratación.
Gómez 2006, mediante un estudio sobre el efecto de la deshidratación
osmótica como pre tratamiento para el proceso de secado por aire en piña
(ananas comosus) de variedad milagreña o perolera, utiliza temperatura de
55°C; con 40, 50 y 60 °Bx y un tiempo de inmersión de 6 horas. Dicha
investigación y sus resultados se asemeja a los datos de concentraciones,
Velocidad de secado DAC
T1
T2
T3
T4
Tíempo
Vel
oci
dad
de
seca
do
0,3
1
1,3
2
2,3
3
3,3
4
4,3
5
5,3
6
-
39
temperatura y tiempos utilizados en el estudio; lo cual permite corroborar que
el porcentaje de solutos ingresados a la piña incrementará con el tiempo y
por la mayor concentración de sólidos solubles del jarabe, y aún más
necesitando 6 horas para la reducción del 50% de su peso en agua. Con
esa afirmación se puede aprobar la utilización de los 60°C, 70°Bx y 6
horas para la deshidratación utilizada en el estudio.
4.4 ACTIVIDAD DE AGUA FINAL Y HUMEDAD
Se utilizó el programa Estadístico Statgraphics Plus versión 5.1 y se trabajó
con el método de las menores diferencias significativas de Fisher (LSD)
donde se realizó un Contraste Múltiple de Rango para comparar el %H y
%Aw entre cada tratamiento y se trabajó con un nivel de confianza de
95,0%. Los resultados que se obtuvieron se observan en la Tabla 12.
Tabla 12. Porcentajes de Humedad y Actividad de agua.
CARACTERIZACIÓN FRUTA PROCESADA
1 (70°Bx-3horas) 7,74± 0,63±
3 (50°Bx-3horas) 4,95± 0,57±
El resultado del %Humedad y Actividad de Agua (Aw) total de la piña
deshidratada, demuestra que no existieron diferencias estadísticamente
Tratamientos H (%) Aw (%)
2 (70°Bx-5horas) 3,56± 0,47±
4 (50°Bx-5horas) 3,59± 0,57±
-
40
significativas entre los tratamientos. En este caso el tipo de jarabe y el
tiempo de inmersión no influyeron en el contenido final de humedad ni de
actividad de agua en la piña deshidratada.
A partir de este resultado, se realizó una comparación con el estudio
efectuado por Arauz (2009), en los que se reportan resultados similares
para los análisis de humedad y actividad de agua total, que se debe a la
naturaleza de la piña, por su estructura rígida ya que haciendo la
comparación, solo encontraron diferencias significativas en la humedad total
de la papaya, mas no de la piña utilizando de igual manera diferentes
edulcorantes como agentes osmóticos para cada una de las frutas (Arauz,
2009).
Con el estudio realizado por Álvarez (2009) se comprueba que el resultado
del estudio es óptimo y favorable debido a que el rango típico de Aw para
frutas deshidratadas oscila entre 0.60-0.70, cuyo valor previene la actividad
microbiológica y donde la velocidad de las reacciones químicas y
biológicas se reduce al mínimo. Es decir, reduciendo aún más la Aw por
debajo de 0.70 como son los valores del estudio, se previene el
crecimiento de microorganismos patógenos (Álvarez, 2009).
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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41
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos en la caracterización físico química de la
piña milagreña (ananas comosus) utilizada en esta investigación,
ubican a la piña como un fruto fresco con estándares óptimos para
ser procesada ya que los valores de diámetro ecuatorial, masa,
contenido de pulpa, acidez titulable, pH y sólidos solubles están de
acuerdo a los parámetros establecidos en la Norma INEN 1836
(2009).
El mejor tratamiento de deshidratación osmótica de la piña milagreña
es el tratamiento 2 (70°bx-5horas) con un resultado de rendimiento
del 38,20%, ganancia de sólidos solubles de la fruta de 54,34 °Bx,
pérdida de sólidos solubles del jarabe de 52,74 °Bx, pérdida de peso
de 71.65%, porcentaje de ganancia de sólidos de 4,71%, humedad
de 3.56% y actividad de agua de 0.47%.
Los resultados obtenidos en la caracterización química del producto
final en cuanto a humedad de 3,56±170a% y la actividad de agua
final de 0,47±0.6a%, ayudan a concluir que la deshidratación
osmótica junto con la deshidratación por aire caliente son procesos
idóneos para obtener un producto de humedad intermedia, debido a
que se reduce la AW sin reducir bruscamente el agua contenida para
alcanzar la estabilidad del producto, manteniendo así sus
características organolépticas y previniendo la actividad microbiana.
Por ende, la piña procesada estará exenta de deterioro debido a que
la velocidad de las reacciones químicas y biológicas se reduce al
mínimo.
-
42
5.2 RECOMENDACIONES
Realizar el enjuague de la superficie de la fruta al terminar la
deshidratación osmótica ya que al no ser realizada, durante el
proceso de deshidratación al aire caliente o secado se observará una
capa de azúcar que se cristalizará en la superficie y el agua de la fruta
no habrá migrado en su totalidad al ambiente.
Realizar un estudio sobre la incidencia de la deshidratación osmótica
y la deshidratación por aire caliente en la vida útil de la piña
milagreña.
Realizar un estudio comparativo con jarabe de azúcar invertida y
jarabe de sacarosa o azúcar común como agentes osmóticos, para
ver la influencia directa que tienen en el proceso de deshidratación de
los trozos de piña.
Realizar un estudio de pre factibilidad en el mercado, técnica y
financiera sobre la deshidratación osmótica de la piña milagreña para
su procesamiento industrial como materia prima y otros materiales en
general.
-
BIBLIOGRAFÍA
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43
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ANEXOS
-
49
ANEXO I
DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE LA PIÑA.
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50
ANEXO II
ESTADOS DE MADUREZ DE LA PIÑA.
0-1. ESTADO VERDE, 2-4. ESTADO PINTÓN, 5-6. ESTADO MADURO.
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51
ANEXO III
DISOLUCIONES PARA PIÑA DESHIDRATADA.
Se realizó disoluciones acuosas donde el soluto (piña deshidratada) se
mezcló con el solvente (agua destilada) formando una mezcla homogénea.
La concentración de las disoluciones se realizó con una relación 1:2, es
decir, relación del peso del soluto (1) con el peso del solvente (2).
Para lo cual se realizó los siguientes pasos:
1. Se pesó una muestra de piña deshidratada con ayuda de la balanza
analítica cada media hora durante las 6 horas de la deshidratación por
aire caliente.
2. Luego se pesó el doble de agua destilada con relación al peso de la
muestra de piña deshidratada.
3. Se mezcló en un mortero la piña deshidratada y el agua destilada hasta
formar una mezcla homogénea.
4. Se tomó una gota de la mezcla homogénea con ayuda de una pipeta y
luego se colocó en el centro del prisma del brixómetro para dar lectura
de los sólidos solubles.
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52
ANEXO IV
INFORME DE RESULTADOS DE PORCENTAJES DE HUMEDAD Y
ACTIVIDAD DE AGUA DEL LABORATORIO QUÍMICO CERTIFICADO
LABOLAB
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53
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54
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