9. Cómo conservar mediante la deshidratación y la concentración de alimentos?
El secado ha sido, desde tiempos remotos, un medio de conservación de alimentos. El
agua retirada durante este secado, deshidratación o concentración, puede ser eliminada
de los alimentos por las simples condiciones ambientales o por una variedad de
procesos controlados de deshidratación en los que se someten a técnicas que emplean
diferentes medios como calor, aire, frío, y ósmosis.
El secado al sol permite retirar agua hasta niveles del 15%, que es suficiente en algunos
casos. Por este sistema se requiere un espacio bastante grande y los alimentos
expuestos al sol son susceptibles a la contaminación y a pérdidas debidas al polvo, los
insectos, los roedores y otros factores.
Por las razones anteriores el secado al sol evolucionó a fin de realizarlo en recintos
interiores en donde las condiciones pudieran ser controladas en forma más eficiente.
Hoy en día el término deshidratación de alimentos se refiere al secado artificial bajo
control. Esta eliminación de agua puede ser casi completa y se busca prevenir al máximo
los cambios en el alimento, a fin de lograr luego, durante la reconstitución, obtener
productos lo mas parecidos a los alimentos originarios. Los niveles de humedad
remanente llegan alcanzar valores de 1 al 5%, según el producto. Por lo general la
calidad lograda en la de deshidratación es proporcional al costo del proceso aplicado,
existiendo sus excepciones.
Los procesos llamados de evaporación o concentración tienen como finalidad la
eliminación de solo una parte de agua de los alimentos, quizás una o dos terceras
partes, como en la preparación de jarabes, leches evaporadas o pasta de tomate.
Además de los fines de la conservación, la deshidratación se realiza para disminuir el
peso y el volumen de los alimentos. El peso se puede llegar a disminuir 8 veces su peso
original. Esto resulta evidentemente en ahorro en el costo del transporte y de los
empaques.
Un ejemplo de deshidratación donde solo se retira el agua, a fin de mantener las
características de aroma y sabor del producto es al obtención de café instantáneo.
Hay otras técnicas en las que se emplea calor durante el proceso de retiro de agua. Allí
se busca que sea lo más rápido posible, lo cual se logra teniendo en cuenta las siguientes
variables:
Area expuesta: Entre más dividido esté el alimento, hasta cierto límite, más posibilidades
hay para que el calor penetre y deshidrate.
Temperatura: Entre más alta sea la diferencia de temperatura entre el medio de
transmisión de calor el alimento mayor la velocidad de salida de humedad.
Velocidad del aire.
Humedad del aire.
Presión atmosférica
Por lo general la deshidratación produce cambios físicos, químicos y sensoriales en los
alimentos. Entre los cambios físicos están el encogimiento, endurecimiento y la
termoplasticidad. Los cambios químicos contribuyen a la calidad final, tanto de los
productos deshidratados como de sus equivalentes reconstituidos, por lo referente al
color, sabor, textura, viscosidad, velocidad de reconstitución, valor nutritivo y
estabilidad en el almacenamiento. Con frecuencia estos cambios ocurren solo en
determinados productos, pero algunos de los principales tienen lugar en casi todos los
alimentos sometidos a deshidratación, y el grado en que ocurren depende de la
composición del alimento y la severidad del método de secado.
Las reacciones de oscurecimiento pueden deberse a oxidaciones enzimáticas, por lo
que se recomienda inactivarlas mediante tratamientos de pasterización o escaldado.
El oscurecimiento también puede deberse a reacciones no enzimáticas. Estas se
aceleran cuando los alimentos se someten a altas temperaturas y el alimento posee
elevada concentración de grupos reactivos y el secado alcanza niveles del 15 a 20%.
Cuando se superan los niveles de deshidratación como el 2% los cambios en el color
son menos intensos.
Otra consecuencia de la deshidratación de alimentos es la dificultad en la rehidratación.
Las causas son de origen físico y químico, teniendo en cuenta por una parte el
encogimiento y la distorsión de las células y los capilares y por otra, la desnaturalización
de las proteínas ocasionada por el calor y la concentración de sales. En estas condiciones
estas proteínas de las paredes celulares no podrán absorber tan fácil de nuevo el agua,
perdiendo así la turgencia y alterando la textura que caracteriza a un determinado
alimento.
La pérdida parcial de componentes volátiles y de sabor es otro efecto de la
deshidratación. Por esto algunos métodos emplean atrapar y condensar los vapores
producidos en el secador y devolverlos al producto secado. Otras técnicas usan agregar
esencias y saborizantes que derivan de otras fuentes, o bien agregando gomas u otros
compuestos que reducen las pérdidas de sabor y aroma.
Los factores analizados se tienen en cuenta cuando se va a diseñar un equipo de
deshidratación de alimentos. Todo debe tender a lograr la máxima velocidad del secado,
con el mínimo de daño al alimento al costo más bajo. Para esto se debe trabajar en
forma interdisciplinaria para conseguir resultados óptimos.
El punto crítico es que el material biológico que son los alimentos nunca es
completamente homogéneo y tiende a comportarse de manera diferente debido a que
es diferente su composición inicial, cantidad y características del agua que posee; los
patrones de encogimiento, migración de solutos y más importante, que cambian sus
propiedades a lo largo de la operación de secado. Por todo lo anterior es definitivo
combinar unas buenas condiciones de proceso, equipos adecuados y experiencia con los
productos a deshidratar.
9.1 Métodos de secado.
Existen diferentes métodos de secado y un mayor número de modificaciones de los
mismos. El método escogido depende del tipo de alimento que se va a deshidratar, el
nivel de calidad que se puede alcanzar y el costo que se puede justificar. Existen entre
los métodos de secado por convección del aire, secadores de tambor o rodillo y
secadores al vacío. Algunos de estos sirven para alimentos líquidos y otros para sólidos.
Cada uno de estos métodos tiene un número mayor de variantes que se ajustan a las
necesidades de volúmenes y características de productos finales.
9.2 La concentración de alimentos
Esta forma de conservar los alimentos se realiza prácticamente por las mismas razones
que se emplea la deshidratación. Aquí también se reduce el peso y el volumen que
resultan en algunas ventajas inmediatas. Casi todos los alimentos líquidos que se van a
deshidratar se concentran antes de ser sometidos a la deshidratación. Los alimentos
concentrados más comunes incluyen productos como los jugos y néctares de frutas,
jarabes, mermeladas y jaleas, pasta de tomate, y otros. Estos últimos son bastante
estables debido a las altas presiones osmóticas que los caracterizan.
Cuando los microorganismos se ponen en contacto con estos productos concentrados,
sufren una pérdida de agua que resulta letal para su desarrollo. Estos alimentos se
conservan por tiempos prolongados sin refrigeración, aunque estén expuestos a la
contaminación microbiana, a condición que no sean diluidos arriba de un punto crítico
de concentración por medio de la asimilación de humedad, por ejemplo del medio
ambiente circundante.
La concentración crítica de azúcar o de sólidos solubles varía según el tipo de
microorganismo, la acidez del medio y la presencia de otros nutrientes, pero
normalmente cerca de un 65-70% de sacarosa en solución detiene el crecimiento de
todos los microorganismos en los alimentos.
Entre los métodos de concentración mas empleados esta el solar, muy empleado para
obtener sal del agua de mar. Otra forma de concentrar son las marmitas abiertas
calentadas principalmente con vapor para elaborar mermeladas y jaleas. Existen los
evaporadores de película descendente, película delgada y al vacío.
Otra técnica de concentrar es mediante congelación. Esta técnica llamada
Crioconcentración se basa en que al congelarse un alimento sólido o líquido, no todos
sus componentes se congelan inmediatamente. Primero se congela una parte del agua,
y ésta forma cristales de hielo que permanecen suspendidos en la mezcla. La solución
alimenticia que permanece sin congelar tiene entonces una mayor concentración de
sólidos. Este efecto va aumentando a medida que más agua se va congelando.
De esta forma es posible separar los cristales de hielo formados inicialmente antes de
que se congele toda la mezcla. Una forma de separar el hielo es mediante centrifugación
a través de un tamiz de malla fina. La solución de alimento concentrado sin congelar
pasa por el tamiz, en tanto que los cristales de agua congelada son retenidos y luego
separados.
La ósmosis directa es otra técnica que permite concentrar a temperatura ambiente
alimentos sólidos. Un caso típico que son las frutas en trozos, que al ser sumergidas en
soluciones concentradas de azúcares, por el fenómeno de ósmosis el agua de las
células de las frutas sale a diluir el jarabe exterior. De esta forma la fruta se concentra
y el jarabe se diluye progresivamente con el agua y ciertos compuestos solubles de la
fruta capaces de salir de ésta a través de la membrana o paredes celulares.
Estos compuestos son los que contribuyen a comunicar al jarabe el sabor, color y
aroma de una determinada fruta. Este jarabe puede servir para endulzar jugos,
mermeladas, jaleas o cualquier otro derivado de las frutas o productos lácteos.
La concentración elevada del jarabe o compuesto que rodea los trozos de fruta no
permite el crecimiento microbiano, además evita el contacto directo con el oxigeno, y
todo esto en condiciones ambientales, sin necesidad de invertir de manera importante
en energía o en equipos sofisticados para lograr concentrar este tipo de alimentos.
En la técnica de ósmosis directa son factores importantes que influyen en la velocidad
de deshidratación la temperatura, agitación, presión, composición del sistema,
cantidad de área expuesta, tipo de membrana y características de los trozos de fruta.
1. INTRODUCCION.
Una alternativa del hombre para aprovechar mas y mejor los alimentos que se producen
en épocas de cosecha es conservarlos mediante la disminución del contenido de agua.
Para esto, desde la antigüedad empleó el secado al sol y en algunos casos lo
complementó con la impregnación de sal.
Hoy, la investigación tecnológica busca la aplicación de otras técnicas mas eficientes de
deshidratación, bajo condiciones controladas para producir mayores volúmenes de
mejor calidad.
Desafortunadamente durante la deshidratación de las frutas ocurren cambios mas o
menos intensos que disminuyen en calidad y cantidad el contenido de nutrientes básicos
para la dieta humana y cambian las características sensoriales de los productos. En un
intento para evitar estos efectos se emplean aditivos que contrarestan el desarrollo de
microorganismos y previene o reponen los cambios ocasionados por los procesos
aplicados.
En la actualidad existe una amplia tendencia mundial por la investigación y desarrollo de
técnicas de conservación de alimentos que permitan obtener productos de alta calidad
nutricional, que sean muy similares en color, aroma y sabor a los alimentos frescos y que
no contengan agentes químicos Conservantes.
Entre las técnicas que son objeto de investigación en la sección de vegetales del ICTA.,
para su aplicación en frutas se halla la deshidratación Osmótica Directa.
Esta técnica de conservación permite obtener productos que reúnen las características
arriba mencionadas (productos de alta calidad nutricional, que sean muy similares en
color, aroma y sabor a los alimentos frescos y que no contengan agentes químicos
conservantes) y además los costos de producción son más bajos, si se compara con las
técnicas que emplean calor o frío para los diferentes procesos de deshidratación.
2. FUNDAMENTOS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DIRECTA
Con el objeto de definir la ósmosis, es preciso definir antes la difusión.
Difusión = proceso por el cual, un grupo de partículas se distribuye de manera uniforme
en un medio. Se encuentra impulsado por la energía cinética que tienen las moléculas,
por la cual se hallan en continuo movimiento y se produce por diferencia de
concentración entre regiones, esto es, siguiendo los gradientes de concentración.
La OSMOSIS fenómeno de difusión de líquidos o gases, a través de una sustancia
permeable para alguno de ellos.
= difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua o disolvente, a través de la
membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.
presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a
través de la membrana semipermeable.
De lo anterior se puede deducir que a mayor concentración de solutos en un
compartimento, que puede ser una célula, mayor será la presión osmótica que posea, es
decir mayor será su capacidad de absorber agua de la solución más diluida, de la cual
esta separada por la membrana permeable al agua.
Las paredes o membranas biológicas que constituyen las paredes de las frutas son
semipermeables, es decir que permiten el paso de sustancias como el agua pero no el de
moléculas más grandes y complejas, a no ser que se haga por fenómenos especiales.
3. EMPLEO EN LA DESHIDRATACION OSMOTICA EN FRUTAS.
La aplicación del fenómeno de ósmosis en la deshidratación de frutas se puede lograr
debido a que un buen número de frutas, como es el caso de la fresa, papaya, mango o
melón entre otras, cuentan con los elementos necesarios para inducir la osmosis.
Estos elementos corresponden a la pulpa, que en estas frutas consiste en una estructura
celular más o menos rígida que actúa como membrana semipermeable. Detrás de estas
membranas celulares se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas, donde se
hallan disueltos sólidos que oscilan entre el 5 a 18% de concentración. Si esta fruta
entera o en trozos se sumerge en una solución o jarabe de azúcar de 70%, se tendría un
sistema donde se presentaría el fenómeno de ósmosis.
Los jugos en el interior de las células de la fruta están compuestos por sustancias
disueltas en agua, como ácidos, pigmentos, azúcares, minerales, vitaminas, etc. Algunas
de estas sustancias o compuestos de pequeño volumen, como el agua o ciertos ácidos,
pueden salir con cierta facilidad a través de orificios que presenta la membrana o pared
celular, favorecidos por la presión osmótica que ejerce el jarabe de alta concentración
donde se ha sumergido la fruta.
La presión osmótica presente será mayor en la medida que sea mayor la deferencia de
concentraciones entre el jarabe y el interior de los trozos de la fruta. El efecto de esta
diferencia se ve reflejado en la rapidez con que es extraída el agua de la fruta hacia el
jarabe. El valor de esta diferencia en el ejemplo anterior permite que los trozos de fruta
se pierdan cerca del 40% del peso durante cerca de 4 horas de inmersión.
La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre en la fruta dependerá de la
impermeabilidad de las membranas a este soluto. Por lo general los tejidos de las frutas
no permiten el ingreso de sacarosa por el tamaño de esta molécula, aunque si pueden
dejar salir de la fruta moléculas mas sencillas como ciertos ácidos o aromas.
En circunstancias como el aumento de temperatura por escaldado previo de las frutas,
la baja agitación o calentamiento del sistema se puede producir ingreso de sólidos
hasta un 6 a 10 %.
Como hasta ahora se ha visto, de las características y las condiciones en que se realice el
proceso, dependerán los fenómenos que dentro del sistema fruta:jarabe se presenten.
Este proceso que es muy sencillo de llevar a cabo, tiene una metodología propia que
puede ser aplicada en condiciones nada especiales como se presenta a continuación.
4. DESCRIPCION DEL PROCESO
El proceso de obtención de frutas deshidratadas mediante ósmosis directa se realiza de
la siguiente forma (ver esquema):
ESQUEMA 1: PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DE FRUTAS
Preparación de la fruta:
Se debe seleccionar una fruta que posea estructura celular rígida o semirígida. Es decir,
que se puede cortar en trozos como cubos, tiras o rodajas.
No servirían para este propósito la pulpa de maracuyá o lulo maduro, es decir frutas que
posean pulpa líquida.
La fruta se lava, y puede trabajarse entera o en trozos.
Si la piel es muy gruesa y poco permeable no permite una deshidratación rápida. En este
caso se puede retirar la cáscara o aplicarle un tratamiento de permeabilización.
El tratamiento de permeabilización puede consistir en:
- disolver la película de cera con una sustancia apropiada
- someter la fruta a un tratamiento de escaldado, durante un tiempo de 1 a 3
minutos.
El escaldado disminuye la selectividad de las paredes de las células, con lo que se
acelera la deshidratación.
Deshidratación osmótica:
El agente osmodeshidratante debe ser un compuesto compatible con los alimentos
como el azúcar de mesa, (sacarosa) o jarabes concentrados como la miel de abejas o
jarabes preparados a partir de azúcares.
La sal de cocina no es empleada para deshidratar frutas
por la posibilidad de comunicarle un sabor desagradable,
aunque se ha agregado en mínima cantidad al jarabe de
azúcar para aumentar la velocidad de deshidratación.
Otros compuestos como los presentados en la tabla 1.
Pueden ser empleados, todo dependerá de la
disponibilidad y rentabilidad del mismo.
La fruta en trozos se sumerge en el jarabe o se impregnan
con el azúcar dentro de un recipiente de plástico o acero inoxidable.
De inmediato el agua de la fruta sale hacia el jarabe, debido a la presión osmótica que se
genera dentro de este.
La mayor velocidad de osmodeshidratación se produce en los momentos iniciales, que
es cuando la diferencia de concentraciones entre el interior y el exterior de la fruta es la
mayor.
Los niveles de pérdida de peso promedio en las frutas más ensayadas como piña,
mango, guayaba o papaya es de alrededor del 40%, al cabo de cerca de seis horas de
inmersión en jarabe con agitación y 20 a 25 °C.
El fenómeno mas importante que se presenta es la salida de agua, pero paralelo a este
se puede presentar un ingreso de sólidos del jarabe al interior de la fruta.
Al final del proceso la diferencia entre la salida y el ingreso de sólidos total en la fruta
hace que aumente la proporción de sólidos en su interior.
Este aumento de sólidos proporciona estabilidad a la fruta debido a que su agua se hace
menos disponible para procesos de deterioro natural o para el desarrollo de
microorganismos que lo pueden invadir.
Procesos complementarios:
La fruta parcialmente deshidratada a niveles del 40 - 50% de pérdida de agua no es
completamente estable a condiciones ambientales, pero sí lo es más que la fruta
fresca.
El proceso de osmodeshidratación se puede aplicar hasta niveles donde la fruta
pierde cerca del 70 al 80% de su humedad si se deja el tiempo suficiente dentro de
sacarosa o un jarabe de 70%. El producto mantiene bastante aceptables sus
características especificas que en la mayoría de los casos.
- Los trozos se extraen del jarabe y la mayor parte de este se retira por medio de un
rápido enjuague y escurrido.
- Los trozos, según el grado de deshidratación alcanzado, se puede someter a
procesos complementarios que le darán mayor estabilidad hasta el punto de
poderse mantener a condiciones ambientales con un empaque adecuado.
Algunos de los procesos complementarios son refrigeración, congelación, pasterización,
liofilización, secado con aire caliente, adición de conservantes o envasado en vacío.
Con estos procesos se logra prolongar la vida útil de almacenamiento de los productos,
dependiendo de la utilización que se le vaya a dar.
Envasado:
En general las características del material de envasado deben responder al nivel de
estabilidad esperado del producto.
Un producto sometido a deshidratación osmótica, como único sistema de estabilización
y ha alcanzado un nivel de humedad inferior al 30%, se puede conservar a temperatura y
humedad relativas de un ambiente que puede poseer alrededor del 65% de humedad y
una temperatura entre los 6 y los 22ºC.
En estos casos no requiere un envasado especial. Puede ser construido con película de
papel celofán o polietileno delgado, para que la humedad que por difusión se desprenda
del alimento salga al ambiente.
Si por el contrario el nivel de estabilidad logrado por osmosis es bajo y se necesita
complementarlo con pasterización o refrigeración, el envasado debe ser una película
de baja permeabilidad a gases, es decir que no deje entrar ni salir vapor de agua y
menos ingresos de microorganismos.
La película puede ser a base de polipropileno o una multicapa con aluminio. Otra
alternativa es envasarlo en vidrio, cuidadndo que cuando se cierre el frasco el producto
posea una carga microbiana muy baja y además se complete su conservación con
almacenamiento refrigerado.
El grave riesgo que se puede, es colocar el producto de mediana o baja estabilidad en un
empaque cerrado, sin complementar la ósmosis con otra técnica de conservación que
incluya calor o frío o agentes conservantes, de manera que hongos o levaduras puedan
desarrollarse y deteriorar el producto.
Una técnica complementaria recomendada para un producto parcialmente
deshidratado por ósmosis es exponerlo a un ambiente seco (60-70% de humedad)
durante 24 a 48 horas, para que se deshidrate un poco mas y se pueda conservar sin
envasado hermético. Este producto tendrá la apariencia y características de la común
uva pasa.
También suele utilizarse la deshidratación por calor, consiste en aplicar aire caliente a un
trozo de fruta, de manera tal que esta evapore el agua de su interior.
5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE
DESHIDRATACION.
La reducción del peso de la fruta sumergida en la
solución o jarabe concentrado durante un tiempo
determinado, puede ser tomado como indicador
de la velocidad de deshidratación. Ver figura 1 a
continuación
Figura 1 Curva A: Reducción porcentual de peso (% WR) en
función del tiempo , de las muestras de manzana en cubos sumergidos en una solución de sacarosa de 60
Bx.
Curva B: Variación de la concentración (Bx) del jarabe durante el proceso osmótico ( de Lerici et al ., 1977).
La velocidad de pérdida de peso de una determinada fruta sucede inicialmente de
manera más acelerada con un progresivo retardo a medida que avanza el tiempo de
contacto con el jarabe.
Existen varios factores que influyen en la velocidad de deshidratación. Dichos factores
están estrechamente relacionados con las características propias de la fruta y del jarabe,
y con las condiciones en que se pongan en contacto estos componentes de la mezcla.
Factores que dependen de la fruta son:
- la permeabilidad de las paredes celulares o membranas celulares
- las características estructurales de las mismas
- la cantidad de superficie que se ponga en contacto con el jarabe
- la composición de los jugos interiores de la pulpa.
La pulpa entera con cáscara, de características cerosas como la del higo, al ser
sumergida en el jarabe sufrirá una deshidratación mas lenta que una fruta sin cáscara.
Lo anterior se presenta por el " obstáculo " que constituye para la salida del agua, la
cáscara que contiene sustancias de carácter aceitoso o ceroso.
La aplicación de pre-tratamientos son sustancias que disuelven las ceras o el escaldado,
aumenta la permeabilidad de las paredes.
Los trozos de piña sumergidos en jarabe pierden mayor cantidad de agua que las rodajas
de banano en el mismo tiempo, debido a la estructura más " apretada " y la mayor
cantidad de almidones que posee el banano.
De manera análoga, perderán agua mas rápido los trozos de piña en forma de cubos de
2cm, que las rodajas de 10cm de diámetro. Esto es debido a la mayor superficie
específica expuesta al jarabe que tiene la forma de cubos.
Factores que dependen de las características del jarabe:
- la composición
- la concentración
Dependiendo de la naturaleza química de los compuestos empleados para preparar el
jarabe, es decir su composición, estos van a ejercer una diferente presión osmótica.
Esta fuerza osmótica (osmosidad), expresa el número de moles de cloruro de sodio por
litro necesarios para obtener una solución con la misma presión osmótica que la
solución jarabe. Ver tabla 1.
Esta osmosidad será mayor si el peso molecular del compuesto es más bajo y su
capacidad ionizante es alta.
El peso molecular y el tamaño del compuesto con el que está preparado el jarabe,
también influyen para que se produzca el fenómeno de ingreso de este compuesto a la
fruta a través de la membrana, paralelo a la salida de agua de la fruta hacia el jarabe.
El ingreso de los sólidos es del orden del 3 al 10% del total de los sólidos de la fruta y se
produce a mayor velocidad durante los primeros minutos de inmersión. Ver figura 4
Figura 4. Evolución de algunas
variables en el curso de la
deshidratación osmótica de manzanas
en cubos sumergidas en jarabe de
glucosa de 51 ºBx.
Aw= actividad e agua;
%WR= Reducción porcentual de peso;
WL=gramos de agua extaida de la
muestra;
%WC=contenido porcentual de agua
en la muestra;
SG=Aumento en gramos de las
sustancias sólidas en la muestra.
Los datos se refieren a 100 gramos de producto fresco. (WC inicial= 82.47%)
La concentración del jarabe influye directamente sobre la velocidad, porque al
mantener una alta diferencia de concentraciones a un lado y a otro de la membrana, se
incrementa mas la presión osmótica, favoreciendo un rápido flujo de agua a través de la
misma en busca del equilibrio. (Ver figura 2 a continuación).
Figura 2. Reducción porcentual de peso
( % WR) en función del tiempo, de
muestras de manzana en cubos
sumergidos en una solución de sacarosa de
diferentes concentraciones en Bx. ( Lerici,
1977).
Factores relacionados con las condiciones del sistema fruta:jarabe.
- la temperatura
- la agitación
- la relación fruta: jarabe.
El aumento de la temperatura del sistema va a producir cambios en la permeabilidad de
la pared celular y en la fluidez del jarabe.
El aumento de la permeabilidad produce una mayor velocidad de deshidratación,
debido a la mayor movilidad de las moléculas y a la pérdida de la selectividad de la
membrana, la cual permite un mayor intercambio de agua que sale de la fruta, pero
también un mayor ingreso de solutos o componentes del jarabe.
Esto reforzado por el contacto mas intimo entre el jarabe, que por acción del calor se
ha hecho menos espeso, y las paredes de las células. (er figura 3 a continuación).
Figura 3. Reducción porcentual
de peso (% WR) en función del
tiempo, de muestras de manzana
en cubos sumergidos en una
solución de sacarosa de 60 Bx
mantenida a diferentes
temperaturas ( Lerici, 1977)
La agitación periódica al sistema también produce un importante aumento en la
velocidad de deshidratación.
A medida que avanza el tiempo de contacto de la fruta 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 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.
De igual forma se ha detectado un menor ingreso de soluto del jarabe al interior de la
fruta si se mantiene la agitación. Esto se podría explicar por la dificultad que produce el
flujo de agua que sale de la fruta a las moléculas de soluto que traten de ingresar, es
decir el soluto iría en contra de la corriente del agua de la fruta.
Otro factor que aumenta la velocidad de deshidratación es la relación fruta: jarabe.
Cuando esta relación es una parte de fruta por una de jarabe, disminuye la velocidad,
debido a que el agua que sale de la fruta diluye el jarabe más rápidamente que si la
relación fruta:jarabe se cambia a 1:3.
Recientemente se ha incluido otro factor que puede acelerar el proceso de
deshidratación, como es la disminución de la presión atmosférica mediante aplicación
de vacío al sistema. Esta técnica permite la salida de gases ocluidos en el interior de las
paredes de la fruta los cuales son una barrera para la osmodeshidratación. Además la
disminución de la presión permite una salida más rápida del agua por la ausencia parcial
de la barrera que ejerce la fuerza de la gravedad sobre la pared celular.
También existen otros parámetros diferentes a la pérdida de peso, que permiten
visualizar de manera más completa la evolución y efectos de la osmodeshidratación en
la fruta y en el jarabe.
Estos parámetros son: el contenido de agua (WC, Water contain) que permanece en la
fruta, la pérdida de agua (Wl,Water Loss), la ganancia de sólidos (SG, solids gain), que
proviene del jarabe y la actividad del agua, (AW).
Este último parámetro es muy importante porque se puede medir directamente de la
fruta, de manera similar a como se mide la humedad, solo que se hace en un equipo
específico y no mide el contenido de agua sino la real disponibilidad del agua por parte
de los microorganismos o para su empleo en reacciones bioquímicas. Dependiendo del
valor obtenido se sabrá si la fruta es estable o no para el desarrollo de cierto tipo de
deterioro.
Figura 4. Evolución de algunas variables en el
curso de la deshidratación osmótica de manzanas
en cubos sumergidas en jarabe de glucosa de 51
ºBx.
Aw= actividad e agua;
%WR= Reducción porcentual de peso;
WL=gramos de agua extaida de la muestra;
%WC=contenido porcentual de agua en la
muestra;
SG=Aumento en gramos de las sustancias sólidas
en la muestra.
Los datos se refieren a 100 g de producto fresco.
(WC inicial= 82.47%)
6. CARACTERISTICAS Y USOS DE LAS FRUTAS Y LOS JARABES OBTENIDOS.
Las frutas obtenidas mediante esta técnica pueden tener diferentes características
según el grado de estabilidad que se consiga.
Este grado de estabilidad dependerá:
- del nivel de deshidratación alcanzado durante la inmersión en el jarabe
- de la aplicación de técnicas complementarias de conservación.
Cuando se necesita un producto derivado de una fruta lo más parecido a la fruta fresca
pero de alta estabilidad, se debe recurrir a complementar el producto mediante otras
técnicas de conservación como el frío (refrigerado, congelado), el calor (escaldado ,
pasterizado) o los aditivos (sulfitado, sorbato, benzoato, ácido ascórbido).
Generalmente mediante esta técnica se obtienen frutas que han perdido cerca del
40% de su contenido en agua, lo que las convierte en productos semielaborados que no
son estables a temperatura ambiente.
En estas condiciones estas frutas pueden servir de materias primas semielaboradas
empleadas por otras industrias como pueden ser, la de pastelería, la láctea, la de pulpas
para obtener concentrados.
También se pueden emplear como productos estables a condiciones ambientales
cuando han llegado a perder cerca del 70 % del agua , semejante a las uvas pasas,
pudiéndose emplear como tentempiés solos o mezclados.
JARABES
Los jarabes usados y resultantes de la deshidratación también pueden ser utilizados
como ingredientes de otros productos.
En los jarabes, después de haber sido retirada la fruta, permanecen compuestos
extraídos de la misma, que conservan las características de aroma, sabor y algo de color
genuinos.
Los aromas y sabores propios de las frutas, son atrapados y estabilizados por los
compuestos concentrados en el jarabe.
Teniendo en cuenta las nuevas características de los jarabes, se pueden utilizar como
edulcorantes de productos específicos, como sería el caso de néctares, yogurts, salsas
para helados o productos lácteos con características de esa fruta.
Estos jarabes también pueden ser reutilizados en nuevos procesos de deshidratación, si
son llevados a concentraciones adecuadas para generar su fuerza osmótica y además
evitar la posibilidad de fermentación.
Esta interesante aplicación ha permitido comprobar que las frutas sumergidas en
jarabes reutilizados, poseen mejores características sensoriales que las frutas que se
deshidratan en jarabes frescos. La explicación es que en un jarabe fresco además de
extraer agua, también atrapa aromas sabores y colores de la fruta como se mencionó
antes.
Por su parte el jarabe reutilizado no "atrapa" estos compuestos, sino que por el
contrario, si la fruta que se sumerge, esta deficiente en alguno de estos, trata de
alcanzar el equilibrio y terminará con mayor y mejor aroma y sabor. En estos jarabes
reutilizados el fenómeno que con mayor fuerza se presenta es la salida de agua de la
fruta al jarabe, para compensar la presión osmótica que se ejerce al interior del jarabe.
7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA OSMOSIS.
Algunas de las ventajas logradas están relacionadas con la conservación de la calidad
sensorial y nutricional de las frutas.
El agua que sale de la fruta al jarabe de temperatura ambiente y en estado líquido, evita
las pérdidas de aromas propios de la fruta, los que si se volatilizarían o descompondrían
a las altas temperaturas que se emplean durante la operación de evaporación que se
practica durante la concentración o deshidratación de la misma fruta mediante otras
técnicas.
La ausencia de oxígeno en el interior de la masa de jarabe donde se halla la fruta, evita
las correspondientes reacciones de oxidación (pardeamiento enzimático) que afectan
directamente la apariencia del producto final.
La deshidratación de la fruta se produce sin romper células, permite mantener una alta
calidad y conservación de las características nutricionales propias de la fruta.
La fruta obtenida conserva en alto grado sus características de color, sabor y aroma.
Además, si se deja deshidratar suficiente tiempo es estable a temperatura ambiente (18
ºC) lo que la hace atractiva a varias industrias.
La relativa baja actividad de agua del jarabe concentrado, no permite el fácil desarrollo
de microorganismos que rápidamente atacan y dañan las frutas en condiciones
ambientales.
Esta técnica también presenta interesantes ventajas económicas, teniendo en cuenta la
baja inversión inicial en equipos, recipientes, mano de obra no cualificada, sin consumo
de energía eléctrica y además los jarabes que se producen, pueden ser reutilizados o
vendidos para la elaboración de yoghurts, néctares, etc.
Por otra parte el uso de azúcar (sacarosa) o jarabes y melazas están disponiblessin
problemas y so muy asequibles.
Entre las limitaciones que presenta esta técnica de ósmosis está que no a todas las
frutas puede aplicarse. Por ahora solo se emplean las frutas que presentan estructura
sólida y pueden cortarse en trozos.
Tampoco se recomiendan para las frutas que poseen alto número de semillas de
tamaño mediano como la mora o guayaba.
Algunas frutas pueden perder su poca acidez como el mango o la piña, aunque se puede
corregir este inconveniente ajustando la acidez del jarabe a fin de que la relación de
sabor ácido-dulce sea agradable al gusto.
Una característica en la operación de inmersión de la fruta en el jarabe es la flotación.
Esto es debido a la menor densidad de la fruta que tendrá 5 a 6 veces menos brix que el
jarabe y además a los gases que esta puede tener ocluidos. Cuando se intenta sumergir
toda la masa de fruta dentro del jarabe se forma un bloque compacto de trozos que
impiden la circulación del jarabe a través de cada trozo, con lo que se obtiene la ósmosis
parcial de la fruta.
Las frutas obtenidas, dependiendo del grado de deshidratación, por lo general no son
productos estables, sino semielaborados que pueden complementarse con otras
técnicas que podrían encarecer el producto final.
También se presentan inconvenientes con el manejo de los jarabes. Algunos de estos
inconvenientes están relacionados con el almacenamiento de los altos volúmenes que
se necesitan, su reutilización una vez se hayan concentrado de nuevo; el
enturbiamiento que se genera por el desprendimiento de solutos y partículas de las
frutas allí sumergidas; el riesgo de contaminación microbiana cuando ha descendido a
niveles inferiores a 60°Bx; la resistencia de los microorganismos a los tratamientos
térmicos higienizantes;
Surge por tanto la necesidad de conservar los jarabes almacenados bajo condiciones que
eviten su fermentación.
Finalmente está la presencia de insectos que se puede generar en los sitios donde se
manejan estos jarabes debido a la atracción que estos tienen por los aromas frutales
que con el tiempo se pueden tornar difíciles de erradicar.
8. ALGUNOS RESULTADOS
Las frutas con las que se han hecho algunos ensayos preliminares son: banano, breva,
curuba, feijoa, fresa, guayaba, mango, manzana, melón, mora, papaya, papayuela,
patilla, pera, piña, pitaya, tomate de árbol y uchuva.
Por ejemplo. Los niveles de perdida de agua alcanzados después de 12 horas de
inmersión en jarabe de sacarosa de 70 Brix, de diferentes frutas en trozos, se presentan
en la siguiente tabla:
Las características de los productos obtenidos se podrían resumir así:
Las rodajas de banano se alcanzan a pardear ligeramente si están muy maduras o no se
sumergen pronto en el jarabe. Una alternativa es sumergirlos en una solución de ácido
ascórbico inmediatamente se cortan y luego si sumergirlos en la solución
osmodeshidratante de jarabe. Los trozos adquieren un sabor mas intenso.
La moras tardan mas del promedio de las demás frutas por las características de su piel.
Con previo congelado de la fruta y aplicación de la osmosis se acelera la deshidratación.
Las peras pueden también pardearse ligeramente sobre todo antes de sumergirlas en el
jarabe. Se puede seguir el proceso anotado para banano.
La deshidratación de curuba permite obtener una pulpa concentrada sin empleo de alta
temperatura y sin cambios de color o aroma.
La fresa pierde mucho de su sabor característico que pasa al jarabe.
La deshidratación del higo es lenta debido a la impermeabilidad de las cáscara. Esta
aumenta con el escaldado previo que se le puede dar.
La feijoa (familia de la guayaba) en rodajas permite obtener una fruta ligeramente
pardeada; la cáscara posee un fuerte sabor característico y el jarabe resultante es
altamente aromático. La variedad más adecuada es la que posee una pulpa firme, similar
a la guayaba.
9. BALANCE DE MATERIA
1. En el caso de reutilizar el jarabe empleado en la deshidratación osmótica, este debe
ser concentrado nuevamente hasta los niveles adecuados. La concentración se realiza
para:
recuperar su capacidad deshidratante,
aprovechar los aromas y sabores que se desprendieron de la fruta en la primera
osmodeshidratación y
para evitar su deterioro.
El deterioro del jarabe puede consistir en una fermentación o simplemente un
enturbiamiento natural.
En caso de presentarse la fermentación, que es muy grave por el sabor y aroma que se
genera, en cuyo caso se recomienda no volver a emplear. La fermentación se produce
porque la concentración de solutos es baja y permite el desarrollo cada vez mas
acelerado de microorganismos. Normalmente la descomposición de los azúcares elevan
las concentraciones de alcohol, esteres y ácidos de sabor y olor desagradables.
Esta carga crece aceleradamente si la concentración del jarabe alcanza niveles
menores de 60%, a los que se llegan por la dilución que produce el agua que sale de las
frutas sumergidas.
Para prevenir este deterioro, se puede ajustar el pH a niveles mas bajos o agregar
agentes microbicidas.
Los grados Brix
(símbolo °Bx) sirven
para determinar el
cociente total de
sacarosa o sal disuelta
en un líquido; es una
medida de la
concentración de
azúcar en una
disolución. Una
solución de 25 °Bx
contiene 25 g de
azúcar (sacarosa) por
100 g de líquido.
Esquema2: del
balance de materia en la deshidratación de fruta con sacarosa
La turbidez que con las repetidas inmersiones de frutas se alcanza, no es problema
importante en la calidad del producto final, ya que el efecto que verdaderamente
interesa es el deshidratante, que depende de la concentración del jarabe.
Las dos formas de alcanzar la adecuada concentración del jarabe, antes de la inmersión
del nuevo lote son:
- la adición de azúcar (u otro soluto)
- o la evaporación de agua. (analizar esquema adjunto).
Adición de azúcar
Se logra a partir de los cálculos que se realizan para conocer la cantidad de azúcar que se
debe agregar al jarabe que se tiene. Por este método la cantidad de jarabe se va
incrementando después de cada proceso. La ventaja de esta alternativa es que no se
requiere de energía para la reutilización del jarabe. Ver figura 7
Evaporación
Esta forma si requiere energía y se logra mediante la concentración por evaporación
controlada de parte del agua del jarabe. Esta concentración se puede realizar bien sea a
presión atmosférica o al vacío.
FUTUROS DESARROLLOS
Los reportes en literatura se limitan máximo a aplicaciones de osmodeshidratación a
nivel de Planta piloto. Se necesita resolver los problemas teóricos y prácticos al
aumentar la escala de producción mediante el proceso osmótico. Existen problemas
ingenieriles relacionados con el movimiento de grandes volúmenes de soluciones
concentradas de azúcar y equipos para operación continua. También están los
problemas de agitar jarabes de alta viscosidad o el problema de la flotación del producto
por la diferencia de densidad con el agente osmótico.
Otro aspecto es investigar sobre la prevención de la fermentación de los ingredientes
durante el proceso, a fin de, evitar grandes problemas cuando se logre escalar a nivel de
Planta industrial.
Se necesita profundizar también en el estudio de modelos matemáticos relacionados
con el flujo simultáneo en contracorriente de materia durante el proceso osmótico, es
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