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

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2015

Reservados todos los derechos de reproducción

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

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

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.

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.

i

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

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

iii

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

iv

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

v

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

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

vii

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.

viii

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.

1. INTRODUCCIÓN

1

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

2. REVISION LITERARIA

2

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).

3

+

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

4

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).

5

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).

6

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)

7

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).

8

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

9

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

10

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).

11

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).

12

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.

13

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).

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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.

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43

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ANEXOS

49

ANEXO I

DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE LA PIÑA.

50

ANEXO II

ESTADOS DE MADUREZ DE LA PIÑA.

0-1. ESTADO VERDE, 2-4. ESTADO PINTÓN, 5-6. ESTADO MADURO.

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.

52

ANEXO IV

INFORME DE RESULTADOS DE PORCENTAJES DE HUMEDAD Y

ACTIVIDAD DE AGUA DEL LABORATORIO QUÍMICO CERTIFICADO

LABOLAB

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