UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTFacultad de Ingeniera - Departamento de Ingeniera QumicaLaboratorio de Operaciones de Separacin, Reaccin y ControlProfesor: William Andrs Chasoy RojasInforme FinalIntegrantes: Sandy Katherine Anzola Cdigo: 244844 Laura Andrea Vargas Gil Cdigo: 245010 Noriel Alberto Vargas Marroqun Cdigo: 244579Bogot D.C, 15 de abril de 2014.deshidratacin osmtica1. resumen

Durante esta prctica de laboratorio, vamos a trabajar la deshidratacin osmtica en la cual vamos a deshidratar una manzana para darle un valor agregado a esta. Este proceso se llevara a cabo poniendo en contacto el alimento con una solucin de sacarosa para que por transferencia de masa, el agua contenida en la manzana se transfiera a la solucin de sacarosa.2. introduccin

La conservacin de alimentos por secado es sin duda uno de los procedimientos ms antiguos usados por el hombre. De todos los mtodos para preservar alimentos, el secado es el ms simple y natural, ya que basta con cortar el vegetal en pequeas piezas y deshidratarlo. Existen diferentes mtodos de secado y un mayor nmero de modificaciones de los mismos. El mtodo 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.Los procesos para deshidratar la fruta son diversos: secado natural al sol, aunque en este caso, la fruta es susceptible a contaminarse y estar expuesta a roedores e insectos, y secado por aire caliente, que es el mtodo que se emplea para deshidratar la fruta a nivel industrial. Una ventaja de este proceso es que, despus de la fruta fresca, el alimento deshidratado es el que conserva la mayor parte de sus nutrientes; no obstante, el producto se reduce hasta cinco veces durante el proceso de deshidratacin, es decir, al perder humedad el volumen del fruto se reduce notablemente, de tal suerte que para tener un kilo de alguna fruta deshidratada se necesitarn varios kilos de fruta fresco.Tradicionalmente, las manzanas han sido utilizadas para combatir problemas del sistema gastrointestinal, es ideal para problemas de artritis, reumatismo, gota, diarrea, gastroenteritis y colitis.Manzana deshidratadaPropiedades: Gran fuente de vitamina C Buena fuente de fibra Buena para el corazn y la circulacin Efectiva contra el estreimiento y la diarrea Limpia los dientes y fortalece las encas Accin antiviral3. marco terico

La deshidratacin osmtica (DO) consiste bsicamente en la remocin del contenido de agua del producto con un aumento simultneo de slidos por efecto de la presin osmtica, que ocurre por inmersin de un alimento slido (entero o en trozos) en una solucin hipertnica de uno o ms solutos (agente deshidratante) por un cierto tiempo y temperatura especficos. Adems de los flujos de salida de agua y entrada de solutos en el alimento, se observa flujo de salida de solutos de bajo peso molecular del propio producto (azcares, cidos orgnicos, sales y vitaminas), que ocurre en cantidades despreciables, pero ejerce una importante influencia con relacin a la composicin y calidad del producto final (Raoult-Wack, 1994). La deshidratacin osmtica de alimentos consiste en la aplicacin de ste fenmeno ya que los alimentos contienen gran cantidad de agua y de sustancias disueltas en el interior de las clulas que conforman los distintos tejidos. La membrana celular acta como membrana semipermeable, el contenido intracelular como solucin hipotnica y como solucin hipertnica se utiliza una preparada con altas concentraciones de soluto en funcin del producto a tratar, generalmente se utiliza sacarosa para frutas y cloruro de sodio para carnes y vegetales, o mezclas de estos; tambin pueden utilizarse alcoholes de alto peso molecular. En dicha solucin concentrada se sumergen los alimentos ya sea enteros o trozados.

3.1. Fenomenos de transferencia de masa

Ilustracin 1 Diagrama fenmenos de transferencia de masa en las clulas de los alimentos durante la DO3.2. Factores que influyen sobre la velocidad de deshidratacin

Temperatura de la solucin osmtica La temperatura produce cambios en el proceso de DO debido a los efectos que tiene sobre la difusin de agua del producto hacia la solucin y sobre la permeabilidad de las membranas celulares. Respecto a la velocidad de prdida de agua el aumento de temperatura favorece la agitacin molecular lo cual eleva la velocidad de difusin. En cuanto a la permeabilidad de las membranas, como ya se mencion, un aumento de temperatura puede afectarla perjudicando el proceso. Para la mayora de las especies vegetales el rango de temperatura al cual las membranas de las clulas se modifican es entre los 50 C y 55 C aproximadamente. Presin de operacin Cuando se lleva a cabo la Deshidratacin Osmtica a Vaco (DOV) se favorece el proceso de transferencia de agua ya que permite retirar los gases ocluidos en espacios intracelulares y ser ocupados por la solucin osmtica, incrementando el rea disponible para la transferencia de masa. Por otro lado la aplicacin de vaco al proceso de DO no afecta la ganancia de solutos por parte del alimento. Agitacin de la solucin osmtica Una mejora del proceso de DO puede lograrse mediante la agitacin de la solucin ya que permite homogeneizar la temperatura y la concentracin de soluto. Como consecuencia aumenta la velocidad de deshidratacin ya que constantemente la fruta est en contacto con una solucin de alta concentracin y de temperatura uniforme. Concentracin de la solucin osmtica Cuanto mayor sea la concentracin de soluto de la solucin osmtica mayor ser la diferencia de presin osmtica entre sta y el producto, lo cual aumentar la velocidad de salida de agua del producto. Sin embrago debe tenerse en cuenta que concentraciones muy altas de soluto pueden causar que se forme una capa de este sobre la superficie de las frutas lo que dificultara la prdida de agua. Por lo tanto es muy importante realizar ensayos previos para determinar cul es la concentracin ms adecuada para cada producto. Tipo de soluto La eleccin del soluto depende del tipo de producto a tratar, del costo del soluto y la calidad final deseada. Como ya se mencion el soluto ms difundido para la deshidratacin osmtica de frutas es la sacarosa, aunque en muchos casos se utiliza mezclas de sacarosa con mnimas proporciones de cloruro de sodio (sal). La aplicacin de esta mezcla presenta ventajas respecto a la utilizacin de cada uno por separado, ya que la deshidratacin es mayor y la penetracin de solutos es menor. Esto se debe a que la sacarosa forma una barrera sobre la superficie de la fruta que evita la penetracin de la sal, pero a su vez la presencia de sal en la solucin mantiene una baja actividad de agua lo cual produce una continua prdida de agua y una baja ganancia de solutos. Propiedades del soluto Las propiedades fisicoqumicas del soluto elegido son una variable determinante en la transferencia de masa durante la DO. Si se utilizan solutos de peso molecular alto se favorece la prdida de agua, mientras que si se eligen solutos cuyo peso molecular es bajo la impregnacin de soluto al alimento ser mayor ya que las molculas de ste pueden pasar ms fcilmente hacia el interior del tejido celular. Geometra y tamao del producto Dependiendo del tipo de geometra y tamao que presente el producto variar la superficie por unidad de volumen expuesta a la accin de la solucin osmtica. Diferentes estudios demostraron que si se tienen productos de menor tamao (la superficie por unidad de volumen aumenta) se eleva la prdida de agua, por el contrario si se tienen trozos de fruta, u otro alimento, de tamao superiores (la superficie por unidad de volumen disminuye) la prdida de agua es menor. Relacin masa de solucin / masa de producto Cunto mayor sea la relacin masa de solucin sobre la masa de producto a tratar (es decir cuanto mayor sea la cantidad de jarabe respecto a la cantidad de fruta) mayor ser la prdida de agua y la ganancia de solutos.4. EQUIPOEl equipo consiste en un recipiente de malla, donde se coloca la muestra de la fruta que va a ser deshidratada, el cual est sujeto a un agitador, colocado en un soporte universal, como se muestra en la Ilustracin 2. El Recipiente de malla se sumerge en un recipiente cilndrico de mayor volumen, donde se dispondr la solucin osmtica (solucin de sacarosa).

Ilustracin 2 Diagrama del equipo para deshidratacin osmticaCuando la deshidratacin osmtica, como en este caso, se va llevar a una temperatura mayor que la del ambiente, el recipiente que contiene la solucin de sacarosa, se calienta en un bao mara, de tal manera que se coloca dentro de un recipiente cilndrico de mayor volumen que contiene agua y una resistencia que se encarga de llevar la solucin a una temperatura de 45C aproximadamente. Para llevar el control de la temperatura se dispone de un termostato, que va a tomar el valor de los grados Celsius cada cierto intervalo de tiempo. 5. procedimiento

6. resultados y anlisis de resultados

Al realizar la deshidratacin osmtica de la manzana en la prctica en el laboratorio se logr que el contenido de humedad disminuyera del 81,1% que contena la manzana inicialmente a un 65,83% medido al finalizar el proceso, como se muestra en la tabla a continuacin:

tiempo% perdida agua% perdida peso

012,7383,07

10019,3571,54

30020,9866,61

Tabla 1Porcentaje perdida agua y peso de la manzanaEn el siguiente grfico se puede observar los Brix, el porcentaje de humedad con respecto al tiempo, en donde vemos que los grados Brix no sufrieron mayor alteracin con el tiempo, aspecto que luego se tratara, y el porcentaje de que cambia considerablemente a medida que avanza el tiempo.

Ilustracin 4 Brix y % Humedad vs tiempoUno de los aspectos que favoreci el proceso de deshidratacin fue mantener una constante agitacin en el quipo, ya que esto no permita que se formara una capa de azcar en la superficie de la fruta al tener una concentracin alta de sacarosa en la solucin, y adicionalmente homogenizaba la temperatura de la solucin y la concentracin del soluto.Sin embargo no se obtuvieron los resultados esperados ya que no fue posible llevar la solucin de sacarosa hasta los 60Brix, debido al alto volumen de la solucin, ya que este requera una gran cantidad de azcar y los costos de la prctica se elevaban considerablemente, por lo cual se tom la decisin de trabajar con una solucin de sacarosa de 30Brix aproximadamente. Esto produjo una disminucin en la diferencia de la presin osmtica entre la solucin y la fruta, disminuyendo la velocidad de transferencia de agua.Otro aspecto que pudo intervenir en los resultados fue el efecto de la flotacin de la fruta, ya que cuando era sumergida en la solucin de sacarosa, era difcil la inmersin debido a la baja densidad de la misma con respecto a la de la solucin de sacarosa y a los gases que poda tener ocluidos, por lo cual se formaba un bloque compacto de trozos que impeda la circulacin de la solucin a travs de cada trozo, con lo que se obtiene una osmosis parcial de la fruta.Analizando otro factor de la prctica, se considera que el tiempo empleado en realizar la deshidratacin fue muy corto con respecto al tiempo que generalmente esta demanda. Debido a esto, posiblemente no se pudo encontrar una estabilizacin de los valores de los grados Brix de la solucin de sacarosa. Si se hubiese trabajado con una solucin ms concentrada los resultados pudiesen haber sido mejor en el tiempo empleado en la prctica.6.1. Ventajas y desventajas de la osmosis

El agua que sale de la fruta a la solucin de sacarosa a temperatura ambiente y en estado liquido evita las prdidas de aromas propios de la fruta, los que si se volatizaran o descompondran a las altas temperaturas que se emplean durante las operaciones de evaporacin que se practican mediante la deshidratacin de la misma fruta mediante otras tcnicas.La ausencia de oxgeno en el interior de la solucin donde se encuentra sumergida la fruta, evita las correspondientes reacciones de oxidacin que afectan directamente la apariencia del producto final.La deshidratacin de la fruta sin romper clulas y sin poner en contacto sustratos que favorecen el oscurecimiento qumico permite mantener una alta calidad al producto final.Tambin es notoria la alta conservacin de las caractersticas nutricionales propias de la fruta.La relativa baja actividad del agua en la solucin concentrada de sacarosa, no permite el fcil desarrollo de microorganismos que rpidamente atacan y daan las frutas en condiciones ambientales.Esta tcnica tambin presenta interesantes ventajas econmicas teniendo en cuenta la baja inversin inicial en equipos, donde solamente se requieren recipientes plsticos, mano de obra no calificada, bajo consumo de energa elctrica y adems las soluciones de sacarosa resultantes se pueden utilizar en la elaboracin de productos secundarios como yogurt, nectar, etc., a fin de aprovechar su poder edulcorante y contenido de aromas y sabores de la fruto osmodeshidratada. Por otra parte el uso de azcar o sacarosa presenta gran disponibilidad independientemente del sector en el cual se realice la operacin y presenta la posibilidad de su reutilizacin, bien sea en nuevo procesos o para edulcorar otros productos.Entre las limitaciones que presenta esta tcnica de osmosis esta que no a todas las frutas puede aplicarse, solo se emplea en frutas que presentan estructuras slidas y pueden cortarse en slidos. Algunas frutas pueden perder su poca acidez, como el mango o la pia, aunque se puede corregir este inconveniente ajustando la acidez de la solucin a fin de que la relacin acido dulce sea agradable.7. conclusiones La velocidad de deshidratacin de una fruta depende de la permeabilidad y caractersticas estructurales de las paredes o membranas celulares; la cantidad de superficie que se ponga en contacto con la solucin osmtica y la composicin de los jugos al interior de la pulpa. El proceso de deshidratacin de la fruta es ms efectivo cuando la fruta se corta en trozos pequeos que cuando se corta en rodajas o se deja completa, ya que existe mayor superficie especfica expuesta al contacto con la solucin de sacarosa. La concentracin de la solucin osmtica influye directamente sobre la velocidad de deshidratacin, ya que al mantener una alta diferencia de concentraciones a lado y lado de la membrana, se favorece un rpido flujo de agua a travs de la membrana en busca del equilibrio. La velocidad de deshidratacin tambin se ve influencia da por el aumento en la temperatura, ya que esta produce cambios en la permeabilidad de la pared celular y en la fluidez de la solucin osmtica. El aumento de temperatura produce mayor movilidad de las molculas y disminuye la selectividad de la membrana, lo cual permite un mayor intercambio de agua que sale de la fruta, pero tambin un mayor ingreso de solutos o componentes de la solucin osmtica. La agitacin continua produce un aumento en la velocidad de deshidratacin ya que a medida que avanza el tiempo la fruta va a estar rodeada por su propia agua, la cual se va difundiendo en la solucin de sacarosa estableciendo de nuevo una alta diferencia de concentracin entre la fruta y la solucin. 8. recomendaciones Llevar a cabo la deshidratacin osmtica a una temperatura mayor a la del ambiente favorece la agitacin molecular, lo cual conlleva a una mayor velocidad de difusin. Es recomendable que la concentracin de sacarosa en la solucin osmtica sea mayor, ya que entre ms concentrada esta la solucin de sacarosa, mayor ser la diferencia de presin osmtica entre sta y la fruta, lo cual aumenta la velocidad de salida de agua del producto. Llevar a cabo la deshidratacin osmtica a vaco favorece el proceso de transferencia de agua ya que permite retirar los gases ocluidos en los espacios intracelulares de la fruta e incrementa el rea disponible para la transferencia de masa. Es recomendable al picar la fruta obtener trozos de igual tamao y en lo posible de aproximadamente el mismo peso, con el objetivo de poder medir la evolucin de la transferencia de masa durante el proceso. De tal forma que se puede extraer un trozo de fruta cada intervalo de tiempo, medir el contenido de humedad y compararlo con el anterior. Realizar el proceso de deshidrtacin osmotica utilizando fruta sin cascara, ya que se facilita la transeferencia de masa.9. referencias Raoult-Wack, A. L. (1994) Recent advances in the osmotic dehydration of foods. Trends in Food Science & Technology, 5, (8), 255-260. Ayala A. A & Serna L. (2010) Cintica de deshidratacin osmtica de Pitahaya Amarilla. Online disponible en: http://www.interciencia.org/v35_07/539.pdf. Deshidratacin Osmtica de Frutas. Online disponible en: http://www.alimentariaonline.com/media/MA001_DESOS.pdf Procesamiento y Conservacin de frutas. Universidad Nacional de Colombia. Online disponible en: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/obfrudes/prese.htm

anexosdatosLas siguientes tablas muestran los datos que fueron tomados en el laboratorio durante el desarrollo de la prctica:Volumen (L)

Solucin sacarosa3,5

Tabla 2. Volumen de la solucin osmtica utilizada.Peso (g) manzana

inicial40,8

final33,12

Tabla 3 Peso de la manzana antes de estar en contacto con la solucin de sacarosa y peso de la manzana deshidratada.tiempo (min)Brix solucin sacarosa

033,23

2033,14

4033,6

6033,19

8033,52

10033,34

18033,63

30033,42

Tabla 4. Variacin de la cantidad de sacarosa en la solucin osmtica, durante el proceso de deshidratacin.

tiempo%HumedadPeso inicial (g)Peso final (g)

081,10,2540,043

10071,50,6150,175

30065,830,6380,213

Tabla 5. Porcentaje de humedad de la manzana antes y despus de la deshidratacin osmtica.muestra de clculosLa evolucin de la transferencia de masa durante el proceso fue medida a travs de la variacin en el tiempo de la prdida de peso (WR), contenido de slidos totales (ST) y de slidos solubles (SS). Reduccin de peso:

Donde, Prdida de peso de producto deshidratado.: Masa inicial de la muestra fresca.: Masa de muestra deshidratada osmticamente a tiempo t.Para un tiempo de 100 minutos,

Reduccin de agua:

: Reduccin de agua: Masa inicial de la muestra fresca.: Masa de muestra deshidratada osmticamente a tiempo t.: Humedad inicial de la muestra fresca.: Humedad de muestra deshidratada osmticamente a tiempo t.

Slidos solubles: Medidos en el refractmetro en la solucin de sacarosa.