Informe de Deshidratacion Osmotica de La Papaya

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DEL DEL CENTRO CENTRO DEL DEL PERU PERU

Ingeniería en Industrias Alimentarias

“Ingenieria en industrias alimentarias”

 CATEDRA: o INGENIERIA DE ALMENTOS II  CATEDRATICO: Ing. M. Sc. Edgar Rafael Acosta Lopez  ALUMNAS: o CARCAUSTO CAMPOS, KAREM o GAMARRA QUEZADA, FLOR  SEMESTRE: o 2013-I

M. Sc. Ing. Edgar Acosta López

2013 - I

Ingeniería en Industrias Alimentarias I.

INTRODUCCION

La deshidratación de alimentos por osmosis involucra flujo de agua desde el producto a la solución, transferencia de solidos desde la solución al producto y lixiviación de los sólidos del producto a la solución. La deshidratación osmótica ha sido utilizada como un pre-tratamiento o paso previo al secado y refrigeración de alimentos, incluyendo frutas y verduras, carnes y productos marinos. El efecto beneficioso de la deshidratación osmótica incluye la alta calidad del producto final y el bajo requerimiento de energía. La velocidad a la cual ocurre la transferencia de masa durante esta deshidratación osmótica aumenta al incrementar la concentración de la solución osmótica, tiempo de inmersión, temperatura, razón solución osmótica (alimento, área superficial del alimento y baja presión en el sistema). El proceso de deshidratación osmótica es frecuentemente aplicado para conservar la calidad y estabilidad de frutas y hortalizas, sin tener pérdidas considerables en compuestos aromáticos. La papaya es una de las frutas de más difícil conservación debido a su fácil pudrición. A nivel internacional se están aplicando diferentes técnicas; tales como la congelación, refrigeración, deshidratación osmótica, siendo ésta una tecnología de preservación en la que se puede acelerar la salida de humedad y la ganancia de sólidos solubles en la papaya. Al término de la práctica se espera alcanzar los siguientes objetivos:  Determinar la velocidad de difusión (NA) del almíbar a través de la membrana celular de la papaya en el proceso de confitado- método lento.  Determinar la difusividad del almíbar (A) en agua (B) contenida en la estructura celular.

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Ingeniería en Industrias Alimentarias II.

MARCO TEORICO

1. DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA:

Según, PARZANESE (2008), menciona: La deshidratación osmótica (DO) es un tratamiento no térmico utilizado para reducir el contenido de agua de los alimentos, con el objeto de extender su vida útil y mantener características sensoriales, funcionales y nutricionales. Es un método antiguo que se va mejorando a través del tiempo y adecuando a las necesidades actuales. Con esta técnica es posible lograr una deshidratación parcial del alimento, entero o fraccionado, mediante su inmersión en soluciones acuosas concentradas en solutos (soluciones hipertónicas) que tienen elevada presión osmótica y baja actividad de agua. Durante este proceso se presentan dos flujos en contracorriente: el desplazamiento de agua desde el alimento hacia la solución concentrada, y el movimiento de solutos desde la solución al alimento. La deshidratación osmótica casi no afecta el color, sabor, aroma y textura del alimento, se evita la pérdida de la mayor parte de los nutrientes y no posee un gran requerimiento energético ya que se realiza a bajas temperaturas (en general cercanas a la del ambiente). 2. CONFITADO: Según, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LA SELVA (2009), menciona: Que el proceso de confitado es esencialmente una impregnación lenta de la fruta con azúcar hasta una solución de sólidos solubles (grados °BRIX), de modo de preservar contra cualquier alteración biológica por largos periodos de tiempo. El producto confitado debe verse por sí mismo siendo traslucido, hinchado, pastoso (cuerpo) con la consistencia uniforme y apropiada con una superficie seca y sin cuarteadura, con una coloración agradable y regular, un sabor dulce, sin ninguna sensación de que ha sido cocido: sin echarse a perder o con la presencia de sabores extraños, y buena conservabilidad bajo condiciones normales de ambiente. En la preparación de una fruta confitada son empleadas frutas frescas las cuales han sido tratadas y conservadas en sulfatos ya sea frutas en almíbar o frutas frescas que han sido congeladas. Para la transformación de fruta en confitado, varias soluciones de agua de azúcar llamada almíbares son

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Ingeniería en Industrias Alimentarias utilizados, el azúcar utilizada usualmente es sacarosa y azúcar invertida y varios almíbares de glucosa. La transferencia de humedad de la fruta con la substitución de uno de los almibares a alto nivel de concentración del azúcar toma el lugar por osmosis. La velocidad de la transferencia y la concentración final del azúcar incorporada, está influenciada por lo siguiente:    

Madurez de la fruta Dimensiones de la fruta Concentración del azúcar del almíbar. Temperatura a la cual el proceso ocurre

La cantidad de azúcar transferida a la fruta es particularmente importante en conexión con una buena vida de anaquel del producto mismo. El producto confitado tiene un porcentaje de azúcar el cual no debe ser menor a 66% ya que puede estar sujeto a fermentación durante la conservación general, el fruto inmaduro absorbe significativamente menos azúcar que los frutos totalmente maduros Varios. Estudios y experiencias han mostrado que para tener un buen producto confitado, la proporción final de azúcar reducida y azucares no reducidas deben ser aproximadamente 1 a 1, en otras palabras, el 50% del total del azúcar será reducida a líquido, si nos movemos más allá de este valor el producto puede aparecer menos pastoso, más granulento y opaco (demasiada sacarosa) o fibroso, pegajoso y sudoroso (demasiada azúcar invertida o glucosa) Como se mencionó previamente el proceso de confitado está ligado a un intercambio osmótico en el cual la pulpa esta enriquecida gradualmente con azúcar mientras el almíbar en el proceso de absorción del agua de la fruta se diluye, este proceso, si no se interrumpe o modifica continuara hasta el punto donde se tenga la misma presión osmótica 3. FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA VELOCIDAD DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA: Según, PARZANESE (2008), menciona: 3.1 Temperatura de la solución osmótica La temperatura produce cambios en el proceso de DO debido a los efectos que tiene sobre la difusión de agua del producto hacia la solución y sobre la permeabilidad de las membranas celulares. Respecto a la velocidad de pérdida de agua el aumento de temperatura favorece la agitación molecular lo cual eleva la velocidad de difusión. En cuanto a la permeabilidad de las membranas, un aumento de temperatura puede afectarla perjudicando el proceso. Para la mayoría de las especies vegetales el rango de temperatura

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Ingeniería en Industrias Alimentarias al cual las membranas de las células se modifican es entre los 50° C y 55° C aproximadamente. 3.2 Presión de operación Cuando se lleva a cabo la Deshidratación Osmótica a Vacío (DOV) se favorece el proceso de transferencia de agua ya que permite retirar los gases ocluidos en espacios intracelulares y ser ocupados por la solución osmótica, incrementando el área disponible para la transferencia de masa. 3.3 Agitación de la solución osmótica Una mejora del proceso de DO puede lograrse mediante la agitación de la solución ya que permite homogeneizar la temperatura y la concentración de soluto. Como consecuencia aumenta la velocidad de deshidratación ya que constantemente la fruta está en contacto con una solución de alta concentración y de temperatura uniforme. 3.4 Concentración de la solución osmótica Cuanto mayor sea la concentración de soluto de la solución osmótica mayor será la diferencia de presión osmótica entre ésta y el producto, lo cual aumentará 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 dificultaría la pérdida de agua. 3.5 Tipo de soluto La elección del soluto depende del tipo de producto a tratar, del costo del soluto y la calidad final deseada. Como ya se mencionó el soluto más difundido para la deshidratación osmótica de frutas es la sacarosa, aunque en muchos casos se utiliza mezclas de sacarosa con mínimas proporciones de cloruro de sodio (sal). La aplicación de esta mezcla presenta ventajas respecto a la utilización de cada uno por separado, ya que la deshidratación es mayor y la penetración de solutos es menor. Esto se debe a que la sacarosa forma una barrera sobre la superficie de la fruta que evita la penetración de la sal, pero a su vez la presencia de sal en la solución mantiene una baja actividad de agua lo cual produce una continua pérdida de agua y una baja ganancia de solutos. 3.6 Propiedades del soluto

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Ingeniería en Industrias Alimentarias Las propiedades fisicoquímicas 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 pérdida de agua, mientras que si se eligen solutos cuyo peso molecular es bajo la impregnación de soluto al alimento será mayor ya que las moléculas de éste pueden pasar más fácilmente hacia el interior del tejido celular. 3.7 Geometría y tamaño del producto Dependiendo del tipo de geometría y tamaño que presente el producto variará la superficie por unidad de volumen expuesta a la acción de la solución osmótica. Diferentes estudios demostraron que si se tienen productos de menor tamaño (la superficie por unidad de volumen aumenta) se eleva la pérdida de agua, por el contrario si se tienen trozos de fruta, u otro alimento, de tamaño superiores (la superficie por unidad de volumen disminuye) la pérdida de agua es menor. 3.8 Relación masa de solución / masa de producto Cuanto mayor sea la relación masa de solución sobre la masa de producto a tratar (es decir cuanto mayor sea la cantidad de jarabe respecto a la cantidad de fruta) mayor será la pérdida de agua y la ganancia de solutos. 4. TRANSFERENCIA DE MASA Según, GENINA (2002), menciona: Si la membrana celular fuera perfectamente semipermeable, los solutos no podrían difundir hacia el interior de las células. No obstante los alimentos no poseen este tipo de membrana, por lo cual puede existir difusión del soluto al alimento y de sus componentes hacia la solución. En consecuencia se producen dos fenómenos de transferencia de masa: 4.1 Difusión de agua desde el alimento a la solución cuya fuerza impulsora es la diferencia de presión osmótica. Es posible que ocurra arrastre de algunos solutos disueltos en el interior del producto, sin embargo este flujo de componentes suele ser despreciable respecto al de salida de agua y al de entrada de soluto al alimento. 4.2 Difusión de solutos desde la solución hacia el alimento, denominado impregnación, donde la fuerza impulsora es la diferencia de concentraciones.

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DIAGRAMA N° 1: Fenómenos de transferencia de masa

5. USOS Y VENTAJAS DE ALGUNOS SOLUTOS OSMOTICOS CUADRO 1: Usos y ventajas de algunos solutos osmótico. (TEPPER,1996):

6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO Según, TEPPER (1996), menciona:  Costos energéticos reducidos debido a la aplicación de temperaturas relativamente bajas.  No se producen cambios de fase del agua contenida en el alimento durante el proceso.

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Ingeniería en Industrias Alimentarias  El color, aroma, sabor y textura del alimento se modifican mínimamente.  Permite el procesamiento de pequeños volúmenes de producto.  En la mayoría de los casos no se requiere de tratamientos químicos previos.  Aumenta la vida útil del alimento ya que disminuye su actividad de agua, inhibiendo el crecimiento de los microorganismos.  Al reducir el contenido de agua disminuye el peso del producto, lo cual reduce los costos de empaque y transporte.  Luego de finalizada la operación, se puede utilizar la solución osmótica como materia prima en la formulación de otros productos.  La textura final mejora considerablemente ya que las células no colapsan al perder agua y, además, la incorporación de solutos tiene un efecto protector sobre la estructura celular, haciendo al alimento más resistente a tratamientos posteriores .  Al aplicar temperaturas moderadas durante el proceso, el daño que se produce sobre el sabor y el color es mínimo y hay una mayor retención de compuestos volátiles.  Se demostró que a medida que aumenta la concentración de NaCl en el alimento, disminuye la actividad de la polifenoloxidasa. Lo mismo ocurre con diferentes azúcares cuando las concentraciones son superiores a 0,5 M, siendo la sacarosa y la fructosa más efectivas que la glucosa.  La aplicación de esta técnica permitiría a los productores ofrecer la fruta para su procesamiento inmediato, o bien mantenerla durante varios meses como producto de humedad intermedia para su posterior industrialización cuando las condiciones de mercado lo aconsejen  Es importante destacar que una DO no genera productos estables en el tiempo, por lo que preferentemente se debe usar como un pre tratamiento de otros procesos como secado, congelado, pasteurizado, enlatado y otros. Otra alternativa es combinar diferentes factores limitantes para el desarrollo microbiano o deterioro enzimático con una disminución de la actividad de agua (producida por una deshidratación osmótica). Estos factores serían pH, temperatura de almacenamiento, preservantes químicos, envasado al vacío, entre otros.  La cantidad de solución osmótica diluida que queda en un proceso a gran escala, constituye una gran limitante ya que para que este proceso llegue a ser factible económicamente, la solución debería ser reconcentrada y reusada. El uso de evaporadores en serie para la reconcentración es un factor clave para que la remoción de agua por este sistema sea energéticamente eficiente.

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 7. DIFUSIVIDADES DE DITINTOS ALIMENTOS CUADRO 2: Se observa las difusividades (almíbar agua) de la piña, papaya y nabo MUESTRAS

DIFUSIVIDAD

PIÑA

9.23 X10-6 cm2/s

PAPAYA

3.8114x10-6 cm2/s

NABO

4.04x10-6 cm2 /s

A.B (ALMIBAR-AGUA)

FUENTE: Ruiz (2007)

8. ESTUDIOS EN PAPAYA MINIMAMENTE PROCESADA POR DESHIDRATACION OSMOTICA. SEGÚN, CEBALLOS (2005) MENCIONA:  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, y para las muestras tratadas sin calcio, ya que este elemento parece interaccionar con las paredes celulares y lámina media, disminuyendo la velocidad de transporte de agua transmembrana.  Los valores más altos de impregnación de disolución osmótica en las muestras de papaya, se registraron al trabajar con la disolución de 45 ºBrix, lo cual puede ser debido a que en dicha disolución se produce una relación óptima de viscosidad-concentración, y por tanto la pérdida de carga durante la entrada hidrodinámica es menor, alcanzándose niveles de penetración de líquidos superiores.  Los mayores rendimientos del proceso (menor pérdida de peso de las muestras para un nivel de concentración dado) se obtienen para los tratamientos con calcio, donde se observa una mayor limitación en la velocidad de transporte de agua, una mayor efectividad de la impregnación por vacío y un incremento en la velocidad de transporte de solutos  Los valores de los coeficientes de difusión efectivos cambian ligeramente por efecto del tipo de tratamiento y/o de la concentración de la disolución osmótica empleada en el proceso de deshidratación. Se observa un ligero aumento en los valores al disminuir la concentración

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Ingeniería en Industrias Alimentarias de la disolución, lo cual puede atribuirse a la menor viscosidad de la disolución y al aplicar el pulso de vacío para los tratamientos en presencia de calcio. Desde este punto de vista, los tratamientos más recomendables serían con la disolución de 45 ºBrix, aplicando un pulso de vacío y adicionando calcio. 9. FENÓMENOS FÍSICOS EN EL CONFITADO: OSMOSIS Y ABSORCIÓN SEGÚN, ARIAS (2008) MENCIONA: La osmosis y la absorción son procesos que ocurren indistintamente a diferentes velocidades. Durante la cocción de la fruta en el almíbar, se produce la difusión del jugo celular a la solución de almíbar y el azúcar de este, penetra en el interior de la fruta. Si bien el jugo celular sale a mayor velocidad quedando los frutos arrugados, la impregnación de azúcar es mucho más lenta, razón por la que es necesario dejar la fruta inmersa en el jarabe por un tiempo necesario que permita llegar al equilibrio. Por esa razón, el confitado debe ser gradual ya que al colocar la fruta directamente es un jarabe concentrado, esta se encoge y el azúcar se acumula en el exterior de la fruta no entra en el interior. El equilibrio final es alcanzado por un proceso de absorción, en el cual el jugo se comprime originando una succión, finalmente se produce una deshidratación parcial por osmosis l cual se reduce en una reducción del peso de la fruta 10. PRIMERA LEY DE FICK SEGÚN, ACOSTA (2013) MENCIONA: En la ingeniería de alimentos para modelizar el confitado de un la fruta se utiliza la primera ley de fick en cual está representada por la siguiente formula(1):

NA 

DAB . A.%W .C prom .( X A1  X A2 ) Z . X MB

.............. 1

Donde: NA=Flujo molar de difusión del almíbar a través de las membranas celulares de la papaya DAB=Difusividad o coeficiente de difusión, cm2/s

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Ingeniería en Industrias Alimentarias A=área de los cubos de papaya, cm2 Z=Distancia de difusión(medida en dirección normal del movimiento) cm XA, XB=fracción oar de los componentes A y B XMB=fracción molar media logarítmica del componente B X  X B1 X MB  B 2 X Ln( B 2 ) X B1 ƿ/M=número de medio en un determinado volumen, mol/cm3

Para la difusividad existen varios métodos matemáticos siendo el método mas adecuado la ecuación de Scheibel (2)

DAB

2  3   V  1  3. B   V T   8, 2 x108. .   1A  B  (VA ) 3   

    .............  2     

Donde: DAB= difusividad masica desde A hacia B T=temperatura (k) µB=viscosidad del componente B VA, VB=volumen molar de los componentes Ay B, cm3/mol

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Ingeniería en Industrias Alimentarias III.

MATERIALES Y METODOS 3.1. Lugar de ejecución 

La práctica se llevó a cabo en el laboratorio de ingeniería de la Facultad de Ingeniería en Industrial Alimentarias

3.2. Muestras 

Se trabajó con la muestra de papaya carnosa en un estado intermedio entre verde y pintón.

3.3 Materiales      

Cocina Ollas Tablas de picar Tinas y baldes Cuchillos Coladores

3.4 Equipos   

Refractómetro Balanza Termómetro

3.4 Reactivos       

Sal Azúcar Cloruro de calcio Bisulfito de sodio Ácido cítrico Bicarbonato de odio Colorante para fruta confitada

3.5 Métodos 3.5.1. Lavado y pelado 

Se lavó y pelo la fruta, se quitó las semillas y el tejido placentario, se lavó nuevamente.

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 

Se picó la fruta en cubos de 1cm x 1cm de lado aproximadamente.

FIGURA 2: pelado de la fruta FIGURA 1: pesado de la fruta

FIGURA 3: picado de la fruta

FIGURA 4: pesado de la fruta picada

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 3.5.2. Macerado: 

 

La pulpa picada se colocó dentro de un recipiente que contenía salmuera (1 litro por casa Kg de fruta picada). Se realizó la maceración por 48 horas. Después de los dos días de maceración se lavó la fruta con abundante agua corriente hasta desaparecer el sabor salado. Se escurrió la fruta y se colocó en un recipiente con agua cantidad suficiente que cubrió la fruta. Luego e hirvió por 3 minutos. Inmediatamente después de la cocción de la fruta de escurrió y se enfrió rápidamente para evitar que se deforme

FIGURA 5: pesado de sal, cloruro de calcio y bisulfito de sodio para preparar la salmuera, y se deja macerar por 48 horas

FIGURA 6: lavado de la fruta, para sacar el salado

FIGURA 7: hervido por 3 minutos FIGURA 8: enfriado rápido

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 3.5.3. Confitado Se sumergió la pulpa de fruta en jarabes concentrados cada vez mayores, con el fin de que el azúcar del medio ingrese en el interior de los tejidos Inmersión en jarabe de 30%. El jarabe de 30% se prepara utilizando 300g de azúcar más 700ml de agua (por cada Kg de fruta escurrida se emplea un litro de jarabe). El jarabe se calentó hasta ebullición, luego se agregó la fruta pre cocida y escurrida, se llevó a cocción por 5 minutos. Luego se colocó en los recipientes con tapa y se dejó reposar por espacio de 24 horas, para que la fruta pierda agua y el azúcar del jarabe penetre en la misma. Después de ese tiempo se escurrió la fruta, se midió la concentración del jarabe y del fruto.

FIGURA 9: pesado de fruta para el confitado

FIGURA 12: Cocinado de la papaya en el jarabe por 5 minutos

FIGURA 10: hervido de agua para el jarabe al 30%

FIGURA 11: preparado del jarabe a 30%, cuando ya se le agrego el azúcar necesario

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Ingeniería en Industrias Alimentarias Inmersión en jarabe al 40%. Al jarabe anterior, se le añade la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo una concentración de 40%. El jarabe se calentó hasta ebullición, inmediatamente después se colocó el producto con el jarabe y se llevó a cocción por 5minutos. Luego se colocó en los recipientes con tapa y se dejó reposar por espacio de 24 horas, para que la fruta pierda agua y el azúcar del jarabe penetre en la misma. Después de ese tiempo se escurrió la fruta, se midió la concentración del jarabe y del fruto.

FIGURA 13: Se mide los brix de la fruta y del jarabe, luego se pesa

FIGURA 14: se agrego la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo a concentración de 40%

FIGURA 15: Cocinado de la papaya en el jarabe a 40% por 5 minutos

Inmersión en jarabe al 50%. Al jarabe anterior, se le añade la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo una concentración de 40%. El jarabe se calentó hasta ebullición, se agregó ácido cítrico (3g por 10L), se hierve por 5 minutos. Luego se retiró el recipiente del fuego y se añade bicarbonato de sodio igualmente en una proporción 3g por 10 L de jarabe Inmediatamente después se coloca el producto con el jarabe y se añade el colorante elegido, se agita suavemente hasta disolver completamente en el jarabe y se deja reposar por 24 horas. El colorante se usa en una proporción de 1g por 10 L de jarabe.

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FIGURA 16: Se mide los brix de la fruta y del jarabe anterior

FIGURA 17: Se pesa la fruta y el jarabe

FIGURA 18: Se mide el volumen del jarabe FIGURA 20: Se midió el ácido cítrico, y se hizo hervir por 5 minutos con el jarabe

FIGURA 19: se agregó la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo a concentración de 50%

FIGURA 21: Se le agrega el bicarbonato de sodio, el colorante y se deja reposar por 24 horas

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Ingeniería en Industrias Alimentarias Inmersión en jarabe al 60%. Al jarabe anterior, se le añade la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo una concentración de 60%. El jarabe se calentó hasta ebullición, se agregó ácido cítrico (3g por 10L), se hierve por 5 minutos. Luego se retiró el recipiente del fuego y se añade bicarbonato de sodio igualmente en una proporción 3g por 10 L de jarabe Inmediatamente después se coloca el producto con el jarabe y se añade el colorante elegido, se agita suavemente hasta disolver completamente en el jarabe y se deja reposar por 24 horas. El colorante se usa en una proporción de 1g por 10 L de jarabe.

FIGURA 22: Se mide los brix de la fruta y del jarabe

anterior

FIGURA 26: Se midió el ácido cítrico, y se hizo hervir por 5 minutos con el jarabe

FIGURA 23: Se pesa la fruta y el jarabe

FIGURA 25: se agregó la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo a concentración de 50%

FIGURA 27: Se le agrega el bicarbonato de sodio, el colorante y se deja reposar por 24 horas

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FIGURA 24: Se mide el volumen del jarabe

Ingeniería en Industrias Alimentarias Inmersión en jarabe al 70%. Al jarabe anterior, se le añade la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo una concentración de 70%. El jarabe se calentó hasta ebullición, se agregó ácido cítrico (2,5g por 10L), se hierve por 5 minutos. Luego se retiró el recipiente del fuego y se añade bicarbonato de sodio igualmente en una proporción 2,5g por 10 L de jarabe Inmediatamente después se coloca el producto con el jarabe y se añade el colorante elegido, se agita suavemente hasta disolver completamente en el jarabe y se deja reposar por 24 horas. El colorante se usa en una proporción de 1g por 10 L de jarabe. Inmersión en jarabe al 75%. Al jarabe anterior, se le añade la cantidad necesaria de azúcar para llevarlo una concentración de 75%. El jarabe se calentó hasta ebullición, se agregó ácido cítrico (2g por 10L), se hierve por 5 minutos. Luego se retiró el recipiente del fuego y se añade bicarbonato de sodio igualmente en una proporción 2g por 10 L de jarabe Inmediatamente después se coloca el producto con el jarabe y se añade el colorante elegido, se agita suavemente hasta disolver completamente en el jarabe y se deja reposar por 24 horas. El colorante se usa en una proporción de 1g por 10 L de jarabe.

FIGURA 28: Se escure la fruta del jarabe FIGURA 29: Se pesa la fruta confitada

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 3.5.4. Secado   

Después del último reposo, se escurrió la fruta Se enjuago con agua caliente a 60°C. Para eliminar la miel de la superficie de la fruta. Luego se escurrió el producto. Se secó en una cámara de secado a 40°C por 24 horas

FIGURA 30: Se puso la fruta ya enjuagada sobre la bandeja

FIGURA 31: Se puso la fruta en el secador

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Ingeniería en Industrias Alimentarias IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1. DIFUSIVIDAD EXPERIMENTAL CON LA ECUACIÓN DE SCHEIBEL CUADRO 3: se observa las variaciones de grados brix del jarabe y de la fruta (inicial y final) y el %W en el proceso del confitado Inicio Dias

Brix Jarabe 30 40 50 60 70 75

Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6

final Brix Fruta 6 19 26,5 34 53 58,5

Peso inicial 1000 939 989,10 1041 1084,56 1121,88

Brix Jarabe 19,5 31,5 44 57 64,5 70

Brix Fruta 19 26,5 34 53 58,5 62

Peso final 939 989,10 1041 1084,56 1121,88 1154,00

%W 0,94 1,053 1,052 1,042 1,034 1,029

CUADRO 4: Se observa la difusividad hallada con la ecuación de scheibel en el confitado de papaya. Temperatura (°C)

Temperatura (K)

µagua (cp)

17

290

1,098

4.2.

Volumen atómico del agua (VB) 14,8

Volumen atómico del agua (VA) 355,2

Difusividad DAB (cm2/s) 3,823x10-6

VELOCIDAD DE DIFUSION DEL ALMIBAR

CUADRO 5: Se observa la velocidad de difusión del almíbar a través de las membranas de la papaya por día

 Brix final

Día °BRIX inicial

°BRIX  Brix inicial final (g/cm3)

(g/cm )

1 2

30 40

19,5 31,5

1,1296 1.1794

3 4

50 60

44 57

1,2327 1,2898

%W

Z (cm)

T (K)

A (cm2)

DAB (cm2/s)

1,081 1,1369

0.94 1,053

1.3 1.3

290 290

1,69 1,69

3,823x10-6 1,839 x 10-9 3,823 x10-6 1,99 x 10-9

1,2003 1,2723

1,052 1.042

1.3 1.3

290 290

1,69 1,69

3,823 x10-6 1,694 x 10-9 3,823 x10-6 1,109 x 10-9

3

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NA (mol/s)

Ingeniería en Industrias Alimentarias 5 6

70 75

64,5 70

4.3.

1,3509 1,3823

1,3168 1,3509

1,034 1,029

1.3 1.3

290 290

1,69 1,69

3,823 x10-6 2,501 x 10-9 3,823 x10-6 2,56 x 10-9

BALANCE DE MATERIA

CUADRO 6: Balance de materia del confitado de papaya. PROCESO Recepción m. p. Lavado I Pesado I Pelado Picado Pesado II Macerado Escurrido I Lavado II Cocido Escurrido II Enfriado Confitado a °BRIX Confitado a °BRIX Confitado a °BRIX Confitado a °BRIX Confitado a °BRIX Confitado a °BRIX Escurrido Pesado III Lavado III Pesado IV Secado Envasado Almacenado TOTAL

INGRESA (g) de

SALE (g)

2100

CONTINUA (g) RENDIENTO (%) 2100 100

30

897,22

2100 2100 1650 1000 1000 2175 897,22 897,22 897,22 897,22 897,22 1794,44

40

232,127

2026,567

96,50

50

264,44

2291,007

109,10

60

282,982

2573,989

122,57

70

340,687

2914,676

138,79

75

415,12

3329,796

158,56

450 650 1175 1277,78

2175,795 165,14 77,78

5707,576

1154,00 1154,00 988,86 988,86 911,08 911,08 911,08 4796,496

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100 100 78,57 47,62 47,62 103,57 42,72 42,72 42,72 42,72 42,72 85,45

54,95 54,95 47,09 47,09 43,38 43,38 43,38 911,08

Ingeniería en Industrias Alimentarias 4.3.1. Diagrama de flujo de la preparación de confitado de papaya RECEPCION DE MATERIA PRIMA 2100g

LAVADO 1 2100g

PESADO 1 2100g

PELADO 450g 1650g

PICADO 650g 1000g

PESADO 2 Sal: 120 g Agua: 1000g bisulfio de sodio: 1175g 5g Cloruro de calcio: 50g

1000g t=48h

MACERADO 2175g

ESCURRIDO 1 1277g 897,22g

LAVADO 2 897,22g

COCIDO

t=3min 897,22g

1

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 1

897,22g

ESCURRIDO 2 897,22g

ENFRIADO Agua: 628,059g

897,22g 897,22g t=24h

CONFITADO A 30%

Azúcar :269,166g

1794g Azúcar :232,127 232,127g colorante: 0,07g bicarbonato de sodio:0,22g ac.citrico:0,22g azucar:263,93 colorante: 0,08g bicarbonato de sodio:0,19g ac.citrico:0,19g azucar:282,522g colorante: 0,08g bicarbonato de sodio:0,19g ac.citrico:0,19g azucar:282,522 colorante: 0,08g bicarbonato de sodio:0,16g ac.citrico:0,16g azucar:414,72

CONFITADO A 40%

t=24h

2026,567g

264,44g

CONFITADO A 50%

t=24h

22911,007g

CONFITADO A 60%

t=24h

282,982g 2573,989g

CONFITADO A 70% 340,687g

t=24h

2914,676g

CONFITADO A 75%

t=24h

415,12g 3329,796g

ESCURRIDO 2175,796g 1154,00

PESADO 3 1154,00 2

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Ingeniería en Industrias Alimentarias 2

1154,0g

LAVADO 3 165,14g 988,86g

PESADO 4 988,86g

SECADO 77,78g 911,08g

ENVASADO

DISCUSIONES Según, PARZANESE (2008), menciona que el tipo de geometría y tamaño que presenta el producto es fundamental, ya que si la superficie es menor se eleva la pérdida de agua y por el contrario si la superficie es mayor la pérdida de agua es menor, lo cual afecta a la velocidad de deshidratación osmótica. Se prepararon soluciones osmóticas de sacarosa a diferentes concentraciones (40, 50, 60, 70 y 75%), las que fueron controladas usando un refractómetro. Las temperaturas de trabajo fue constante (17°C). Los trozos de papaya fueron sumergidos a las distintas concentraciones, después de ser macerado lo cual permite dar consistencia a los tejidos de la fruta y facilita la penetración del azúcar durante el confitado. Según PARZANESE (2008) La deshidratación osmótica casi no afecta el color, sabor, aroma y textura del alimento. En la práctica se utilizó un colorante no adecuado, lo cual la fruta no absorbió por completo, se puede decir que el colorante no era necesario, ya que es más utilizado en otro tipo de materia prima como el nabo, cascara de sandía, etc. En el caso de la papaya se tenía ya el color anaranjado intenso, El colorante es generalmente utilizado para tener una mejor presentación del producto, Según GENINA (2002), menciona que por lo general los alimentos no poseen una membrana semipermeable perfecta por lo cual puede existir

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Ingeniería en Industrias Alimentarias difusión del soluto al alimento y de sus componentes hacia la solución, por lo cual se producen dos fenómenos de transferencia de masa: Difusión de agua desde el alimento a la solución cuya fuerza impulsora es la diferencia de presión osmótica y Difusión de solutos desde la solución hacia el alimento, denominado impregnación, donde la fuerza impulsora es la diferencia de concentraciones, lo cual se pudo observar las dos difusiones en la práctica de confitado de papaya. Según RUIZ (2007), la difusividad del almíbar en agua contenida en la estructura celular de la piña (9.23 X10-6 cm2/s) es mayor que la difusividad del almíbar en agua contenida en la estructura celular del nabo (4.04x10 -6 cm2 /s) y de la papaya (3.8114x10-6 cm2/s). Como se puede observar de los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio la difusividad obtenida en la papaya fue de 3.823x10-6 cm2/s, siendo este valor próximo al mencionado por el autor en esta misma fruta. SEGÚN, CEBALLOS (2005): La difusión de la papaya confitada al inicio su difusividad era 1,839 x 10-9 luego al día siguiente aumento a 1,99 x 10-9 pasado dos días la difusividad comenzó a disminuir pero en el quinto y sexto día como se observa la difusividad de la papaya confitada tiende a ascender nuevamente. La pérdida de peso y agua durante la cinética de deshidratación osmótica de papaya, es más rápida al trabajar con disoluciones osmóticas concentradas. Los valores más altos de impregnación de disolución osmótica en las muestras de papaya, se registraron al trabajar con la disolución de 75 ºBrix, lo cual puede ser debido a que en dicha disolución se produce una relación óptima de viscosidad-concentración, y por tanto la pérdida de carga durante la entrada hidrodinámica es menor, alcanzándose niveles de penetración de líquidos superiores. Los valores de los coeficientes de difusión efectivos cambian ligeramente por efecto del tipo de tratamiento y/o de la concentración de la disolución osmótica empleada en el proceso de deshidratación. Comparando con el autor se observa un ligero aumento en los valores al disminuir la concentración de la disolución, lo cual no ocurre con nuestra experiencia esto ocurrió debido a que quizá el ambiente no fue el adecuado y también no se trabajó siguiendo al pie de la letra por cuestión de reducir tiempo

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Ingeniería en Industrias Alimentarias V.

CONCLUSIONES

 La velocidad de difusión (NA) del almíbar a través de la membrana celular de la papaya en el proceso de confitado- método lento es el siguiente:      

1er dia: 1,839 x 10-9 mol/s a 30 Brix 2do dia: 1,99 x 10-9 mol/s a 40 Brix 3er dia :1,694 x 10-9 mol/s a 50 Brix 4to dia: 1,109 x 10-9 mol/s a 60 Brix 5to dia: 2,501 x 10-9 mol/s a 70 Brix 6to dia:2,501 x 10-9 mol/s a 75 Brix

 La difusividad del almíbar (A) en agua (B) contenida en la estructura celular es de 3,823x10-6 cm2/s

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Ingeniería en Industrias Alimentarias VI.

BIBLIOGRAFIA:

1. ACOSTA, L,E.(2013).MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE INGENIERIA DE ALIMENTOS II. FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. Universidad Nacional Del Centro Del Peru (Huancayo) 2. ARIAS,C.J.(2008).APROVECHAMIENTO AGROINDUSTRIAL DE LA UVILLA (PHYSALIS PERUVIANA L.) PARA LA OBTENCIÓN DE PRODUCTOS CRISTALIZADOS Y CHIPS. Facultad de ingeniería Química y Agroindustria. (Ecuador).Disponible en: http://books.google.com.pe/books?id=1pQzAQAAMAAJ&pg=PA22&lpg=PA 22&dq=velocidad+de+difusion+de+almibar+en+el+confitado&source=bl&ots =avrzXvlnWT&sig=rzJnx1UQv2BCNkLYW3Os2PPCLpU&hl=es&sa=X&ei=B 7KBUea9JrGj4AP8lIC4Aw&ved=0CDAQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false

3. CEBALLOS,C.G.(2005). Estudios en papaya minimamente procesada por deshidratacion osmotica. Universidad Politecnica De Valencia. Departamento De Tecnología De Alimentos Valencia. (Valencia). Disponible en: http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/1885/tesisUPV2366.pdf 4. CHRISTIE. J. GEANKOPLIS, Proceso de Transporte y Operaciones Unitarias, University of Minnesota, COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V. MÉXICO, TERCERA EDICIÓN MÉXICO, 1998

5. DENSIDAD DEL JARABE EN GRADOS BAUME. Disponible en: http://boddbo.blogspot.com/2012/02/densidad-del-jarabe-en-gradosbaume.html

6. GENINA, S.P. (2002). “Deshidratación osmótica: alternativa para conservación de frutas tropicales”. Departamento de Biotecnología y Bioingeniería del Cinvestav. Disponible en: http://oswaldoparra.files.wordpress.com/2008/10/12-deshidratacion2.pdf 7. PARZANESE, M. (2008).” DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA”. Tecnologías para la Industria Alimentaria. Disponible en:

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Ingeniería en Industrias Alimentarias http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/tecnologia/ficha_ 06_osmotica.pdf 8. RUIZ R. Y COL. (2007). “DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA PARA LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE PIÑA UTILIZANDO PELLETS EN FORMA DE CUBOS MEDIANTE MÉTODOS NÚMERICOS”. Universidad Nacional de Colombia. Disponible en: http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r67037.PDF

9. TEPPER, M.P. (1996). “TRANSFERENCIA DE MASA DURANTE LA DESHIDRATACION OSMÓTICA DE PALTA cv FUERTE”. UNIVERSIDAD DE CHILE. Disponible en: http://www.avocadosource.com/papers/Chile_Papers_A-Z/S-TU/TepperPaola1996.pdf

10. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LA SELVA. (2009). “CONFITADO DE FRESA”. OCOSINGO. CHIAPAS. Disponible en: http://www.utselva.edu.mx/pai/8/5/16.3%20CONFITADO%20DE%20FRESA .PDF

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Ingeniería en Industrias Alimentarias CUESTIONARIO: 1. Explique las formas de obtener el azúcar invertido Se obtiene a partir de la hidrólisis del azúcar común (sacarosa). Esta hidrólisis puede llevarse a cabo mediante tres métodos: a. Por enzima invertasa: La hidrólisis de la sacarosa en glucosa y fructosa (azúcar invertido) puede ser realizada por dos enzimas: la betafructosidasa, que actúa sobre el extremo fructosa de la molécula de sacarosa, y la alfa-glucosidasa, que la ataca por el extremo de la glucosa. Actualmente, se entiende generalmente por "invertasa" la beta-fructosidasa, que es producida por levaduras (Sacaromyces cerevisiae, Candida), mientras que la alfa-glucosidasa constituye preferentemente las invertasas intestinales y de hongos (Aspergillus oryzae). La actividad enzimática de la invertasa depende del pH, siendo su óptimo de 4,5 a 5,0, y de la temperatura que puede variar de 25° a 55°C; no debe agregarse a productos con más de 65°C ni a aquellos con más de 20% de alcohol (bombones con relleno), pues la enzima es inactivada. Como la invertasa produce una hidrólisis, exige la presencia de agua (por lo menos 5% del peso del azúcar). De un preparado líquido de invertasa se agregan normalmente 100-125 ml para 100 kg de masa; dicha cantidad puede aumentarse si no se puede llevar al pH óptimo mediante la adición de ácido cítrico, por razones de sabor. Otra aplicación importante de la invertasa está en la elaboración de azúcar invertido a partir de sacarosa por vía enzimática, la cual aventaja a la hidrólisis ácida, por ser más fácil de controlar. Además, el jarabe resulta de mayor concentración, presenta mejores caracteres de color y sabor y no contiene indicios de productos secundarios como el furfural. Una vez elaborado el jarabe por inversión enzimática, se calienta a 80°C para inactivar la enzima, teniendo aplicación en diferentes productos azucarados y licores. b. Por acción de un ácido a temperatura elevada (esto sucede espontáneamente durante el almacenamiento de jugos de fruta). c. Pasando la solución por resinas sulfónicas: Estas resinas están disponibles con tres diferentes cantidades de entrecruzamiento en la columna vertebral de poliestireno. Cuanto mayor sea el

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Ingeniería en Industrias Alimentarias enlace y cruce mayor será la capacidad de la resina. Para el intercambio de iones inorgánicos el tamaño del poro suele ser de poco interés. Para las proteínas globulares la exclusión de los límites aproximados son 3000 daltons en el 2%, 1500 daltons el 4% y 1000 daltons en un 8% entrecruzamiento. Purificación del agua (por ejemplo: industria de la cerveza), desmineralizar líquidos azucarados y jarabes, controlar la acidez, el olor, el sabor y contenido en sal del alimento. También se emplean para aislar o purificar aditivos o componentes de alimentos. Para ejemplificar, tomemos el caso de hidrólisis por acción de un ácido. Se prepara un almíbar (jarabe de sacarosa) y se lo acidifica utilizando ácido cítrico. Como resultado de esto, se elimina un puente de oxígeno, transformando la solución acuosa de sacarosa en una solución acuosa de glucosa + fructosa. Cuando la solución reduce su temperatura a 80 °C se puede neutralizar el pH con bicarbonato de sodio, hecho que genera una efervescencia, aunque esto no es obligatorio.

2. Describir el proceso de elaboración de la fruta confitada por el método rápido. a. Preparamos la solución osmótica de sacarosa (jarabe invertido) una concentración de 60 ºBrix (mezclar azúcar , agua, ácido cítrico y bicarbonato de sodio ). b. Caracterizar fisicoquímicamente la papaya: sólidos solubles (ºBrix), pH, acidez y humedad. c. La fruta seleccionada para el proceso osmótico se acondiciona (lavada, seleccionada, pelada, cortada en cubos de lados uniformes), luego se sumerge estos cubos en la solución osmótica a 20ºC durante 12 horas. Relación fruta/jarabe = 1:4 d. La concentración en sólidos solubles (ªBrix del fruto y del jarabe) del fruto y del jarabe, se mide cada hora. Llevándose el registro de estos datos para poder determinar los resultados. e. El proceso de deshidratación osmótica termina con un drenado del jarabe, luego se seca la muestra con aire caliente a 60ºC por dos horas (se mide la concentración en sólidos solubles, humedad y peso final), se enfria y se envasa.

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Ingeniería en Industrias Alimentarias CALCULOS  Hallando la difusividad con la ecuación de Scheibel: Se toma los datos de la tabla 1:

VA  volumen del almibar C12 H 22O11  H 2O  C6 H12O6  C6 H12O6 C  12 x14,8  177, 6 H  24 x3, 7  88,8 O  12 x7, 4  88,8 355, 2cm3 / mol VA  volumen del agua H  2 x3, 7  7, 4 O  1x7, 4  7, 4 14,8cm3 / mol Peso molecular : C  12 x12  144 H  24 x1  24 O  12 x16  192 360

DAB

DAB

DAB

2   3   V  1  3. B     V T   8, 2 x108. .   1A   B   (VA ) 3       2  3 14,8    1  3. 290   355, 2   8, 2 x108. . 1 1, 098  (355, 2) 3   6 2  3,823 x10 cm / s

      

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Ingeniería en Industrias Alimentarias  Hallando el flujo molar de difusión del almibar a través de las membranas celulares de la papaya (1ra ley de fick), se toma densidades de la tabla 2:

NA 

DAB . A.%W .C prom .( X A1  X A 2 ) Z . X MB

1 C prom  X MB

M1



2 M2

2 X  X B1  B2 X Ln( B 2 ) X B1

1   A . X A1   B . X B1 2   A . X A2   B . X B 2 M 1  M A . X A1  M B . X B1 M 2  M A . X A2  M B . X B 2

DIA 1: 1   A . X A1   B . X B1 30    360  1  1,1296.   0,9992.(0,979)  1, 002 30 70      360 18  19,5     360  2  1, 081.    0,9992.(0,988)  1, 000  19,5  80,5  18   360 M 1  360.(0, 021)  18.(0,979)  24,822 g / mol M 2  360.(0, 012)  18.(0,988)  22,104 g / mol 1, 002 1, 000  24,822 22,104 C prom   0, 043mol / cm3 2 0,988  0,979 X MB   0,983 0,988 Ln( ) 0,979 NA 

3,823 x106 x1, 69 x0,94 x0, 043 x(0, 021  0, 012)  1,839 x109 mol / s 1,3 x0,983

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Ingeniería en Industrias Alimentarias DIA 2 : 40    360  1  1,1794.    0,9992.(0,968)  0,998 40 60     360 18  31,5     360  2  1,1369.    0,9992.(0,978)  0,995  31,5  68,5  18   360 M 1  360.(0, 032)  18.(0,968)  28,944 g / mol M 2  360.(0, 022)  18.(0,978)  25,524 g / mol 0,998 0,995  28,944 25,524 C prom   0, 037 mol / cm3 2 0,978  0,968 X MB   0,973 0,978) Ln( ) 0,968 3,823 x106 x1, 69 x1, 053 x0, 037 x(0, 032  0, 022) NA   1,99 x109 mol / s 1,3 x0,973 DIA 3 : 50    360  3 1  1, 2327.    0,9992.(0,952)  1, 004 g / cm 50 50     360 18  44    360   2  1, 2003.   0,9992.(0,962)  0,999 g / cm3   44  56   360 18  M 1  360.(0, 048)  18.(0,952)  34, 416 g / mol M 2  360.(0, 038)  18.(0,962)  30,996 g / mol 1, 004 0,999  34, 416 30,996 C prom   0, 037 mol / cm3 2 0,962  0,952 X MB   0,957 0,962) Ln( ) 0,952 NA 

3,823 x106 x1, 69 x1, 052 x0, 031x(0, 048  0, 038)  1, 694 x109 mol / s 1,3 x0,957

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Ingeniería en Industrias Alimentarias DIA 4 : 60    360  1  1, 2898.   0,9992.(0,93)  1, 013 g / cm3   60  40   360 18  57    360  3  2  1, 2723.    0,9992.(0,938)  1, 009 g / cm 57 43     360 18  M 1  360.(0, 070)  18.(0,93)  41,94 g / mol M 2  360.(0, 062)  18.(0,938)  39, 204 g / mol 1, 013 1, 009  41,94 30,996 C prom   0, 025mol / cm3 2 0,938  0,93 X MB   0,934 0,938 Ln( ) 0,93 NA 

3,823 x106 x1, 69 x1, 042 x0, 025 x (0, 07  0, 062)  1,109 x109 mol / s 1,3 x0,934

DIA 5 : 70    360  3 1  1,3509.    0,9992.(0,896)  1, 029 g / cm 70 30     360 18  64,5     3 360  2  1,3168.    0,9992.(0,917)  1, 019 g / cm 64,5 35,5    18   360 M 1  360.(0,104)  18.(0,896)  53,568 g / mol M 2  360.(0, 083)  18.(0,917)  46,38 g / mol 1, 029 1, 019  53,568 46,38 C prom   0, 021mol / cm3 2 0,917  0,896 X MB   0,906 0,917 Ln( ) 0,896 NA 

3,823 x106 x1, 69 x1, 034 x0, 021x(0,104  0, 083)  2,501x109 mol / s 1,3 x0,906

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Ingeniería en Industrias Alimentarias DIA 6 : 75    360  1  1,3823.   0,9992.(0,87)  1, 043 g / cm3   75  25   360 18  70    360  3  2  1,3509.    0,9992.(0,896)  1, 029 g / cm 70 30     360 18  M 1  360.(0,130)  18.(0,87)  62, 46 g / mol M 2  360.(0,104)  18.(0,896)  58,568 g / mol 1, 043 1, 029  62, 46 58,568 C prom   0, 017 mol / cm3 2 0,896  0,87 X MB   0,883 0,896 Ln( ) 0,87 NA 

3,823 x106 x1, 69 x1, 029 x0, 017 x(0,130  0,104)  2,56 x109 mol / s 1,3 x0,883

TABLA 1: Volumenes atómicos y molares en el punto de ebullición normal. (GEANKOPLIS,1998)

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Ingeniería en Industrias Alimentarias TABLA 2: Densidades a distintos grados brix. (5)

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