Deshidratación osmótica de prismas de camote, manzana y papa

Próspero Genina-Soto¹ y Silvia Beatriz Altamirano-Morales²

¹Ingeniero Químico, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Doctor en Ciencias, Centro de Investigación y Estudios Avanzados, Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV/IPN), México. Profesor, CINVESTAV/IPN, México. Dirección: Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV/IPN. Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508. Col. San Pedro Zacatenco. C.P. 07360. México, D. F. e-mail: prosgenina@yahoo.com

²Ingeniero Químico Bromatólogo, Universidad Autónoma de Chihuahua, México. Auxiliar de investigación, CINVESTAV/IPN, México.

Resumen

    Se determinaron las cinéticas de variación total de masas de prismas de sección cuadrada y tres diferentes espesores, de camote (Ipomea batatas) sometidos a procesos de deshidratación osmótica usando soluciones de sacarosa en agua a dos diferentes concentraciones y dos temperaturas. Con fines comparativos se sometieron a deshidratación osmótica prismas cuadrangulares de manzana y papa de un solo espesor.

Summary

    Total mass changes of osmosed sweet potatoes (Ipomea batatas) prisms were obtained by osmotic dehydration processes. Square section prisms of three different thicknesses were subjected to osmotic dehydration using sucrose solutions of two different concentrations and two different temperatures. For comparison purposes, apple and potato prisms of only one thickness were subjected to the same processes.

Resumo

    Determinaram-se as cinéticas de variação total de massas de prismas de secção quadrada e três diferentes espessuras, de batata doce (Ipomea batatas) submetidos a processos de desidratação osmótica usando soluções de sacarose em água a duas diferentes concentrações e duas temperaturas. Com fins comparativos submeteu-se a desidratação osmótica, prismas quadrangulares de maça e batata de uma só espessura.

Palabras clave / Camote / Deshidratación Osmótica / Ipomea batatas /

Recibido: 22/10/2004. Modificado: 13/05/2005. Aceptado: 19/05/2005.

Introducción

    La reducción del contenido de agua de los alimentos es uno de los métodos comúnmente empleados para su preservación. Las tecnologías más frecuentemente utilizadas están basadas en la evaporación del agua. La deshidratación osmótica (DO) ha cobrado gran interés, debido a las bajas temperaturas de operación, 20-50ºC (Ponting, 1973; Lenart y Flink, 1984), lo cual evita el daño de productos termolábiles, además de reducir los costos de energía para el proceso (Torreggiani, 1995).

    Durante la DO, la cual consiste en sumergir los alimentos en soluciones hipertónicas, se llevan a cabo dos efectos principales: flujo de agua desde el producto hacia la solución hipertónica y flujo de solutos hacia el interior del alimento. En algunos casos, se puede presentar la salida de solutos de bajo peso molecular. Este fenómeno, aunque es poco importante cuantitativamente, puede modificar algunas características del fruto tales como las propiedades organolépticas (Raoult-Wack, 1994).

    El efecto neto de los flujos de salida de agua y ganancia de sólidos ha sido estudiado, entre otros, por Raoult-Wack et al. (1991), quienes utilizaron cubos de gel de agar expuestos a diferentes condiciones de temperatura y concentración de la solución osmótica. Identificaron dos etapas en el proceso de DO: una que denominaron "deshidratación", durante la cual la pérdida de agua es mayor que la ganancia de sólidos, por lo que la masa total del sólido disminuye con el tiempo; y una segunda etapa que llamaron "impregnación", caracterizada por una ganancia de sólidos mayor que la pérdida de agua, en la que la masa total del sólido aumenta con el tiempo.

    El interés en estudiar las cinéticas globales de DO estriba en la posibilidad de obtener información respecto al efecto de las variables involucradas en el proceso de DO, tales como temperatura, concentración de la solución osmótica, tipo de soluto (sacarosa, sal, etc.), dimensiones del fruto y tiempo de exposición, principalmente. Con relación al efecto de la temperatura, se ha observado que un aumento en el valor de esta variable favorece la magnitud y la velocidad de transferencia de masa de solutos hacia el interior del fruto bajo estudio, es decir la impregnación (Lenart y Flink, 1984).

    Diferentes investigadores (Ponting et al., 1966; Farkas y Lazar, 1969; Lenart y Flink, 1984; Beristain et al., 1990; Ertekin y Cakaloz, 1996) encontraron que un incremento en la concentración de sacarosa, causa un aumento en la fuerza impulsora que favorece la pérdida de agua.

    En este trabajo se presentan las cinéticas globales de prismas cuadrangulares de camote o batata sometidos a DO con soluciones de dos concentraciones de sacarosa en agua y a temperaturas de 26 y 50°C, y se comparan con los efectos observados en prismas de manzana golden y papa blanca.

Materiales y métodos

    Los productos vegetales y el azúcar utilizados se obtuvieron en los mercados locales y las soluciones se prepararon con agua destilada.

    Se cortaron prismas de sección cuadrada de 35mm de lado de los materiales a tratar, con un cortador especial de acero y posteriormente se rebanaron en secciones de 4, 8 y 16mm de espesor para el camote amarillo o batata (Iponeas batatas) y de 4 mm para la manzana golden (Malus sylvestri L.) y la papa blanca (Solanum tuberosum). Las muestras a procesar, se colocaron en recipientes herméticos de plástico previamente tarados y se pesaron para determinar su masa antes de someterlas a ósmosis.

    Una vez pesados los materiales, se depositaron en un porta muestras y se sumergieron en las soluciones osmóticas a temperaturas conocidas para realizar el proceso. Después de exponer las muestras al proceso de DO, se extrajeron a tiempos predeterminados de las soluciones; la solución residual se eliminó con toallas de papel y se pesaron para determinar la masa que tenían después del proceso. (Azuara et al., 1998; Genina-Soto et al., 2001; Genina-Soto, 2002).

Tratamiento de datos experimentales

    La variación de masa total de los prismas se designó como masa reducida (MR), que se determinó como

    donde MO: masa de muestras deshidratadas por ósmosis y MI: masa inicial de las muestras.

Resultados y discusión

    Cinéticas globales para prismas cuadrangulares de camote

    Las cinéticas de DO de prismas cuadrangulares de camote se presentan en las Figuras 1 y 2. Las relaciones volumen/área para los diferentes espesores (indicados con símbolos diferentes) son 1,63mm para el espesor de 4mm; 2,71mm para el de 8mm; y 4,1mm para el de 16mm. La Figura 1 muestra los resultados obtenidos para una temperatura de 26ºC y concentraciones de 30:100 (a) y 70:100 (b), mientras que la Figura 2 muestra los obtenidos para las mismas concentraciones a 50ºC.

    Al determinar las cinéticas globales en los prismas cuadrangulares, se identificó un cambio de mecanismo, de deshidratación a impregnación, al exponer el sólido a 50ºC. Cuando se procesó a 26ºC se identificó claramente el proceso de deshidratación y en forma más lenta que para el caso anterior, el proceso de impregnación. La magnitud de este cambio de mecanismo se incrementó con la concentración y la temperatura y se presentó en todos los espesores de los prismas de camote estudiados. El aumento de relación V/A atenuó la presencia del cambio de mecanismo deshidratación-impregnación; así, por ejemplo, a 26ºC y la concentración de 70:100 la disminución en la masa total inicial de las rebanadas en el punto de inflexión o cambio de mecanismo fue de un 22% para el espesor de 4mm, de un 12% para el de 8mm y de un 8% para el de 16mm. A 50ºC y la misma concentración los valores de disminución de masa fueron respectivamente de: 34%, 31% y 19%. Cabe señalar que el cambio de mecanismo ocurre en casi todos los casos alrededor de las 4h de operación, por lo que la velocidad con que se produce el mecanismo de deshidratación es mayor a menores relaciones V/A.

    De acuerdo a la tendencia de las curvas, el aumento de concentración y temperatura favorece la pérdida de agua. Por ejemplo, para un espesor de 4mm, la máxima pérdida de agua a 50°C y concentración 30:100 fue de 12% respecto a la masa inicial. Al aumentar la concentración a 70:100 este porcentaje fue del 34%. Manteniendo la concentración constante en 70:100, un aumento de temperatura de 26 a 50°C, generó un aumento adicional de pérdida del 22%, es decir, pasó de una pérdida total del 12% a 34%. Una situación similar se presentó para el caso de mantener constante la concentración de la solución a 30:100 y aumentar la temperatura de 26 a 50°C.

    Dado que la salida del agua se realiza a través de la membrana, la única forma para alcanzar el equilibrio de las soluciones contenidas dentro de las células (citoplasma y vacuolas) es su movimiento hasta que la concentración de solutos dentro de las mismas sea igual a la de la solución osmótica. Por otra parte, la inclusión de solutos osmóticos es un proceso extracelular por lo que su transporte es difusivo y se realiza principalmente en los espacios intercelulares y en los espacios celulares que se generan por la disminución de volumen de las células al deshidratarse (Marcotte y Le Maguer, 1992).

    Finalmente, al analizar la tendencia de todas las curvas, se puede decir que las condiciones de operación del proceso de deshidratación osmótica determinan la posición de los puntos de inflexión, siendo éstos mayores a mayor concentración y temperatura de la solución.

Cinéticas globales de prismas cuadrangulares de otros materiales

    Para comparar el comportamiento de la manzana y la papa con el del camote, se realizó el proceso de DO bajo las mismas condiciones de concentraciones y temperaturas para prismas cuadrangulares de 35× 35×4mm de espesor (V/A= 1,63mm). Los resultados obtenidos se presentan en las Figuras 3 y 4, donde se puede apreciar que los prismas de manzana y papa siguen un comportamiento similar al del camote en lo relativo a las etapas de deshidratación e impregnación. Considerando estas similaridades se podría pensar que el fenómeno puede presentarse en frutos con concentraciones iniciales de agua y sólidos semejantes.

    Los cambios de mecanismos deshidratación-impregnación se presentaron antes con la papa (2-4h) que con la manzana y fueron más intensos. Por ejemplo, a 26ºC y concentraciones de 30:100 la masa inicial de la papa se redujo en un 28% en 1h, mientras que la de la manzana disminuyó en 2%. Para 50ºC e igual concentración, las disminuciones fueron de 28 y 6%, respectivamente. En ambos materiales se observa que, en general, los flujos de salida de agua y ganancia de sólidos tienden a igualarse a través del tiempo por lo que las gráficas tienden a hacerse asintóticas.

Conclusiones

    - Para reducir la impregnación y favorecer la deshidratación se debe operar a menores temperaturas.

    - El empleo de mayores concentraciones de soluciones osmóticas permite que los efectos de deshidratación e impregnación sean mas pronunciados.

    - De acuerdo con los resultados obtenidos, los procesos podrían controlarse también utilizando las relaciones volumen/área adecuadas para obtener los productos deseados y asegurar la homogeneidad de ellos así como los tiempos de operación requeridos.

REFERENCIAS

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