Volumen 1, n 1

Enero 2010

Boletn de Divulgacin Tecnolgica Agroindustrial

Deshidratacin Osmtica de AlimentosCarlos Alberto Suca ApazaDestacados: Mecanismo de deshidratacin y transferencia de masa en deshidratacin osmtica (DO). Factores que influyen en el proceso de DO. Procesamiento de mentos por DO. ali-

IntroduccinPor su posicin y configuracin, el espacio geogrfico del Per es una regin de mltiples matices climticos. Esta variedad de ecosistemasque dicho sea de paso, representa una ventaja comparativa para la agricultura y agroindustria peruanas en un contexto de economa globalizada permite cultivar, cosechar y suministrar productos en contraestacin, creando oportunidades de desarrollo de productos agropecuarios con fines de exportacin. Sin embargo, a pesar de contar con dicha ventaja, el bajo nivel de articulacin entre los factores productivos vinculados a la agroindustria hace que muchos de los productos se pierdan debido a la falta de soporte tecnolgico para su procesamiento y comercializacin. Es inconcebible, por ejemplo, que muchos productos naturales permanezcan inadvertidos en sus ambientes o, simplemente, olvidados por falta de una adecuada difusin de alternativas tecnolgicas viables. Por consiguiente, se hace necesario desarrollar tecnologa simple, de bajo costo, para preservar y dar valor agregado a la variedad de tales productos. Esto va a permitir al pas ingresar al competitivo y exigente mercado mundial de alimentos. Por otra parte, una de las principales

Guido Rene Suca Apaza

Tcnicas para mejorar la deshidratacin osmtica. Modelo cintico de Azuara y colaboradores.

Contenido:Introduccin smosis: el principio y conceptos relacionados Mecanismo de la deshidratacin osmtica Transferencia de masa en DO Cintica y modelos matemticos en DO Factores que influyen en la DO Tecnologa del procesamiento por DO Procesos postratamiento a la DO Tcnicas para mejorar la transferencia de masa Modelo cintico de Azuara y colaboradores Perspectivas futuras de la DO Conclusiones Crditos y agradecimientos Referencias bibliogrficas

1 2

4 5 6 8 11 16 17

19 21 22 23 23

causas de prdida y deterioro de productos es la cantidad de agua libre presente en los alimentos. A expensas de este elemento vital, muchos microorganismos proliferan, los enzimas catalizan reacciones de degradacin, acelerando el deterioro o podredumbre, causando prdidas econmicas cuantiosas a la industria de alimentos. La deshidratacin es una de las alternativas de solucin al problema del deterioro. As los productos secos ofrecen como ventaja la fcil manipulacin, transporte cmodo de volmenes reducidos de producto, abaratando los costos de transporte y almacenaje y haciendo ms fcil los procesamientos posteriores. De esta manera se evitan prdidas econmicas. La disminucin de la actividad de agua es el requisito fundamental para evitar pr-

Deshidratacin Osmtica de Alimentos

(a)Solucin hipertnica

Agua

Membrana semipermeable

(b)

h

Figura 1 Esquema que ilustra el concepto de presin osmtica.

didas poscosecha en los alimentos; y puede hacerse a travs de los siguientes mtodos de secado: solar, al sol, deshidratado con aire caliente, atomizacin, liofilizacin, secado en microondas, entre otros. Algunos de estos mtodos tradicionales de secado, no obstante, desmejoran en muchos casos la calidad de los alimentos. Por ejemplo, la deshidratacin convencional puede provocar oscurecimiento en los productos y una textura coricea, adems de volverlos inspidos y disminuir su valor nutricional. Otros, como la liofilizacin, son poco viables, ya que los equipos utilizados son muy costosos y consumen energa intensivamente. El cambio de fase (congelacin o vaporizacin), que es el fenmeno utilizado en algunos mtodos como principio de secado, insume mucha energa, haciendo poco viable la adopcin de dichas tecnologas. Recientemente se ha aadido a este abanico de mtodos de secado, el proceso de deshidratacin osmtica (DO). La deshidratacin osmtica es un mtodo isotrmico de remocin parcial de agua por inmersin del alimento en solucio-

nes o jarabes concentrados de slidos solubles, sin cambio de fase y sin consumo intensivo de energa. Las ventajas de este mtodo son: evita que el producto pierda aroma u otros compuestos susceptibles al calor, evita reacciones de oxidacin o pardeamiento debido a la ausencia de oxgeno en el jarabe; y es una tecnologa de baja inversin inicial en equipos. Sin embargo, la desventaja es que no puede aplicarse a todos los productos. En este aspecto, la deshidratacin osmtica es muy selectiva. Las frutas que presentan mejores cualidades para el procesamiento con DO son: pia, mango, fresas, guayaba, papaya, meln, carambola y kiwi. Entre los vegetales ms usados estn las zanahorias, cebollas, nabos y pimientos. Algunos tejidos musculares de animales y pescados tambin se someten a este proceso, fundamentalmente para salazonarlos o curarlos con sales de nitrito. En este caso de las carnes, los paquetes musculares se sumergen en una solucin salina o sta se inyecta dentro de los msculos con ayuda de jeringas diseadas para este fin.

smosis: el principio y conceptos relacionadosEn los sistemas biolgicosdesde los ms simples hasta los ms complejoshay un fenmeno de difusin de agua a travs de membranas de las clulas que conforman dichos sistemas. Este proceso es de tal importancia para la supervivencia de los seres vivos que se le ha reservado un nombre exclusivo: smosis. Este fenmeno es el principio en el que se fundamenta la deshidratacin osmtica. La smosis es el flujo neto de agua a travs de una membrana semipermeable, inducida por una diferencia de concentraciones de soluto. Una membrana semipermeable permite el paso de agua y

La papaya es una de las frutas preferidas para la deshidratacin osmtica, debido a la turgencia y dureza de su pulpa.

Pgina 2

Volumen 1, n 1

Cubito de alimento Solucin hipotnica Solucin isotnica No hay flujo de agua Solucin hipertnica

Entra agua en el cubo

Sale agua del cubo

(a)

(b)Equilibrio

(c)Retraccin

Figura 2 Efecto del tipo de concentracin de las soluciones sobre los alimentos tratados por smosis. En a) solucin hipotnica ocurre ganancia de agua, b) solucin isotnica no hay ganancia ni prdida de agua, y c) en solucin hipertnica hay prdida de agua.

Expansin

otras sustancias de bajo peso molecular (e.g., sal), mientras que retiene a las de alto peso molecular, como el azcar. Sea el sistema mostrado en la Figura 1a. El extremo inferior de un tubo de vidrio se ha cerrado con una membrana semipermeable, y se ha aadido un volumen determinado de solucin altamente concentrada. Luego, el tubo es colocado en un recipiente ms grande que contiene solvente puro (en este caso agua). Debido a la diferencia de concentraciones, el agua se difundir a travs de la membrana y ascender por el tubo, hasta alcanzar un estado de equilibrio dinmico. La altura h (diferencia entre la altura inicial y la altura alcanzada en el equilibrio) mostrada en la Figura 1b es proporcional al nivel de concentracin inicial de la solucin contenida dentro del tubo. Este equilibrio se alcanza debido a que la solucin concentrada contenida dentro del tubo se diluye progresivamente como consecuencia del paso de agua a travs de la membrana. Esto hace que la fuerza osmtica de la solucin se iguale con la del solvente puro, desapareciendo la diferencia de concentracio-

nes que induca el paso de agua al interior del tubo. Como resultado, la altura h se estabiliza y no asciende ms. El equilibrio dinmico se refiere a que el agua contina entrando y saliendo del tubo a travs de la membrana, con la diferencia que antes lo haca en mayor proporcin hacia el lado de mayor concentracin. Presin osmtica es la presin ejercida por la altura de agua (h) de la Figura 1b. En otras palabras, la presin osmtica es la presin necesaria para revertir el proceso de smosis presentado en la Figura 1, y volver a las condiciones iniciales. Solucin hipotnica es aquella que tiene una baja concentracin de slidos con referencia al producto a deshidratar. Para ver su efecto sobre el alimento, veamos la Figura 2. Solucin isotnica es aquella que tiene una concentracin de slidos igual a la del producto; por lo tanto, no existe smosis o difusin de agua. Solucin hipertnica es la que tiene una mayor concentracin de soluto determinado en relacin al producto a ser deshidratado, y es el usado en la DO.

La deshidratacin osmtica es un mtodo isotrmico de remocin parcial de agua por inmersin del alimento en soluciones o jarabes concentrados de slidos solubles, sin cambio de fase y sin consumo intensivo de energa

Las zanahorias son hortalizas que son preferidas para el proceso de DO, debido a las caractersticas mecnicas de su pulpa.

Pgina 3

Deshidratacin Osmtica de Alimentos

Mecanismo de la deshidratacin osmticaLa deshidratacin osmtica se basa en la smosis para remover agua del alimento. Esta remocin se da generalmente por difusin. La difusin de agua u otros fluidos o gases a travs de sistemas no biolgicos homogneos es fcil de describir y modelar matemticamente. La complejidad se da cuando el medio en el que el agua se difunde es muy heterogneo y presenta cambios durante el desarrollo de la difusin. Los alimentos son sistemas biolgicos heterogneos, por lo tanto el curso que sigue el agua durante la difusin y la velocidad de deshidratacin son muy variables y dependen de la constitucin del tejido y de la disposicin celular de la estructura del alimento. En la dcada de 1980, la mayora de las investigaciones relacionadas con la deshidratacin osmtica no consideraba la naturaleza variable del tejido del alimento en el modelado matemtico de la DO. No obstante, a partir de 1998, se hacen profusos estudios sobre la deshidratacin osmtica con inclusin de muchas variables relacionadas principalmente a la estructura microscpica y sus efectos en la dimensin hednicosensorial. Rastogi y colaboradores (2002) desarrollaron un modelo (Figura 3) que describe los cambios que ocurren en un sistema alimentario durante la deshidratacin osmtica. Se propone que el frente de deshidratacin (x) se desplaza durante el proceso hacia el centro del alimento. El paso

Patatas enteras. Su rodajas son sometidas a DO en medio salino para salazornarlo y completar su procesamiento con fritura.

Los alimentos son estructuras celulares heterogneas y complejas, lo que hace difcil modelar la transferencia de masa que ocurre en la deshidratacin por DO

D1

D2

D3Clulas desintegradas

1

Clulas en transicin Clulas intactas

ZpM/Mo

0 0 x Distancia relativa 1

0

Las races de camote son sometidas a procesos de fritura despus de un proceso de deshidratacin osmtica. La figura muestra una raz que contiene una apreciable cantidad de carotenoides, que se manifiesta por el color naranja que presenta su pulpa.

Figura 3 Mecanismo de deshidratacin osmtica en un material biolgico. Zp y M/M0 son el ndice de desintegracin celular y el contenido de humedad relativa, respectivamente. D1, D2, y D3 son los coeficientes de difusin del agua desde el centro del material hasta el frente de difusin, a travs del frente y a travs del material tratado osmticamente hacia la solucin osmtica. x es el espesor del frente de deshidratacin mvil (Reproducido con permiso de Trends in Food Science & Technology (13), Rastogi NK, Raghavarao KSMS, Niranjan K y Knorr D Recent developments in osmotic dehydration: methods to enhance mass transfer, 2002).

Pgina 4

Volumen 1, n 1

de este frente a travs del alimento provoca una desintegracin celular en la regin deshidratada. El agua es transportada a travs de tres regiones definidas y con caractersticas propias y distintas. El agua se difunde desde el centro del material hacia el frente de deshidratacin, luego hay difusin a travs del frente y, finalmente, difusin de agua en la seccin del material tratado osmticamente. En principio, el agua se difunde de la capa exterior de la muestra hacia el medio osmtico. Esto genera una presin osmtica en la superficie del alimento, la cual tiende hacia un valor crtico. Una vez alcanzado dicho valor, la membrana celular se rompe y la clula se encoge. Como consecuencia, hay una reduccin desmesurada en la proporcin de clulas intactas, lo cual se ve reflejado en un incremento del ndice de permeabilizacin (Zp). En otras palabras, Zp es un parmetro integral que indica la reduc-

cin relativa de clulas intactas. Al proseguir con la deshidratacin osmtica, el frente de deshidratacin x contina desplazndose hacia el centro del alimento. La caracterstica principal de este frente es que el proceso de deshidratacin que se da ah es muy rpido debido a la presin osmtica ejercida por la concentracin de la solucin. En la regin central del alimento, las clulas del tejido alimentario estn intactas. El coeficiente de difusin de agua (D1) en esta regin es mucho menor que en las otras regiones; es decir que D1