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Guia resuelta de deshidratación osmotica

La deshidratación osmótica es una técnica que permite eliminar parcialmente el agua de los tejidos de los alimentos por inmersión en una solución hipertónica, sin dañar el alimento y afectar desfavorablemente su calidad

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE
MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
Ingeniería en Alimentos
LEM V
Grupo: 2852
GUIA 3. Conceptos de deshidratación osmótica.
Alumno:
 Melo Cruz Stephanie
Profesores:
Virginia López García
José Oscar Germán Ibarra
Semestre: 2018-II
Fecha: Martes, 13 de febrero del 2018
Página 2 de 17
Tabla de contenido
1. Definición de deshidratación Osmótica. ............................................................................... 3
a. PRESION OSMOTICA.......................................................................................................... 3
2. El fenómeno de la osmosis.................................................................................................... 4
3. Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica......................................................... 5
4. Actividad de agua en la solución y en el alimento................................................................ 5
5. TRATAMIENTOS PREVIOS...................................................................................................... 6
6. Reutilización de la solución osmótica agotada. .................................................................... 6
7. Usos alternativos de la solución osmótica agotada............................................................. 7
8. Determinación de humedad del sólido y concentración de la solución. ............................. 7
9. Variables que afectan la deshidratación osmótica ............................................................... 8
a) Concentración de la solución. ........................................................................................... 8
b) Relación de solución/alimento.......................................................................................... 8
c) Temperatura de la solución. ............................................................................................. 9
d) Agitación............................................................................................................................ 9
e) Tiempo de inmersión. ....................................................................................................... 9
f) Tipos de solutos osmóticos. .............................................................................................. 9
g) Naturaleza y geometría del alimento.............................................................................. 11
h) Presión de trabajo........................................................................................................... 11
10. Mecanismo de perdida de agua y ganancia de solutos .................................................. 11
a. Difusividad....................................................................................................................... 11
Cuando en un producto la eliminación de agua se controla por el mecanismo de difusión, la
velocidad de deshidratación y, por ende, el tiempo de deshidratación del producto en la etapa
de velocidad decreciente dependerá en gran medida de la geometría del solido por
deshidratar. Así, se tiene que:..................................................................................................... 11
Para un producto de forma esférica: .......................................................................................... 11
11. Ecuaciones para determinar perdida de agua y ganancia de solutos así como sus
gráficos........................................................................................................................................ 12
12. Balance de materia.......................................................................................................... 14
13. Equipos utilizados en la deshidratación osmótica a nivel industrial............................... 16
Referencias Bibliográficas. .......................................................................................................... 17
Página 3 de 17
1. Definición de deshidratación Osmótica.
1 Cuando un producto se sumerge en una disolución concentrada de azucares o
sales, se produce un flujo de agua desde el interior de las células del alimento
hacia la disolución más concentrada a través de la membrana semipermeable
(membrana celular). Este flujo se establece a causa de una diferencia de
potencial químicos del agua en el alimento y en la solución que lo rodea (FITO
2001).
2 La deshidratación osmótica es una técnica que permite eliminar parcialmente
el agua de los tejidos de los alimentos por inmersión en una solución hipertónica,
sin dañar el alimento y afectar desfavorablemente su calidad (Rastogi et al.,
2002). La fuerza impulsora para la difusión del agua desde los tejidos a la
solución es la diferencia de actividad acuosa (presión osmótica) entre el alimento
y la solución.
a. PRESION OSMOTICA.
Por otro lado, la osmosis se basa en el hecho de que al poner dos soluciones de
distinta concentración, separadas por una membrana semipermeable, existe una
transferencia del disolvente desde la solución más diluida hacia la más
concentrada. Ello hace que exista un aumento en la presión hidrostática,
conocida como presión osmótica (ver figura 1 A).
Figura 1 A. Esquema de la presión osmótica (Ibarz, 2005).
Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución
separada del disolvente puro por una membrana semipermeable. Un soluto
ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz
de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución
equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua
cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable.
Página 4 de 17
2. El fenómeno de la osmosis
La ósmosis es el fenómeno que se produce cuando dos soluciones con diferente
concentración son separadas por una membrana semipermeable y el solvente
difunde a través de la membrana del líquido de mayor concentración al de menor
hasta equilibrar las concentraciones. Este fenómeno se produce de forma
espontánea sin gasto energético.
Figura 2. Esquema del fenómeno de la osmosis.
Según la concentración de solventes y solutos (por ejemplo, el agua sería el
solvente y la sal el soluto en el ejemplo anterior) se pueden clasificar los medios
en:
 Hipotónicos: cuando la concentración de soluto es menor respecto al
medio con el que se compara
 Hipertónico: cuando la concentración de soluto es mayor respecto al
medio con el que se compara.
 Isotónico: cuando ambos medios tienen la misma concentración.
Figura 3. Los diferentes estados de las células vegetales según el medio donde
se encuentra.
Página 5 de 17
A la presión que ejerce el solvente (agua) sobre la cara de la membrana donde
hay menor concentración hacia el compartimento de mayor concentración se le
denomina presión osmótica. Siguiendo con la terminología anterior la presión
que se produce en el lado de la membrana del medio hipotónico hacia el
hipertónico es la presión osmótica.
3. Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica.
Ventajas Desventajas
 Eficiente, maneja T° ambiente sin
que el agua cambie de fase.
 No hay cambios organolépticos
significativos
 Proceso sencillo.
 Pequeños volúmenes del
producto.
 No daña la estructura del alimento.
 Generalmente no requiere
tratamiento químico previo.
 Puede aumentar la relación
azúcar/acido.
 Aumenta la vida útil.
 Disminuyen los costos de
empaque, transporte y
almacenaje.
 Existe la posibilidad de fortificar
(enriquecer) el producto.
 El secado afecta a la fase inicial de
la deshidratación osmótica.
 La temperatura y concentración de
la solución osmótica afectan la
velocidad de pérdida de agua del
producto.
 La transferencia de solutos a los
alimentos puede afectar la calidad
del producto.
 La captación excesiva de soluto
deteriora el sabor y perfil nutricional
del producto.
 La lixiviación del azúcar y ácidos
naturales en alimentos osmo-
deshidratados también afecta el
sabor al alterar la relación natural
entre azucares y ácidos.
(Brennan, 2008).
4. Actividad de agua en la solución y en el alimento.
La fuerza impulsora para la transferencia de masa está relacionada con la
actividad de agua del alimento y de la solución de la siguiente manera (Raoult-
Wack et al., 1991):
𝜇 = 𝜇°
+ 𝑅𝑇 𝐼𝑛 𝑎 𝑤
Donde:
𝜇: 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜
𝜇°
: 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
R: es la constante de los gases
T: es la temperatura
aw: es la actividad de agua.
Página 6 de 17
El proceso de osmosis llega a su término hasta que los potenciales químicos
del alimento y de la solución lleguen al equilibrio (Barbosa-Cánovas y Vega-
Mercado, 1996). De este modo se puede observar que la actividad de agua de
la solución osmótica debe de ser menor a la del alimento para que se pueda
llevar a cabo el proceso.
5. TRATAMIENTOS PREVIOS
Para la eficacia de este proceso es necesario optar por frutas que posean
estructura celular rígida o semirrígida, es decir aquellas que permitan su trozado
(en cubos, tiras, rodajas, etc.). Por el contrario las frutas que presenten pulpa
líquida no servirán a este proceso. Cuando se desee procesar frutas que
presente un recubrimiento ceroso o pruina es recomendable aplicar un
tratamiento de permeabilización, previo al trozado. Este tratamiento puede
hacerse mediante un baño de solución de hidróxido de sodio hirviendo por un
período de tiempo de entre 30 a 45 segundos, con el inmediato lavado de la fruta
para quitarle el excedente de solución.
Otra opción es el escaldado, someter a la fruta a la acción del calor durante 1 a
3 minutos, lo cual disminuye la selectividad de las paredes de las células y
aumenta la permeabilidad de ésta. También existe la opción del uso de
antioxidantes como el metabisulfito al 0,5%, etc.
La deshidratación osmótica se usa como pretratamiento de muchos procesos
para mejorar las propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales del
alimento sin modificar su integridad. Generalmente precede a procesos como
la congelación, liofilización, secado al vacío) o secado por aire caliente.
6. Reutilización de la solución osmótica agotada.
Para hacer el proceso de secado osmótico más económico sería conveniente
reutilizar la solución osmótica. Los sólidos insolubles se pueden eliminar por
filtración y la solución se concentra hasta su contenido en solidos inicial por
evaporación a vacío. Puede ser necesario un ligero tratamiento térmico para
inactivar microorganismos, en general levaduras, que pueden generarse en la
solución. (Brennan, 2008)
Para poder reciclar la solución es necesario concentrar la solución que ha sido
diluida durante el proceso de deshidratación ya sea por evaporación y/o
mediante el uso de membranas de ósmosis inversa. También debería evaluarse
si es necesario el agregado de solutos. Diversos investigadores han demostrado
que las soluciones osmóticas adquieren sustancias valiosas como vitaminas y
azucares, por lo que se hace atractivo su uso en la formulación de nuevos
productos enriquecidos, o para una recirculación en la operación (Caicedo, 2012)

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Guia resuelta de deshidratación osmotica

  • 1. Página 1 de 17 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN Ingeniería en Alimentos LEM V Grupo: 2852 GUIA 3. Conceptos de deshidratación osmótica. Alumno:  Melo Cruz Stephanie Profesores: Virginia López García José Oscar Germán Ibarra Semestre: 2018-II Fecha: Martes, 13 de febrero del 2018
  • 2. Página 2 de 17 Tabla de contenido 1. Definición de deshidratación Osmótica. ............................................................................... 3 a. PRESION OSMOTICA.......................................................................................................... 3 2. El fenómeno de la osmosis.................................................................................................... 4 3. Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica......................................................... 5 4. Actividad de agua en la solución y en el alimento................................................................ 5 5. TRATAMIENTOS PREVIOS...................................................................................................... 6 6. Reutilización de la solución osmótica agotada. .................................................................... 6 7. Usos alternativos de la solución osmótica agotada............................................................. 7 8. Determinación de humedad del sólido y concentración de la solución. ............................. 7 9. Variables que afectan la deshidratación osmótica ............................................................... 8 a) Concentración de la solución. ........................................................................................... 8 b) Relación de solución/alimento.......................................................................................... 8 c) Temperatura de la solución. ............................................................................................. 9 d) Agitación............................................................................................................................ 9 e) Tiempo de inmersión. ....................................................................................................... 9 f) Tipos de solutos osmóticos. .............................................................................................. 9 g) Naturaleza y geometría del alimento.............................................................................. 11 h) Presión de trabajo........................................................................................................... 11 10. Mecanismo de perdida de agua y ganancia de solutos .................................................. 11 a. Difusividad....................................................................................................................... 11 Cuando en un producto la eliminación de agua se controla por el mecanismo de difusión, la velocidad de deshidratación y, por ende, el tiempo de deshidratación del producto en la etapa de velocidad decreciente dependerá en gran medida de la geometría del solido por deshidratar. Así, se tiene que:..................................................................................................... 11 Para un producto de forma esférica: .......................................................................................... 11 11. Ecuaciones para determinar perdida de agua y ganancia de solutos así como sus gráficos........................................................................................................................................ 12 12. Balance de materia.......................................................................................................... 14 13. Equipos utilizados en la deshidratación osmótica a nivel industrial............................... 16 Referencias Bibliográficas. .......................................................................................................... 17
  • 3. Página 3 de 17 1. Definición de deshidratación Osmótica. 1 Cuando un producto se sumerge en una disolución concentrada de azucares o sales, se produce un flujo de agua desde el interior de las células del alimento hacia la disolución más concentrada a través de la membrana semipermeable (membrana celular). Este flujo se establece a causa de una diferencia de potencial químicos del agua en el alimento y en la solución que lo rodea (FITO 2001). 2 La deshidratación osmótica es una técnica que permite eliminar parcialmente el agua de los tejidos de los alimentos por inmersión en una solución hipertónica, sin dañar el alimento y afectar desfavorablemente su calidad (Rastogi et al., 2002). La fuerza impulsora para la difusión del agua desde los tejidos a la solución es la diferencia de actividad acuosa (presión osmótica) entre el alimento y la solución. a. PRESION OSMOTICA. Por otro lado, la osmosis se basa en el hecho de que al poner dos soluciones de distinta concentración, separadas por una membrana semipermeable, existe una transferencia del disolvente desde la solución más diluida hacia la más concentrada. Ello hace que exista un aumento en la presión hidrostática, conocida como presión osmótica (ver figura 1 A). Figura 1 A. Esquema de la presión osmótica (Ibarz, 2005). Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable. Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable.
  • 4. Página 4 de 17 2. El fenómeno de la osmosis La ósmosis es el fenómeno que se produce cuando dos soluciones con diferente concentración son separadas por una membrana semipermeable y el solvente difunde a través de la membrana del líquido de mayor concentración al de menor hasta equilibrar las concentraciones. Este fenómeno se produce de forma espontánea sin gasto energético. Figura 2. Esquema del fenómeno de la osmosis. Según la concentración de solventes y solutos (por ejemplo, el agua sería el solvente y la sal el soluto en el ejemplo anterior) se pueden clasificar los medios en:  Hipotónicos: cuando la concentración de soluto es menor respecto al medio con el que se compara  Hipertónico: cuando la concentración de soluto es mayor respecto al medio con el que se compara.  Isotónico: cuando ambos medios tienen la misma concentración. Figura 3. Los diferentes estados de las células vegetales según el medio donde se encuentra.
  • 5. Página 5 de 17 A la presión que ejerce el solvente (agua) sobre la cara de la membrana donde hay menor concentración hacia el compartimento de mayor concentración se le denomina presión osmótica. Siguiendo con la terminología anterior la presión que se produce en el lado de la membrana del medio hipotónico hacia el hipertónico es la presión osmótica. 3. Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica. Ventajas Desventajas  Eficiente, maneja T° ambiente sin que el agua cambie de fase.  No hay cambios organolépticos significativos  Proceso sencillo.  Pequeños volúmenes del producto.  No daña la estructura del alimento.  Generalmente no requiere tratamiento químico previo.  Puede aumentar la relación azúcar/acido.  Aumenta la vida útil.  Disminuyen los costos de empaque, transporte y almacenaje.  Existe la posibilidad de fortificar (enriquecer) el producto.  El secado afecta a la fase inicial de la deshidratación osmótica.  La temperatura y concentración de la solución osmótica afectan la velocidad de pérdida de agua del producto.  La transferencia de solutos a los alimentos puede afectar la calidad del producto.  La captación excesiva de soluto deteriora el sabor y perfil nutricional del producto.  La lixiviación del azúcar y ácidos naturales en alimentos osmo- deshidratados también afecta el sabor al alterar la relación natural entre azucares y ácidos. (Brennan, 2008). 4. Actividad de agua en la solución y en el alimento. La fuerza impulsora para la transferencia de masa está relacionada con la actividad de agua del alimento y de la solución de la siguiente manera (Raoult- Wack et al., 1991): 𝜇 = 𝜇° + 𝑅𝑇 𝐼𝑛 𝑎 𝑤 Donde: 𝜇: 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜 𝜇° : 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 R: es la constante de los gases T: es la temperatura aw: es la actividad de agua.
  • 6. Página 6 de 17 El proceso de osmosis llega a su término hasta que los potenciales químicos del alimento y de la solución lleguen al equilibrio (Barbosa-Cánovas y Vega- Mercado, 1996). De este modo se puede observar que la actividad de agua de la solución osmótica debe de ser menor a la del alimento para que se pueda llevar a cabo el proceso. 5. TRATAMIENTOS PREVIOS Para la eficacia de este proceso es necesario optar por frutas que posean estructura celular rígida o semirrígida, es decir aquellas que permitan su trozado (en cubos, tiras, rodajas, etc.). Por el contrario las frutas que presenten pulpa líquida no servirán a este proceso. Cuando se desee procesar frutas que presente un recubrimiento ceroso o pruina es recomendable aplicar un tratamiento de permeabilización, previo al trozado. Este tratamiento puede hacerse mediante un baño de solución de hidróxido de sodio hirviendo por un período de tiempo de entre 30 a 45 segundos, con el inmediato lavado de la fruta para quitarle el excedente de solución. Otra opción es el escaldado, someter a la fruta a la acción del calor durante 1 a 3 minutos, lo cual disminuye la selectividad de las paredes de las células y aumenta la permeabilidad de ésta. También existe la opción del uso de antioxidantes como el metabisulfito al 0,5%, etc. La deshidratación osmótica se usa como pretratamiento de muchos procesos para mejorar las propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales del alimento sin modificar su integridad. Generalmente precede a procesos como la congelación, liofilización, secado al vacío) o secado por aire caliente. 6. Reutilización de la solución osmótica agotada. Para hacer el proceso de secado osmótico más económico sería conveniente reutilizar la solución osmótica. Los sólidos insolubles se pueden eliminar por filtración y la solución se concentra hasta su contenido en solidos inicial por evaporación a vacío. Puede ser necesario un ligero tratamiento térmico para inactivar microorganismos, en general levaduras, que pueden generarse en la solución. (Brennan, 2008) Para poder reciclar la solución es necesario concentrar la solución que ha sido diluida durante el proceso de deshidratación ya sea por evaporación y/o mediante el uso de membranas de ósmosis inversa. También debería evaluarse si es necesario el agregado de solutos. Diversos investigadores han demostrado que las soluciones osmóticas adquieren sustancias valiosas como vitaminas y azucares, por lo que se hace atractivo su uso en la formulación de nuevos productos enriquecidos, o para una recirculación en la operación (Caicedo, 2012)
  • 7. Página 7 de 17 7. Usos alternativos de la solución osmótica agotada Los jarabes usados y resultantes de la osmo-deshidratación pueden ser utilizados como ingredientes de otros productos. Además estos pueden haber retenido compuestos de la fruta que conservan características de aroma, sabor y color. Estos se pueden emplear como edulcorantes de productos específicos, o ser reutilizados como jarabes para posteriores osmo-deshidrataciones si son llevados a concentraciones adecuadas para regenerar su fuerza osmótica, evitando la fermentación. Cabe agregar que las frutas sumergidas en estos jarabes poseen características sensoriales mejores que las osmo-deshidratadas en los jarabes iniciales (Camacho Olarte, 1990). 8. Determinación de humedad del sólido y concentración de la solución. La transferencia de masa en términos de pérdida de agua y ganancia de soluto que se lleva a cabo durante la deshidratación osmótica, pueden calcularse de la siguiente manera: 𝑃𝐴 = 𝐹0 𝑌0 − 𝐹𝑡 𝑌𝑡 𝐹0 (100) 𝐺𝑆 = 𝐹𝑡 𝑋𝑡 − 𝐹0 𝑋0 𝐹0 (100) Donde: PA = Perdida de agua al tiempo t (porcentaje). 𝐹0 = Peso inicial del producto (kg). 𝐹𝑡 = Peso del producto al tiempo t (kg). 𝑌0 = Contenido inicial de humedad del producto final (fracción masa). 𝑌𝑡 = Contenido de humedad del producto al tiempo t (fracción masa). 𝑋0= Contenido inicial de solidos del producto (fracción masa). 𝑋𝑡 = Contenido de solidos del producto al tiempo t (fracción masa). GS = Ganancia de solidos (porcentaje). Como durante la deshidratación osmótica, la remoción de agua es mayor que la entrada de las sustancias osmóticas al producto, la relación PA/GS es un indicativo de la efectividad del tratamiento osmótico. Este valor siempre debe tener valores superiores a la unidad.
  • 8. Página 8 de 17 9. Variables que afectan la deshidratación osmótica Los factores que pueden afectar la deshidratación osmótica lo hacen sobre la velocidad de deshidratación. Estos factores que son de suma importancia en la deshidratación son la naturaleza del alimento, la relación alimento-solución, aditivos, agitación, el tipo y concentración de la solución osmótica, la temperatura, presión y el uso de películas (Torreggiani, 1996). a) Concentración de la solución. Los intercambios de masa son favorecidos al utilizar soluciones de alta concentración. Cortez (1998) obtuvo resultados similares al reducir el tamaño de la partícula del alimento hasta un cierto nivel. Al incrementar la concentración de la solución, la proporción de perdida de agua entre ganancia de solidos se incrementa (Raoult-Wack et al., 1991). El uso de soluciones concentradas aumenta la lixiviación de componentes de fruta solubles en agua que no se desean remover, como es el caso del ácido ascórbico (Heng et al., 1990). Es posible prevenir los efectos no deseables al ajustar la concentración de solutos en la solución. ● Se usan soluciones azucaradas con concentraciones iniciales en el rango de 30 - 50%. ● La inclusión de 0.5-2% de sal en la solución de azúcar puede aumentar la velocidad de osmosis. ● Inicialmente a velocidad de perdida de agua es alta, pero después de 1- 2h se reduce significativamente, puede tardar días antes de que alcance el equilibrio. en un proceso típico, el tiempo para reducir el peso del alimento al 50% de su peso fresco es de 4-6 h. (Brennan ,2008). b) Relación de solución/alimento. La relación solución osmótica/alimento expresa la cantidad de solución requerida por unidad de peso del alimento a procesar. Este factor es importante en el proceso de DO. Cuando se sumerge el alimento en la solución, éste va perdiendo agua de manera progresiva y a una velocidad directamente proporcional al nivel de concentración de la solución. El agua, por tanto, diluye la solución osmótica a la misma velocidad con que fluye desde el alimento. Esto provoca un descenso muy pronunciado de la fuerza osmótica y, a causa de ello, el proceso de Deshidratación osmótica se dilata, creando perdidas de productividad y rentabilidad del proceso. Una forma de mantener constante la concentración dela solución osmótica en exceso en comparación con el alimento a deshidratar, o sea, utilizar relaciones altas de solucione/alimento, del orden de 5:1. Si bien esta medida es viable a nivel de laboratorio y planta piloto, a nivel industrial en cambio, significaría una sobredimensión de equipos de planta.
  • 9. Página 9 de 17 c) Temperatura de la solución. La temperatura es un factor importante ya que la transferencia de masa en el proceso se ve afectado por este. Sin embargo las velocidades de deshidratación se incrementan con el aumento en la temperatura, por arriba de 49°C se inicia el oscurecimiento enzimático y el deterioro del sabor (Cortez, 1998). El efecto que produce un aumento de la temperatura sobre el flujo de disolvente es de aumentarlo, debido al crecimiento de la permeabilidad de la membrana al disolvente, y a una disminución de la viscosidad del disolvente. La temperatura también afecta la viscosidad del disolvente, pero en este caso, al aumentar la temperatura la viscosidad disminuye (Ibarz, 2005). ● Las temperaturas usadas se encuentran en el intervalo 20-50ºC. ● A mayores temperaturas, existe el peligro de que se dañen las paredes celulares , lo que provocaría una perdida excesiva de material soluble , tales como vitaminas, así como también puede ocurrir una decoloración del alimento (Brennan, 2008). d) Agitación. Una más rápida osmosis se consigue provocando un movimiento relativo entre la solución las piezas de alimento. Sin embargo probablemente la mezcla vigorosa conduce al daño de la célula. Los trozos de alimento delicados pueden permanecer inmóviles en el tanque de la solución. Se puede obtener una mejora en la velocidad de secado recirculando la solución del tanque por medio de una bomba. El movimiento se puede ejecutar colocando el alimento en una cesta, la cual vibre una vez colocada en la solución. (Brennan, 2008). e) Tiempo de inmersión. El proceso de difusión es un proceso en estado no estacionario, por lo que el tiempo de inmersión (hasta antes de alcanzar el equilibrio) es una variable importante para definir la cantidad de agua removida y/o la cantidad de solidos ganados. El tiempo requerido para obtener un nivel de concentración de solidos especifico en el alimento durante la deshidratación osmótica, así como la velocidad con la que se realice el proceso están en función de las características de producto, el tipo y concentración de los agentes osmóticos empleados, la relación solución osmótica/producto, la temperatura y presión de proceso, el tiempo de inmersión y la humedad final deseada en el producto. (Colina, 2010). f) Tipos de solutos osmóticos. El tipo de agente osmótico afecta los parámetros de perdida de agua y ganancia de solidos (Argaiz et al., 1994). La selección de soluto o solutos para la solución osmótica está basada en 3 factores importantes (Macotte, 1998): I. Características sensoriales del producto. II. El costo de los solutos. III. El peso molecular de los solutos.
  • 10. Página 10 de 17 El tipo de soluto tiene una influencia en la transferencia de materia, de tal modo que a mayor tamaño molecular mayor será la retención. Además, cuando aumenta la valencia de carga de los iones aumenta la retención. También se observa que las moléculas que tienen tendencia a formar puentes de hidrógeno con la membrana aumentan el flujo a su través, siendo mayor cuanto mayor es la fuerza de dichos puentes de hidrógeno. Es conocido que las membranas presentan cierta selectividad para diversos componentes, de tal forma que las sales que contienen iones divalentes son mejor retenidas que los monovalentes. En cuanto a cationes se sabe que el sodio es mejor retenido que el amonio; mientras que para aniones, el cloruro se retiene mejor que otros iones tales como nitrato, perclorato y cianuro. Todo lo expuesto en cuanto a la selectividad de los solutos se ha observado mediante experimentación (Ibarz, 2005). Agente Osmótico Usos Función Sacarosa Principalmente en frutas Alta capacidad de remoción de agua. Reduce el oscurecimiento e incrementa la retención de volátiles. Fructosa Principalmente en frutas Sustitucion parcial de la sacarosa, para incrementar el dulzor. Lactosa Principalmente en frutas Sustitucion parcial de la sacarosa, para reducir el dulzor. Maltodextrinas Frutas y hortalizas Sustitucion parcial de la sacarosa, para reducir el dulzor. Glicerol y Sorbitol Frutas, hortalizas y pescados. Mejora la textura. Citrato de sodio Hortalizas Alta capacidad de reducir la aw. Cloruro de Sodio Principalmente en carnes, pescados y hortalizas. Alta capacidad de reducir la aw. Combinación de sacarosa con cloruro de sodio. Frutas, hortalizas y carnes. Combina los efectos de reducción de la aw de la sal, con la remoción de agua del azúcar. Mejora las características sensoriales. Carbohidratos de alto peso molecular (almidón). Pescado, carnes, frutas y hortalizas. Capacidad de remoción de agua con muy baja penetración del soluto al producto. Se emplea en sustitución parcial de la sacarosa para reducir el dulzor. (Colina, 2010).
  • 11. Página 11 de 17 g) Naturaleza y geometría del alimento. Torreggiani (1996) encontró que cada alimento tiene una estructura celular diferente, por lo que permite el paso de moléculas distintas. La permeabilidad del tejido varia con la madurez, estructura física, condiciones de almacenamiento, compactación de tejido, contenido de solidos solubles y espacios intercelulares. También los factores que se ven influenciados son la variabilidad en la perdida de agua y ganancia de sólidos en diferentes vegetales que son sometidos a una deshidratación osmótica. Los sólidos utilizados para la deshidratación osmótica poseen diferencias en su estructura química, peso molecular, polaridad y permeabilidad, por lo que presentan diferentes interrelaciones con las membranas o componentes del alimento, que se reflejan en la velocidad de transferencia de masa y, por tanto, en la capacidad de cada soluto para provocar perdida de agua y ganancia de solidos por parte del alimento (Colina, 2010). h) Presión de trabajo. Por lo general, los procesos de deshidratación osmótica se realizaran a presión atmosférica. Sin embargo, con objeto de aumentar la velocidad de transferencia de masa y acelerar el proceso, recientemente se están empleando sistemas que consisten en aplicar por breve tiempo (5.15 min) en la etapa inicial del proceso, ya sea alta presión (100-700 MPa) o vacio (50-180 mbar) y posteriormente reestablecer la presión atmosférica. (Colina, 2010). 10.Mecanismo de perdida de agua y ganancia de solutos a. Difusividad Cuando en un producto la eliminación de agua se controla por el mecanismo de difusión, la velocidad de deshidratación y, por ende, el tiempo de deshidratación del producto en la etapa de velocidad decreciente dependerá en gran medida de la geometría del solido por deshidratar. Así, se tiene que: Para un producto de forma esférica: 𝑡 𝑑 = 𝑟2 𝐷 𝑚 𝜋2 𝐼𝑛 ( 6(𝑊𝐶 − 𝑊𝑒) 𝜋2(𝑊𝑓 − 𝑊𝑒) ) Para un producto en forma de ladrillo (paralelepípedo): 𝑡 𝑑 = 4𝑥2 𝐷 𝑚 𝜋2 𝐼𝑛 ( 8(𝑊𝐶 − 𝑊𝑒) 𝜋2(𝑊𝑓 − 𝑊𝑒) ) Para un producto en forma de cilindro: 𝑡 𝑑 = 𝑟2 5.78𝐷 𝑚 𝐼𝑛 ( 0.642(𝑊𝐶 − 𝑊𝑒) (𝑊𝑓 − 𝑊𝑒) )
  • 12. Página 12 de 17 Donde: Dm = Difusividad másica del agua del producto (m2/S) r= radio del producto (m) x = Espesor del producto (m). Cuando la deshidratación se efectúa por dos caras, x se transforma en x/2. El valor de Dm varía con la estructura y contenido de agua y grasa del producto, así como la temperatura de proceso y puede determinarse experimentalmente para cada caso específico. Se ha estimado que el valor medio de la difusividad másica del agua en los alimentos es de 2x10-9 m2/s. (Colina, 2010). 11.Ecuaciones para determinar perdida de agua y ganancia de solutos así como sus gráficos. CALCULO DE PARAMETROS OSMOTICOS. A fin de describir los aspectos cinéticos de un proceso de deshidratación osmótica, la reducción total de peso WR, la ganancia de sólidos SG y la pérdida de agua WL con base en el contenido de materia seca inicial pueden calcularse como se indica en las ecuaciones: 𝑊𝑅 = (𝑊0 − 𝑊) 𝑆0 𝑆𝐺 = (𝑆 − 𝑆0) 𝑆0 𝑊𝐿 = (𝑊0 𝑋0 − 𝑊𝑋) 𝑆0 𝑊𝐿 = 1 𝑆0 = [(𝑊0 − 𝑊) + (𝑆 − 𝑆0) 𝑊𝐿 = 𝑊𝑅 + 𝑆𝐺 La pérdida de agua también puede calcularse como: 𝑊𝐿 = (𝑊0− 𝑊) 𝑆0 + (𝑆−𝑆0) 𝑆0 𝑆0= 𝑊0(1−𝑋0) 𝑆 = 𝑊(1 − 𝑋)
  • 13. Página 13 de 17 Donde: W0= peso inicial del material al tiempo t= 0 (g) W= peso del material al tiempo t (g) S0= peso inicial de la materia seca DMi en el material al tiempo t= 0 (g) S= peso de la materia seca en el material al tiempo t= 0 X= fracción de peso del agua en el material al tiempo t Fig. 4. Grafica típica que ilustra la velocidad de pérdida de agua durante la deshidratación osmótica de un material biológico (DMi= materia seca inicial) Las anteriores ecuaciones se basan en la suposición de que la cantidad de sólidos que salen de la muestra es insignificante y, de este modo, la muestra pierde solo agua y recoge soluto. El contenido normalizado de humedad (CNH) y el contenido normalizado de sólidos (CNS) se calculan: CNH= humedad total a cualquier tiempo/humedad inicial total CNS= sólidos totales a cualquier tiempo/contenido inicial de sólidos totales La cinética de la humedad y la difusividad de sólidos en la deshidratación osmótica por lo general siguen la ley de difusión de Fick de estado no estacionario. El coeficiente global de transferencia de masa (sólidos) K(h-1/2) puede calcularse utilizando una relación lineal entre CNS y t1/2, como se indica: 𝐶𝑁𝑆 = 𝑆 𝑆0 = 𝐾𝑡1/2 La humedad efectiva aparente o las difusividades de los sólidos solubles pueden calcularse por una relación: 𝑙𝑛 = 𝑀−𝑀 𝑒 𝑀0−𝑀 𝑒 = 𝑙𝑛 8 𝜋2 − 𝐷 𝑎 𝑡𝜋2 𝑥2
  • 14. Página 14 de 17 Donde: M0= contenido inicial de humedad (g/g DMi) M= humedad al tiempo t (g/g DMi) Me= Humedad en equilibrio (g/g DMi) Da= difusividad efectiva (m2/s) X= longitud característica o espesor de una rebanada de manzana o fruta El efecto de la temperatura sobre Da puede evaluarse por una relación de tipo Arrhenius: 𝐷 𝑎 = 𝐴𝑒 −𝐸𝑎 𝑅𝑇 Donde: Ea= energía de activación (J/mol) R= Cte de gases (8.314 J*mol-1 K-1) T= Temperatura (ºK) A= Cte 12.Balance de materia Modelo cinético para el cálculo de la transferencia de masa durante la DO Por lo general las ecuaciones propuestas para la DO son complejas y están condicionadas a determinadas variables de procesamiento y configuraciones geométricas. Además, no pueden predecir el punto de equilibrio. Azuara et al (1992) proponen un modelo empírico basado en el balance de masa para predecir la cinética de la deshidratación durante el proceso osmótico y, además, determinar el punto de equilibrio final. Al realizar un balance de masa para el agua en el alimento, se tiene: PA = PAe – AA PA: Fracción de agua perdida por el alimento al tiempo t. PAe: Fracción de agua perdida por el alimento en el equilibrio. AA: Fracción de agua que puede difundir del alimento pero aún está en él. En esta ecuación el valor de PAe es una constante para determinadas condiciones de temperatura y concentración. Por otro lado, PA y AA son una función de la tasa de pérdida de agua y del tiempo. Sin embargo, la PA aumenta con el aumento de la tasa de pérdida de agua y el tiempo, mientras que el AA disminuye. Esto sugiere que hay una relación entre PA y AA, representada por el parámetro k. Este parámetro está, a su vez, en función del tiempo y de la tasa de pérdida de agua;
  • 15. Página 15 de 17 AA = PA/k (2) La tasa de pérdida de agua varía en función del tiempo, la temperatura y la concentración inicial. Luego se puede asumir que bajo condiciones de temperatura y concentración constante la tasa de pérdida de agua sólo estaría en función del tiempo. Basándose en esto, es posible proponer una función simple para k en términos del tiempo (t) y una constante (Si) relacionada a la pérdida de agua: k = S1 t (3) Sustituyendo las ecuaciones (1) y (3) en la ecuación (2), y arreglando los términos, se tiene: P A = S 1 t ( P A e ) / l + S 1 t Esta ecuación asocia la pérdida de agua con el tiempo a través de dos constantes: S1 y PAe. Cuando el tiempo tiende a infinito (en el equilibrio), la ecuación (4) se vuelve asintótica en el valor correspondiente a PAe. Estas constantes se pueden calcular a través de una regresión lineal, usando datos experimentales obtenidos durante un período corto y la forma lineal de la ecuación (4): t / P A = l / S1 ( P A e ) + t / P A e (5) Ecuaciones similares a la (4) y (5) se pueden escribir para la ganancia de sólidos solubles por el alimento: S G = S2 t ( S G e ) / l + S2 t (6) t / SG = l/ 82 (SGe) + t / SGe (forma lineal) En este caso SG corresponde a los sólidos solubles ganados en el tiempo t, SGe son los sólidos solubles ganados al equilibrio y S2 es la constante relacionada con la tasa de entrada de los sólidos solubles al alimento. Basándose en la segunda ley de Fick, Crank (1975) citado por Azuara et al (1992) propuso una ecuación para la difusión en una dimensión, en una lámina en contacto con una cantidad de solución infinita. Su forma simplificada cuando el tiempo es breve es: PAt / PAe = 2 (Dt / T T l2)1 / 2 (8) PAt es la cantidad de agua que está saliendo o de sólidos solubles que están entrando al alimento en el tiempo t; PAe es la cantidad de agua perdida o de sólidos solubles ganados en el equilibrio; D es el coeficiente de difusión aparente y l es la mitad del espesor de la lámina. Esta forma sólo se aplica a las etapas iniciales, donde la cantidad de agua que sale y la cantidad de sólidos que entra
  • 16. Página 16 de 17 son directamente proporcionales a la raíz cuadrada del tiempo. El valor calculado para D a partir de la ecuación (8) corresponde a un D promedio para el rango de concentraciones durante el proceso de difusión. Al relacionar la ecuación (8) con el modelo propuesto, se obtiene una expresión simple a partir de la cual se puede calcular D en los diferentes tiempos: D t = T T t / 4 [ ( S i l / l + S i t ) ( P A em o d / P A e x p) ]2 (9) Si corresponde a S1 o S2 ; P Ae m o d es el valor en el equilibrio obtenido a partir de las ecuaciones (4) ó (6); PAe x p es un valor obtenido a través de la experimentación; Dt es el coeficiente de difusión aparente en el tiempo t. Si no se conoce el valor de P A e x p, se puede asumir que es igual al calculado. 13.Equipos utilizados en la deshidratación osmótica a nivel industrial. Los equipos utilizados para la deshidratación osmótica deben permitir la inmersión completa del producto en la solución osmótica y poseer sistemas de calentamiento y control de la temperatura del proceso. Asimismo, es conveniente contar con sistemas de recirculación y concentración de la solución, con el fin de obtener un máximo aprovechamiento de ella. La figura 5. Muestra el esquema de un sistema típico de deshidratación osmótica. (Colina, 2010). Figura 5. Esquema de un sistema de deshidratación osmótica.
  • 17. Página 17 de 17 Referencias Bibliográficas.  Caicedo C., Martha; Serrato, Juan C.; Sánchez, Oscar; Moreno, Yerson; Klotz Bernadette; Ruiz, Yolanda. Efecto de la reutilización de Jarabes provenientes de la osmodeshidratacion de frutas sobre parámetros de transferencia de masa. Vitae, vol. 19, núm 1. Colombia. (2012).  Colina Irezabal María Luisa. Deshidratación de alimentos. Editorial Trillas. Mexico. (2010).  Ibarz Albert., Barbosa Cánovas Gustavo V., Operaciones Unitarias en la Ingeniería de Alimentos. Editorial Mundi Prensa. México. (2005).  Puente Luis., Et al., Influencia de un Pre-Tratamiento osmótico sobre la deshidratacion por aire caliente de Manzana Granny Smith. Dyna 164. (2010). P.P. 274-283.  Prospero Genina Soto, Silvia Beatriz Altamirano Morales. Deshidratación osmótica de prismas de camote, Manzana y Papa. Interciencia Vol 30. N°8 (2005) Páginas de Internet.  Osmosis ¿Qué es y que función tiene? https://cienciaybiologia.com/osmosis/  Deshidratación osmótica. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/diaz_m_m/capitulo4.pdf  TESIS: Secado de alimentos por métodos combinados: Deshidratación osmótica y secado por microondas y aire caliente http://posgrado.frba.utn.edu.ar/investigacion/tesis/MTA-2010-Rocca.pdf  Deshidratación Osmótica de Alimentos, boletín. http://es.scribd.com/doc/23578875/Boletin-de-Osmodeshidratacion  Deshidratación Osmótica de frutas. http://es.scribd.com/doc/22481876/Deshidratacion-Osmotica-de-Frutas- Alimentos-Manzana-osmodeshidratacion