DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA DEL AGUA EN LA DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DE MANZANA ROYAL GALA SUMERGIDA EN JARABE DE SACAROSA.

DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA DEL AGUA EN LA DESHIDRATACIÓN OSMOTICA DE MANZANA ROYAL GALA SUMERGIDA EN JARABE DE SACAROSA.

SEBASTIÁN BUITRAGO DURAN

201311793

LORENA PINEDA ALZATE

201311015

DANIELA BERMÚDEZ VERGARA

201313304

UNIVERSIDAD DE LA SABANA

OPERACIONES UNITARIAS I

Bogotá, Colombia

2017

1. RESUMEN

Actualmente la industria se preocupa por innovar productos alimenticios, donde una de las generalidades es la deshidratación de frutas y verduras, prolongando así la vida útil del alimento. Generalmente para frutas se utiliza la deshidratación osmótica empleando soluciones hipertónicas. En este trabajo se analiza el proceso de deshidratación osmótica de una manzana Royal Gala en una solución de sacarosa 60 ºBrix, con el fin de determinar la difusividad del agua a través de la matriz sólida de la manzana mediante el modelo matemático de la ley de Fick; los resultados obtenidos se compararán con los teóricos reportados en la literatura.

Palabras clave: deshidratación osmótica, difusividad, Ley de Fick, transferencia de masa.

1. INTRODUCCIÓN

La manzana Royal Gala es una variedad de manzana comercializada en Bogotá Colombia, Procedente de Nueva Zelanda, es una especie con alta demanda. El color de su piel tiene estrías rojas y naranjas sobre una base de color verde-amarillo con una forma muy redondeada, tiene una pulpa blanca  muy crujiente, aromática, jugosa y fina; además es de una calidad organoléptica neutra, es un alimento bajo en calorías (apenas aporta 50 calorías cada 100 gramos), el 85% de su composición es agua, y el azúcar deriva de la fructosa, aunque también hay presencia de glucosa y sacarosa. (Fundacion EROSKI , 2012).

La deshidratación osmótica es un proceso que depende del fenómeno de difusión de la humedad de los materiales alimenticios al sumergirse un alimento en una solución hipertónica, utilizando agentes osmóticos tales como glucosa, jarabe de maíz, cloruro de sodio, concentrados de almidón, fructosa y sacarosa según el producto final (Ishfaq , Ihsan , & Suraiya , 2016). Durante la deshidratación osmótica, se establecen tres procesos de transferencia de masa: (1) difusión de agua desde el material alimenticio al medio osmótico circundante debido al gradiente de concentración entre ellos, (2) difusión de soluto de la solución osmótica al alimento y (3) Lixiviación de solutos naturales de los alimentos (Mya, Weibiao, & Shi, 2006). En este trabajo se hará énfasis únicamente en el proceso de difusión de la humedad de la manzana Royal Gala hacia el jarabe de sacarosa con el fin de calcular la difusividad efectiva del agua en el proceso de osmodeshidratación.

El gradiente de humedad entre el material y la solución de sacarosa da lugar a la difusión simultánea de agua a contracorriente desde el alimento hasta la disolución y la difusión del soluto al alimento. La velocidad de difusión del agua del alimento depende de factores tales como: la temperatura y la concentración de la solución osmótica, el tamaño y la geometría del material, la relación de masa solución-material y la velocidad de agitación de la solución (B. Abbasi , M. Ghavami, & H. Tondro, 2013) .La ley de Fick dice que La difusión molecular (o transporte molecular) puede definirse como la transferencia (o desplazamiento) de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas (Geankoplis, 1998) . Donde el fenómeno que se desarrolla mediante el modelo matemático que está dado por la siguiente ecuación:

[pic 1]

La solución de la anterior ecuación diferencial de segundo orden se ve representada gráficamente para algunas geometrías como una función de la fracción no eliminada de soluto en el sólido (E) y el parámetro adimensional Dθ/a2 Como se muestra en la figura 1.

El parámetro adimensional E se calcula como sigue:

[pic 2]

Donde:

• CA0: Concentración del agua en el sólido en el tiempo cero
• CAθ: Concentración del agua en el sólido en el tiempo θ
• CA∞: Concentración del agua en el jarabe de sacarosa
• DAB: Difusividad efectiva del agua a través del sólido
• Θ: Tiempo
• a: Longitud característica del sólido

      [pic 3] 

Figura 1. Solución a la ley de Fick en estado no estacionario para diferentes geometrías (Fuente: Treybal)

El objetivo de este trabajo es comprender y aplicar un modelo no estacionario para la transferencia de masa (difusión) desde el interior de una manzana mediante una deshidratación osmótica con una solución de sacarosa.

1. MATERIALES Y MÉTODOS

1. MATERIALES

En esta práctica experimental se utilizó instrumental (cuchillo y calibrador) para adecuar las 4 manzanas royal gala de forma esférica con un diámetro entre 3 y 4 centímetros. Por otra parte, se dispuso también, de una solución de sacarosa a 60° brix que actúa como medio para la transferencia de masa. Otro instrumento preponderante en la práctica es el refractómetro con el cual se mide concentración inicial y final de solidos solubles de la solución de sacarosa, además, 2 vasos de precipitado (800ml) donde se introducen las esferas de manzana para la osmodeshidratación, por último, se utilizó un horno a una temperatura de 105°C y balanza analítica para determinar humedad de la fruta.

1. MÉTODO

Inicialmente se adecua la manzana (lavar, pelar y dar forma esférica con diámetro entre 3 y 4 centímetros), luego se procede a preparar 2 vasos de precipitado con un litro de la solución de sacarosa 60° brix (cada uno). Posteriormente, se mide la humedad inicial de la manzana a osmodeshidratar introduciendo una muestra previamente pesada en una balanza analítica a un horno a 105°C; el peso de la muestra es verificado cada 6 horas hasta obtener que éste sea constante con el tiempo. Simultáneamente se introducen dos esferas de manzana en cada uno de los dos vasos de precipitado con jarabe de sacarosa de 60 ºBrix para iniciar el proceso de osmodeshidratacion, cabe acotar que la relación en peso entre el jarabe y el producto es de 1/10.

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