EFECTO DEL PRETRATAMIENTO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA SOBRE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA PAPAYA (Carica Papaya L.) EN UN PROCESO DE LIOFILIZACION DOLLY ANDREA LEIVA RAMÍREZ DIANA PATRICIA GÓMEZ GARCÍA UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL CAMPUS PUENTE DEL COMUN CHIA 2004
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EFECTO DEL PRETRATAMIENTO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA SOBRE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA PAPAYA (Carica Papaya L.) EN
UN PROCESO DE LIOFILIZACION
DOLLY ANDREA LEIVA RAMÍREZ DIANA PATRICIA GÓMEZ GARCÍA
UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL CAMPUS PUENTE DEL COMUN
CHIA 2004
EFECTO DEL PRETRATAMIENTO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA SOBRE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA PAPAYA (Carica Papaya L.) EN
UN PROCESO DE LIOFILIZACION
DOLLY ANDREA LEIVA RAMÍREZ DIANA PATRICIA GÓMEZ GARCÍA
Proyecto de grado para optar al titulo de Ingeniero de Producción Agroindustrial
Director Ing. JOSE MAURICIO PARDO Ph.D
Asesores Ing. Gabriela Cáez
Ing. Gerardo González Ph. D
UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL CAMPUS PUENTE DEL COMUN
CHIA 2004
A Dios por darnos crecimiento moral, intelectual y espiritual. A nuestros padres, hermanos, tíos y demás familiares por su amor, su confianza y su apoyo incondicional. A nuestros amigos, quienes nos ayudaron y nos brindaron palabras de aliento.
Agradecemos a nuestro director Mauricio Pardo y asesores Gabriela Cáez y Gerardo González, por su guía y apoyo incondicional, brindando sus conocimientos y haciendo posible la culminación de este proyecto; a Adriana Rico y a todas las personas que hicieron parte de este trabajo. Igualmente a la Universidad de La Sabana, Liocol Ltda. y Colciencias quienes financiaron e hicieron posible la realización de este proyecto de grado.
RESUMEN
Se sometió la papaya (Carica Papaya L) Variedad Maradol al proceso de liofilización con pretratamientos de deshidratación osmótica (60° Brix, 20°C) durante 0.5, 1, 1.5, 2 y 2.5 h, realizados a presión atmosférica (DO) y con pulso a vacío (DOIV) durante 15 minutos y 22.6 KPa de presión máxima. Posterior a los pretratamientos DO y DOIV, las muestras se liofilizaron en la empresa Siempreviva (a -35 °C, durante 24 horas y 6.66 KPa). Los estudios de cinética de deshidratación dieron como resultado que los coeficientes de difusión del agua son aproximadamente cuatro veces mayores que los de los sólidos en cada tipo de tratamiento (DO y DOIV), siendo mayores en DOIV que en DO. Tanto el tipo de pretratamiento como el tiempo de pretratamiento influyen en las propiedades fisicoquímicas disminuyendo los valores de actividad de agua y humedad, causando diferencias de color y reduciendo el contenido de β-Carotenos, estos efectos son significativamente diferentes (α=0.05), excepto en el contenido de β-Carotenos en la fruta osmoliofilizada. Las frutas osmoliofilizadas que mostraron mayor diferencia con respecto a la fruta fresca fueron las sometidas a DOIV. Las diferencias de color inducidas por los tratamientos osmóticos están relacionadas principalmente con los cambios que se producen en los valores de luminosidad. La firmeza de las muestras sometidas a DOIV fue mayor que en las muestras sometidas a DO. No es posible concluir sobre cuál es el tratamiento adecuado, puesto que es necesario comparar lo resultados de pruebas a nivel industrial y con paneles sensoriales para conocer el gusto del consumidor. Sin embargo, según los datos experimentales el tiempo de sublimación tiende a ser menor con el pretratamiento DO a 1.5 horas.
ABSTRACT
Papaya Maradol (Carica Papaya L) was submitted to liophylization (-35”C, 6.66 Kpa) with previous osmotic dehydratation (60°Brix, 20°C) during 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 h at atmosferic pressure (OD) and vacuum pulse (PVOD) during 15 minutes and 22.6 KPa. The studies of dehydratation kinetics show that the difussion coeficcients of water are approximate four times bigger than the coefficients of the solids in each type of treatment (OD and PVOD), additionally PVOD showed difussion coefficients higher than OD. The type of pretreatment and the time of pretreatment showed influence in the physical and chemical properties it decreased the values of water activity and humidity, caused color differences and decrease in the β-Carotenes content. The osmoliophylizated fruits that showed more difference respect to fresh fruit were the PVOD. The colour differences induced by the osmotic treatments are due to the luminosity changes. The firmness in the samples PVOD are higher than those of OD. It is not possible to conclude over which is the adequate treatment, since is neccesary to compare the results of industrial trials and with sensory panels results to know the consumer taste. Nevertheless, according to the experimental data the sublimation time tend to be smaller with the DO pretreatment (1.5 hours).
GLOSARIO
Para efectos de este trabajo se tendrán en cuenta las siguientes definiciones: CINÉTICA: Velocidad a la cual ocurren la pérdida de agua y/o ganancia de sólidos con relación al tiempo de proceso.
DIFUSIÓN: Proceso mediante el cual, dos cuerpos en contacto, se van mezclando lentamente por si mismos. Este fenómeno es debido a la energía cinética que tienen las moléculas, por la cual se hallan en continuo movimiento
DO (Deshidratación Osmótica): Proceso que consiste en la inmersión del alimento en una solución altamente concentrada lo que provoca la salida del agua del producto hacia el medio que la rodea con el fin de restablecer el equilibrio, con una reducción de su volumen, produciéndose también cierta difusión del soluto de la solución hacia el material. DOIV (Deshidratación Osmótica con Impregnación a vacío): Proceso que consiste en aplicar, en uno o más ciclos, un tratamiento a vacío corto, a la fruta inmersa en la solución osmótica, prosiguiendo el resto de la operación a presión atmosférica. HDM (Mecanismo Hidrodinámico): Fenómeno que se presenta al sumergir el producto en una solución osmótica con presiones de vacío, donde ocurre una expansión del gas atrapado en los poros hasta obtener el equilibrio con la presión impuesta al sistema, lo que implica por una parte, un nivel de desgasificación de la estructura porosa del producto debido a la presión aplicada, y por otra parte una penetración del líquido por capilaridad una vez alcanzado el equilibrio de presiones en el sistema. LIOFILIZACION: Proceso de secado cuyo principio es la sublimación del hielo de un producto congelado. OSMOLIOFILIZACION: Proceso que consiste en someter un alimento a deshidratación osmótica durante cierto periodo de tiempo y posteriormente a liofilización.
OSMOSIS: fenómeno de difusión de líquidos o gases, a través de una sustancia permeable para alguno de ellos.
TABLA DE CONTENIDO Pág INTRODUCCIÓN
JUSTIFICACIÓN OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS
i iiiii iii iii
CAPITULO 1 MARCO TEORICO
44
1.1 1.1.1
1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5
1.3 1.3.1
1.3.1.1 1.3.1.2
1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7
1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3
1.4.2.2 1.4.3 1.4.4
DESCRIPCIÓN DE LA MATERIA PRIMA Composición de la papaya DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA (DO) Deshidratación osmótica con impregnación a vacío (DOIV) Mecanismo hidrodinámico (HDM) Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica Cinética del proceso de deshidratación osmótica Aplicaciones de los productos deshidratados osmóticamente LIOFILIZACION Descripción general del proceso de liofilización Etapa de congelación Etapas primaria y secundaria del secado Cambios estructurales en la liofilización Influencia de la presión de la cámara de secado Influencia de la porosidad del producto Cinética de liofilización Ventajas y desventajas del proceso de liofilización Aplicaciones PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Color β-Carotenos Textura Compresión Penetración Algunos factores que afectan la propiedades fisicoquímicas
47889
1012131314141516171717192122222325252526
2.1
2.1.1 2.1.2
2.1.3
2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4
CAPITULO 2 MATERIALES Y METODOS MATERIALES Y MÉTODOS EN LOS PROCESOS DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Y LIOFILIZACIÓN Materia prima Deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) y con impregnación a vacío (DOIV) Liofilización MÉTODOS ANALÍTICOS Análisis del color Determinación del contenido de β-Carotenos Análisis de textura Análisis estadístico
2727
2727
27282829303031
3.1 3.1.1 3.1.2
3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6
3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3
3.3.4
3.5
3.5.1
3.5.1.1 3.5.1.2
3.5.2 3.5.2.1 3.5.2.2 3.5.2.3 3.5.2.4 3.5.2.5
3.5.3
CAPITULO 3 RESULTADOS Y ANALISIS CARACTERIZACIÓN DE LA PAPAYA FRESCA Y LIOFILIZADA Papaya fresca Papaya liofilizada sin pretratamiento CINÉTICA DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA (DO Y DOIV) Pérdida de agua en la papaya sometida a DO y DOIV Coeficientes de difusión del agua (Kw) en el proceso de DO y DOIV Ganancia de sólidos en la papaya sometida a DO y DOIV Coeficientes de difusión de la sacarosa (Ks) en el proceso de DO y DOIV Variación de la actividad de agua (Aw) en el proceso de DO y DOIV Isotermas de desorción en los procesos de DO y DOIV CINÉTICA DE SECADO EN EL PROCESO DE OSMOLIOFILIZACIÓN
Variación de la actividad de agua (Aw) en el proceso de DO-L y DOIV-L Isotermas de desorción en los procesos de DO-L y DOIV-L Efecto de los pretratamientos sobre los tiempos del proceso de liofilización
Comparación entre los tiempos del proceso de liofilización EFECTOS DE DO, DOIV, DO-L y DOIV-L SOBRE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS Efectos de los procesos de deshidratación osmótica y osmoliofilización en la textura Análisis de textura en DO y DOIV Análisis de textura en DO-L y DOIV-L Análisis de color Parámetros a y b Luminosidad (L*) Croma o saturación (C*) Tonalidad o Hue (H*) Diferencias de color (∆E) Contenido de β-Carotenos en DO, DOIV ,DO-L y DOIV-L
323232323334343536384042434344
4650
53
53535658586061636566
CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS
69707378
LISTA DE TABLAS Pág
Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3.
Tabla 4. Tabla 5. Tabla 6.
Tabla 7. Tabla 8.
Tabla 9.
Tabla 10.
Tabla 11.
Tabla 12. Tabla 13.
Tabla 14.
Tabla 15.
Principales características de la papaya Composición de la papaya Ventajas y desventajas del proceso de deshidratación osmótica Ventajas y desventajas del proceso de liofilización. Aplicaciones de los productos liofilizados Materia prima, materiales y equipos utilizados en el proceso de deshidratación osmótica y liofilización. Propiedades fisicoquímicas de la papaya fresca variedad Maradol Propiedades fisicoquímicas de la papaya liofilizada variedad Maradol sin pretratamiento Relación entre humedad BS y Aw en los procesos de DO y DOIV Relación entre humedad BS y Aw en los procesos de DO-L y DOIV-L Valor de las pendientes (p) de las rectas que representan la relación entre el tiempo de secado y la constante c de las muestras sometidas a pretratamientos DO y DOIV en el proceso de liofilización. Tiempos de secado en el proceso de osmoliofilización Tiempo de secado simulado en el proceso de osmoliofilización con pretratamientos DO Tiempo de secado simulado en el proceso de osmoliofilización con pretratamientos DO Diferencias de color (∆E) en la papaya con tratamientos DO, DOIV, DO-L y DOIV-L
47
112021
2832
3342
44
4950
52
52
65
LISTA DE FIGURAS Pág
Figura 1.
Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7.
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
Figura 12. Figura 13.
Figura 14. Figura 15.
Figura 16.
Figura 17.
Figura 18.
Figura 19.
Sistema sólido-líquido: evolución de la deformación-relajación y HDM en un poro ideal Ciclo de liofilización Etapas de la Liofilización Diagrama del sistema Cielab Estructura de la molécula de β-Caroteno Estructura de la Vitamina A Pérdida de agua (∆Mw) con respecto al tiempo de tratamiento osmótico (DO y DOIV) . Pérdida de agua (∆Mw) con respecto a t para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV) Ganancia de sólidos ∆Ms con respecto al tiempo de tratamiento osmótico (DO y DOIV). Ganancia de sólidos (∆Ms) con respecto a t para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV) Variación de la actividad de agua (Aw) de la papaya con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica (DO y DOIV) Isotermas de desorción en los procesos DO y DOIV Variación de la actividad de agua (Aw) de la papaya osmoliofilizada con respecto al tiempo de pretratamiento Isotermas de desorción en los procesos de osmoliofilización Relación entre la humedad congelable, y la distancia entre el frente de hielo y la superficie Relación entre el tiempo de secado y la constante c de las muestras sometidas a pretratamientos DO y DOIV en el proceso de liofilización de acuerdo con la ecuación Tf = pc Comparación de los tiempo de secado en el proceso de osmoliofilización Variación de la fuerza máxima (g) en compresión y penetración de la papaya deshidratada osmóticamente (DO y DOIV). Fuerza (g) en compresión y penetración de la papaya deshidratada osmóticamente (DO y DOIV) con respecto a la actividad de agua (Aw)
101416222323
34
35
37
39
4142
4345
47
48
51
54
55
Figura 20.
Figura 21.
Figura 22.
Figura 23.
Figura 24.
Figura 25.
Figura 26.
Figura 27.
Figura 28.
Ganancia de fuerza (%) en compresión y penetración de la papaya osmoliofilizada sometida a diferentes tiempos de pretratamiento osmótico (DO y DOIV) Fuerza (g) en compresión y penetración de la papaya osmoliofilizada sometida a diferentes tiempos de pretratamiento osmótico (DO y DOIV) con respecto a la actividad de agua (Aw). Variación del valor a de la papaya con respecto al tiempo del proceso y de pretratamiento de deshidratación osmótica (DO, DOIV y DO-L, DOIV-L). Variación del valor b de la papaya con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica y de pretratamiento de deshidratación osmótica (DO, DOIV y DO-L, DOIV-L). Variación de la luminosidad (L) de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica Variación de la saturación (C) del color de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. Variación de la tonalidad (Hue) de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. Variación del contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca) en los procesos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) con respecto a los tiempos de tratamiento (h) Variación del contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca) en los procesos de osmoliofilización (DO-L y DOIV-L) con respecto a los tiempos de pretratamiento (h).
56
57
58
59
60
62
64
67
68
LISTA DE ANEXOS
Pág Anexo A.
Anexo B. Anexo C.
Anexo D.
Anexo E. Anexo F.
Anexo G.
Anexo H.
Anexo I.
Anexo J.
Anexo K.
Anexo L.
Anexo M.
Anexo N.
Anexo O.
Anexo P.
Tabla de resultados: Humedad (HBH y HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos. Tabla de resultados: Color (a, b, C*, L* H*) Tabla de los promedios y desviaciones estándar de los resultados obtenidos: Humedad (BH y BS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos Tabla de los promedios y desviaciones estándar del color (a, b, C*, L* H*) Tabla de resultados de la cinética de deshidratación osmótica Tabla de resultados de los pesos de las muestras en un proceso de cinética de liofilización con pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) Tabla de Humedad (BS) de las muestras en un proceso de cinética de liofilización con pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) Tabla del espacio Xt (m) entre el frente de hielo y la superficie del producto Tabla relación entre el tiempo de secado (Tf) con respecto a la constante “c” en el proceso de cinética de liofilización Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente (DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*) Análisis estadístico para las pérdidas de humedad (Mw) en la cinética de deshidratación osmótica Análisis estadístico para las ganancias de sólidos (Ms) en la cinética de deshidratación osmótica Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*) Curva para cuantificación de β-carotenos
7173
79
8395
96
97
98
99
100
107
113
116
119
126132
Anexo Q. Anexo R. Anexo S. Anexo T. Anexo U. Anexo V.
Anexo W.
Anexo X. Anexo Y. Anexo Z
Anexo AA. Anexo AB.
Gráficas de textura en fruta fresca Gráficas de Textura en DO y DOIV para 0.5 h Gráficas de Textura en DO y DOIV para 1 h Gráficas de Textura en DO y DOIV para 1.5 h Gráficas de Textura en DO y DOIV para 2 h Gráficas de Textura en DO y DOIV para 2.5 h Gráficas de textura en fruta liofilizada sin pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) Gráficas de Textura en DO-L y DOIV-L para 0.5 h Gráficas de Textura en DO-L y DOIV-L para 1 h Gráficas de Textura en DO-L y DOIV-L para 1.5 h Gráficas de Textura en DO-L y DOIV-L para 2 h Gráficas de Textura en DO-L y DOIV-L para 2.5 h
133134135136137138
139140141142143144
INTRODUCCIÓN
En la actualidad existe una tendencia mundial hacia la investigación y desarrollo de técnicas de conservación de alimentos que permiten obtener productos de alta calidad nutricional, que sean muy similares en color, aroma y sabor a los alimentos frescos y que no utilicen agentes químicos conservantes, con el fin de abastecer el mercado con nuevos y mejores productos alimenticios. La liofilización es un proceso de secado por sublimación, técnica actualmente utilizada para el procesamiento de productos en las industrias alimentaria y farmacéutica principalmente. La elevada calidad del producto deshidratado obtenido por este método ha despertado una gran inquietud en los ámbitos de investigación y tecnológicos por el estudio y desarrollo de innovaciones que reduzcan el costo de operación y permitan ampliar el espectro de aplicabilidad de la operación a un mayor número de productos. Por lo tanto, en el presente proyecto, se estudia el efecto de la deshidratación osmótica (a presión atmosférica y con pulsos de vacío) como pretratamiento realizado a temperatura ambiente (20 °C) y en soluciones osmóticas de 60 ° Brix, durante 5 tiempos (t) diferentes ( 0.5 , 1 , 1.5 , 2 y 2.5 h); sobre las propiedades fisicoquímicas (color, textura, actividad de agua (Aw), humedad, sólidos solubles y contenido de β- carotenos ) de la papaya (Carica Papaya L) variedad Maradol. Igualmente se busca establecer el pretratamiento de deshidratación osmótica más adecuado entre los dos estudiados para la preservación de las propiedades fisicoquímicas nombradas, determinando a la vez las cinéticas de deshidratación osmótica y de secado en el proceso de liofilización.
i
JUSTIFICACION
Con el fin de aumentar la competitividad en el mercado nacional e internacional, Liocol LTDA, empresa Colombiana procesadora de alimentos liofilizados (frutas, verduras, mariscos y carne de pollo), busca implementar alternativas previas al proceso de liofilización, que conserven la calidad sensorial y nutricional de los alimentos especialmente de las frutas y que permitan reducir los costos de producción con el fin de poder ofrecer a sus clientes productos deshidratados de mejor calidad y precio. La deshidratación osmótica, la cual consiste en una deshidratación parcial colocando el alimento en contacto directo con una solución altamente concentrada del soluto apropiado (Salunkhe D. K y col 1973) sin cambio de fase, se puede combinar con procesos complementarios como la refrigeración, congelación, liofilización, secado con aire caliente, adición de conservantes o empacado en vacío, logrando prolongar la vida útil de almacenamiento de los productos obteniéndose una mayor estabilidad hasta el punto de poderse mantener a condiciones ambientales con un empaque adecuado (Camacho Olarte Guillermo, 2004). En la actualidad en Colombia no existe referencia alguna de investigaciones realizadas en deshidratación de alimentos mediante técnicas combinadas como la deshidratación osmótica y la liofilización, por lo tanto el presente trabajo, el cual hace parte de un proyecto macro aprobado por Colciencias (Cod. 12300814213 contrato 305-2003) se enfocará en el efecto de dichas técnicas sobre las propiedades fisicoquímicas de la papaya, relacionando dos de las líneas de investigación del área de procesos agroindustriales de la universidad de La Sabana (secado y Propiedades Físicas).
ii
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Analizar el efecto del pretratamiento de deshidratación osmótica sobre las propiedades fisicoquímicas de la papaya (Carica Papaya L) en un proceso de liofilización . OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Analizar el efecto de la deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) y con pulsos de vacío (DOIV) sobre las propiedades fisicoquímicas (color, textura, Aw, humedad y β- carotenos ) de la papaya (Carica Papaya L).
• Determinar la cinética de deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) y
con pulsos de vacío (DOIV) de la papaya (Carica Papaya L).
• Determinar la cinética de secado en el proceso de liofilización
• Analizar el efecto de la liofilización con pretratamientos de deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) y con pulsos de vacío (DOIV) sobre las propiedades fisicoquímicas (color, textura, aw, humedad, sólidos solubles y β- carotenos ).
• Establecer cual es el pretratamiento adecuado de deshidratación osmótica entre
los dos estudiados en el proceso de liofilización para la preservación de las propiedades fisicoquímicas de la papaya (Carica Papaya L).
iii
CAPÍTULO 1
MARCO TEÓRICO 1.1. PAPAYA (Carica Papaya L.)
La papaya es una fruta perteneciente a la planta dicotiledónea de la familia Caricaceae, de la cual se cultivan diferentes variedades, nombradas en función del tamaño, forma, apariencia y procedencia de la fruta. Entre las principales variedades se tienen: hawaiana, cera, mamey, común, y Maradol, ésta última se ha destacado en los últimos años por su sabor y valores nutricionales muy atractivos para el consumidor, y además por sus excelentes cualidades de comercialización y rentabilidad que ofrece al productor, teniendo como principales características:
Tabla 1. Principales características de la papaya
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
Cosecha
La papaya es un fruto que después de haber sido cortado continua con su maduración por ser un fruto de patrón respiratorio climatérico, debido a esto se cosecha cuando el color de la epidermis empieza a cambiar de un color verde oscuro a un verde más claro, formando vetas amarillas que posteriormente se convierten en rayas amarillas de la punta de la fruta hacia el pedúnculo. 1
Las frutas pueden ser colectadas de dos a tres veces por semana y debe realizarse de preferencia durante las horas más frescas del día evitando el sobre calentamiento de las mismas.1
La planta se cosecha alrededor de 7 meses después del transplante y puede mantenerse hasta los 20 meses o más2
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ 5
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
Producción
Rendimiento: Alrededor de 35Kg/planta en el primer año y de 20 a 30 kg/planta/año en los años siguientes.
En condiciones óptimas se obtienen en Colombia alrededor de 120.000 toneladas por hectárea anuales 2
Entre los principales productores se encuentran Brasil, india y Mexico.
Fruto
El fruto tiene forma y tamaño homogéneos. El 66% son alargados provenientes de plantas hermafroditas y el 33% son redondos. 2El peso promedio de los frutos es de 1.5 a 2.6 kilogramos
Se caracteriza por tener gran consistencia de su epidermis, un grueso mesocarpio, lenta maduración y superficie lisa.
La corteza es delgada, suave, de color amarillo hasta amarillo verdoso rica en conductos de látex en los frutos jóvenes2
La pulpa abarca una gama de matices de colores que van desde el amarillo hasta el rojo salmón de sabor dulce y excelente consistencia 2. Tiene un alto contenido de humedad (hasta un 90%), azucares, vitaminas, minerales y substancias colorantes.3
Las semillas son de color castaño oscuro, redondas, rugosas y cubiertas de una capa mucilaginosa, de 5 a 7 mm de diámetro.
Conservación
La temperatura ideal para la papaya durante su transporte y almacenamiento es entre 8 y 10º C.3
Humedad relativa 80-85 % 3
Una vez madurado el fruto, cuando ya ha concluido su proceso de formación, puede conservarse a una temperatura inferior , alrededor de 4º C.
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ _6
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
Usos e industrialización
La papaya madura es muy apreciada como fruta para consumo fresco. También se utiliza en almíbar, jaleas y néctares, como ablandador de carnes por el contenido de papaína4.
A nivel medicinal contra parásitos intestinales.
En los procesos industriales para clarificación de cerveza, alimento para ganado, ingrediente para salsa de mesa, mejoramiento de sedas y fibras textiles
__________________________ 1 tomado de www.semilladelcaribe.com.mx/paginas/5-7.htm 2 tomado de www.semilladelcaribe.com.mx/paginas/producto.htm 3 tomado de www.sag.gob.hn/dicta/Paginas/papaya_agronegocios.htm 4 tomado de www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/paginas/cult_org/paginas/PAPAYA.htm
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ _7 1.1.1. Composición de la papaya
La siguiente tabla muestra el valor nutricional de la papaya (Carica Papaya L.) en 100 g de porción comestible:
Fuente: Morton, J.F. 1987. Fruits of warm climates. Ed. Media Incorporate p.p. 336-346. U.S.A.
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ _8 1.2 DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA (DO) El proceso de deshidratación osmótica consiste en la inmersión del alimento en una solución altamente concentrada (sacarosa) lo cual provoca la salida del agua del producto hacia el medio que la rodea con el fin de restablecer el equilibrio, produciéndose también cierta difusión del soluto de la solución hacia el tejido, penetrando la membrana plasmática y generando al mismo tiempo una plasmólisis5 que ocasiona la reducción del volumen. El alimento pierde hasta un 50 % de su peso original (Panadés G y col, 2003) prolongando a su vez la vida útil. En relación al tipo de agente osmótico utilizado en los procesos de DO, se deduce de otras investigaciones que para frutas se ha empleado principalmente sacarosa (Le Maguer,1988); la cual se disuelve en agua hasta dar una solución saturada del 67.1 % de sólidos a 20 °C (Ranken M,1993). También se ha trabajado entre otros con jarabes de maíz, glucosa, sorbitol, glicerol y fructosa . De todas las soluciones osmóticas utilizadas hasta el momento en frutas, pareciera que las que mayor ventaja tienen frente a las soluciones de sacarosa son los jarabes o productos cuyos solutos tienen pesos moleculares mas bajos que esta (glucosa, fructosa, sorbitol , etc.) con esto se consigue que los trozos de fruta, después del tratamiento tengan un menor contenido de humedad, mayor ganancia de sólidos y un menor valor de Aw (Bolin H.R, 1983). 1.2.1 Deshidratación osmótica con impregnación a vacío (DOIV) La deshidratación osmótica con pulsos de vacío es un proceso que consiste en aplicar, en uno o más ciclos, un tratamiento a vacío corto, normalmente de 10 a 15 minutos (Mafart P, 1994) a la fruta inmersa en la solución osmótica, prosiguiendo el resto de la operación a presión atmosférica, originándose un menor gasto energético ((Panadés G y col., 2003). La aplicación de pulsos de vacío causa la formación de poros y el rompimiento de membranas celulares lo cual permite mejorar las difusividades efectivas de los materiales dentro del producto. Al aplicar pulsos de vacío se presenta ruptura celular debido a la potencia dirigida a una subsecuente liberación de sustancias celulares, potenciándose la cantidad de agua perdida durante la DO. La mayor pérdida de agua presentada con pulsos de vacío puede ser atribuida al potencial de los mismos para afectar las estructuras de la pared celular haciendo las células más permeables para la transferencia de masa (Fito P y col., 1996). 5 Plasmolisis: rompimiento de membrana
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ _9 1.2.2. Mecanismo hidrodinámico (HDM) El mecanismo hidrodinámico juega un rol importante en operaciones de vacío sólido-líquido porque los cambios de presión en el sistema producen fuerzas conductoras responsables de la transferencia de masa, provocando cambios sobre las propiedades físicas de los alimentos de acuerdo a su estructura y propiedades mecánicas. En primer lugar al sumergir el producto en una solución osmótica con presiones de vacío se presenta una expansión del gas atrapado en los poros hasta obtener el equilibrio con la presión impuesta al sistema, lo que implica por una parte, un nivel de desgasificación de la estructura porosa del producto debido a la presión aplicada (ver figura 1), por otra parte existe una penetración del líquido por capilaridad una vez alcanzado el equilibrio de presiones en el sistema. (Navarrete N y col., 1998).. En segundo lugar, la instauración de la presión atmosférica provoca un nuevo gradiente de presiones que va a actuar como fuerza impulsora y que hará que los espacios intercelulares se llenen parcialmente de líquido, presentándose al mismo tiempo deformaciones de la matriz sólida debido a un cambio en el volumen del gas interno. La cantidad de líquido que impregne la estructura dependerá del nivel de desgasificación y por lo tanto de la presión de trabajo. (Navarrete N y col., 1998) Los mecanismos difusional y osmótico que intervienen en el proceso de deshidratación disponen de una mayor superficie de transferencia de materia, debido a que se aprovecha no solo la superficie externa del producto, sino también de la superficie interna de la estructura celular que han sido impregnados por acción del mecanismo hidrodinámico, incrementándose la cinética de transferencia de masa (Fito , 1994). En el HDM la deformación en la matriz, así como el mayor o menor grado de impregnación dependen esencialmente de:
• Las condiciones del tratamiento ( presión y temperatura). • La estructura del tejido (tamaño y distribución de los poros) • Las propiedades mecánicas del material • La velocidad de flujo del gas y del líquido durante el MHD que a su vez es
función de la estructura • La viscosidad de la solución osmótica • El tamaño y forma de la muestra
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _10
Figura 1. Sistema sólido-líquido: evolución de la deformación-relajación y HDM en un poro ideal.
Fuente: Navarrete N. y col. 1998 1.2.3 Ventajas y desventajas de la deshidratación osmótica El siguiente cuadro resume las ventajas y desventajas del proceso de deshidratación osmótica
Capítulo 1: Marco teórico_______________________________________________ 11
Tabla 3. Ventajas y desventajas del proceso de deshidratación osmótica
VENTAJAS DESVENTAJAS • Se disminuye la actividad de agua (aw), permitiendo obtener productos de humedad intermedia, evitando el desarrollo de microorganismos que rápidamente atacan y dañan las frutas en condiciones ambientales, prolongando su periodo de almacenamiento (Mazza, G, 1983; Lenart, A.; Flink, J.M, 1984) • Se conserva la estructura del producto aunque se presentan algunas deformaciones (Heng, K y col, 1990). • Se utiliza previamente a otros procesos de conservación como: secado con aire (Ponting, V y col,1966), pasteurización (Lerici, C.R y col,1988) y congelación (Andreotti, R y col,1985), etc. disminuyendo tiempos de proceso y a la vez costos de producción. • Los costos de producción también se reducen debido a que la DO es un proceso que no requiere consumo de energía eléctrica (a menos que se trabaje a temperaturas determinadas), debido también a la baja inversión en equipos, y a la posibilidad de reutilizar la solución osmótica. • Se evitan reacciones de oxidación (pardeamiento enzimático) que afectan directamente la apariencia del producto final, debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la masa de jarabe donde se halla la fruta.
• El proceso de DO no sirve para frutas que posean pulpa líquida ej: la pulpa de maracuyá o lulo maduro, • Tampoco se recomiendan a frutas que poseen alto número de semillas de tamaño mediano como la mora o guayaba • Algunas frutas pueden perder su poca acidez como el mango o la piña, aunque se puede corregir este inconveniente ajustando la acidez del jarabe a fin de que la relación de sabor ácido-dulce sea agradable al gusto • Se puede presentar ósmosis parcial de la fruta debido a la flotación que se presenta en el sistema por la diferencia de densidades entre solución y fruta • También se presentan inconvenientes con el manejo de los jarabes, relacionados con el almacenamiento de los altos volúmenes que se necesitan, el enturbiamiento que se genera por el desprendimiento de solutos de las frutas allí sumergidas; el riesgo de contaminación microbiana cuando ha descendido a niveles inferiores a 60°Brix • Finalmente, la presencia de insectos en los sitios donde se manejan los jarabes debido a la atracción que estos tienen por los aromas frutales .
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ 12 1.2.4. Cinética del proceso de deshidratación osmótica Dentro de las variables que afectan la cinética del proceso de deshidratación osmótica de frutas y hortalizas, se destacan principalmente: la temperatura, el tipo de agente osmótico y la concentración de la solución (Beristain, C.I, 1990), el tipo de fruta u hortaliza y su estado de madurez (Lerici 1988) así como también el tamaño, forma y geometría de las muestras (Lerici 1985; Mastrocola, 1988 y Shafiur y Lamb, 1990) . Según Fito P y col (2001) la influencia de los tratamientos a vacío es muy importante en la cinética de los fenómenos de transferencia de masa, especialmente en lo que hace relación a la pérdida de agua y la reducción de peso de los alimentos durante el tratamiento osmótico. Este mismo investigador manifiesta que los efectos de la aplicación del vacío no solo se explican por los mecanismos difusional y osmótico, sino por la acción de un mecanismo hidrodinámico (HDM). Así mismo la aplicación de vacío permite velocidades más rápidas respecto al mismo proceso realizado a presión atmosférica. De esta forma es posible trabajar a temperaturas más bajas y obtener productos de mejor calidad. De acuerdo con Shi X. y col (1995) la cinética de la deshidratación osmótica está relacionada con la pérdida de agua (∆Mw) y la ganancia de sólidos (∆Ms), expresados como fracción (kg de agua perdida / kg de fruta fresca), con base en las siguientes ecuaciones: Pérdida de agua (∆Mw):
∆0
00
MXMXMM wttw
w−
= (1)
Ganancia de sólidos (∆Ms):
∆0
0
MXMXMM sostt
s−
= (2)
Donde: Mo : Peso inicial de la muestra (kg) Mt : Peso de la muestra tratada osmóticamente en un tiempo t (kg). Xso: Contenido de sólidos solubles de la muestra inicial (kg / kg). Xst : Contenido de sólidos solubles de la muestra tratada en un tiempo t (kg / kg). Xwo: Contenido inicial de humedad de la muestra (kg / kg). Xwt : Contenido de humedad de la muestra tratada en un tiempo t (kg / kg).
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _13 Igualmente, Shi X. Q. y col(1995) hacen referencia a algunos autores, quienes afirman que la fracción de difusión del agua (Mw) del tejido es proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de contacto, de acuerdo con la siguiente ecuación:
tKM ww = (3) Teniendo en cuenta que:
wo
ww X
MM ∆= (4)
Donde: Kw: Coeficiente de difusión t: Tiempo de contacto (min) 1.2.5. Aplicaciones de los productos deshidratados osmóticamente
Generalmente los frutos deshidratados osmóticamente pierden cerca del 40% del contenido de humedad, convirtiéndolos en productos semielaborados que no son estables a temperatura ambiente. En estas condiciones estas frutas pueden servir de materias primas empleadas por otras industrias como pueden ser la de pastelería, la láctea, la de pulpas para obtener concentrados etc. También se pueden emplear como productos estables a condiciones ambientales cuando han llegado a perder cerca del 70 % del agua, pudiéndose emplear como pasabocas solos o mezclados6.
Por otro lado, los jarabes se pueden reutilizar como edulcorantes de productos específicos, como sería el caso de néctares, yoghurts, salsas para helados y salsas para postres.( Fuentes C y Col, 2001).
1.3. LIOFILIZACION La liofilización es un proceso de deshidratación cuyo principio es la sublimación del hielo de un producto congelado. Es una operación de interés durante el procesado de productos biológicos, farmacéuticos y alimenticios sensibles a los niveles de temperatura del secado convencional.
6 Tomado de www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia
Capítulo 1: Marco teórico______________________________________________ 14
1.3.1 Descripción general del proceso de liofilización
El proceso de liofilización consta de dos etapas: congelación y secado. En la etapa de secado, el agua u otro disolvente se elimina en forma de vapor desde el estado congelado del material por sublimación en una cámara de vacío (ver figura 2).
Una vez el disolvente (generalmente agua) ha sublimado, el vapor resultante se condensa o se elimina por medio de bombas de vacío o eyectores de vapor.
Barbosa, G. (2000) cita a varios autores quienes describen las etapas del proceso de liofilización incluyendo la etapa de congelación y etapas primaria y secundaria de secado de la siguiente manera:
1.3.1.1. Etapa de congelación
La temperatura y tiempo de congelación de productos alimentarios es función de los solutos en solución que contiene. Para los alimentos la temperatura de congelación es más baja que para el agua pura, ya que los solutos del agua no congelada se van concentrando y la temperatura de congelación va disminuyendo continuamente hasta que la solución queda congelada (ver figura 3). Al final de la congelación la masa entera del producto se ha convertido en rígida formando un eutéctico, que consiste en cristales de hielo y componentes del alimento. Se requiere llegar al estado eutéctico
Temperatura (°C)
Presión (Pa)
0.01
610
A B
C
D
Punto triple
Gas Vapor
Líquido Agua
Sólido Hielo
Figura 2. Ciclo de liofilización. AB: congelación; BC: vacío; CD: sublimación.
Tomado de : Mafart Pierre. Ingeniería Industrial Alimentaria. Volumen I. Ed. Acribia S:A: Zaragoza, España, 1994.
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _15 para asegurar la eliminación del agua sólo por sublimación y no por combinación de sublimación y evaporación. Se debe evitar una fusión y una inadecuada congelación ya que la formación de sustancias porosas y gomosas aparecerá en el producto final (Barbosa, G y col., 2000). Adicionalmente, la congelación reduce la viscosidad del producto logrando una matriz sólida que se debe mantener durante el proceso cuidando siempre estar debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg) para obtener los mejores resultados. El valor de Tg del está por debajo de la T eutéctica (Te) del sistema. El rango Tg-Tm (T fusión del hielo) corresponde a un área de estado elástico de la matriz amorfa concentrada y es la región donde ocurre el crecimiento de cristales como consecuencia del incremento en la movilidad molecular en la fase amorfa. Las temperaturas típicas de congelación (-18, -20ºC) son normalmente mayores que la Tg de muchos productos, como en el caso de las frutas que además de agua pierden carbohidratos y otros componentes. (Fito P. y col., 2001).
1.3.1.2. Etapas primaria y secundaria del secado
Durante el proceso de liofilización se pueden distinguir dos etapas de secado. La primera es la sublimación del hielo bajo vacío, generalmente de 10 a 15 minutos (Mafart P. ,1994). El hielo sublima cuando se suministra la energía correspondiente al calor latente debido a la baja presión en la cámara de secado, el vapor de agua generado en la interfase de sublimación es eliminado a través de los poros. El condensador previene el retorno del vapor de agua hacia el producto. La fuerza impulsora de la sublimación es la diferencia entre la presión de vapor de agua en la interfase del hielo y la presión parcial de agua en la cámara de secado. La energía para la sublimación del hielo (calor latente) es suministrada por radiación o conducción a través del producto congelado. El punto triple del agua se sitúa a la presión de 610 Pa, a la temperatura de 0.01°C. por lo tanto la sublimación solo puede tener lugar a una temperatura inferior a 0°C y a una presión de vapor inferior de 610 Pa, por otra parte, la sublimación es un cambio de estado endotérmico que consume alrededor de 2800 KJ/Kg de hielo sublimado (Jennings T. 1999).
La etapa secundaria de secado comienza cuando se ha agotado el hielo en el producto y la humedad proviene del agua parcialmente ligada en el material que se está secando. En este momento para finalizar el proceso de liofilización se debe aumentar lentamente la temperatura (máximo hasta 30 °C), del sistema para evitar que la estructura de la parte sólida colapse, lo que se traduce en una reducción de la velocidad de sublimación de hielo en el producto. (ver figura 3)
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _16
1.3.2. Cambios estructurales durante la liofilización
Los alimentos liofilizados se caracterizan por tener una estructura de baja densidad que proviene de los espacios huecos en forma de aguja que previamente estaban ocupados por cristales de hielo.
El colapso en la estructura de los productos se presenta cuando aumenta la movilidad de la fase concentrada. Se obtiene un cambio en la densidad global cuando se calienta el producto hasta la temperatura de transición vítrea, este cambio es conocido como colapso. El fenómeno se nota por un encogimiento del producto seco y es atribuido a la reducción de la viscosidad de la matriz sólida. La temperatura a la cual se produce el colapso es función del contenido de humedad y de solutos del alimento. Puntos intermedios de la capa seca son más susceptibles de colapsar que las capas externas.
La rápida caída de presión hace que el alimento se esponje y desarrolle una estructura porosa que posibilita su deshidratación y mejora constantemente su rehidratación. (Jennings T. 1999)
Figura 3. Etapas de la Liofilización Tomado de: Barbosa G. – Cánovas H. Deshidratación de alimentos. Editorial Acribia, S.A. Zaragoza España, 2000.
Temperatura
Tiempot3t2t1
Congelación
Secado primario
Sublimación del hielo
Secado secundario Eliminación de agua
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _17
1.3.3. Influencia de la presión de la cámara de secado
La disminución en la velocidad de sublimación se presenta al sobrepasar la presión óptima debido a que al aumentar la presión del proceso se disminuye el gradiente de presión entre el frente de sublimación y la superficie del producto aumentándose a la vez la temperatura de sublimación provocando una disminución del gradiente de temperatura que como consecuencia lleva a la disminución de la cantidad transferencia masa y a la cantidad de transferencia de calor.
Cuando se desciende por debajo de la presión óptima llegando a un vacío muy intenso se provoca un desaireado del producto de tal manera que cesan los movimientos de convección lo que se traduce en la disminución de la conductividad térmica del producto provocando también una disminución en la velocidad de sublimación (Barbosa G y col,2000).
1.3.4. Influencia de la porosidad del producto
La difusión de vapor aumenta con la porosidad, razón por la cual la lenta velocidad de congelación del producto provoca rápida velocidad de secado ya que los cristales formados son voluminosos y se transforman en poros después de la sublimación. Los cristales formados durante la congelación son más pequeños en cuanto mayor es el extracto seco inicial. Por lo tanto, la velocidad de liofilización disminuye cuando aumenta el extracto seco del producto (Mafart P. 1994)
1.3.5. Cinética de liofilización La cinética de la liofilización se divide en cinética de congelamiento y cinética de sublimación. La cinética de congelación está relacionada con la formación del estado eutéctico de las muestras; y la cinética de sublimación con la eliminación del hielo a través de los poros en forma de vapor de agua. Para la cinética de sublimación se tiene en cuenta el modelo de estado estacionario, con base en los siguientes supuestos:
• La temperatura de la superficie es constante durante la etapa de sublimación • El calor solo entra por la capa seca • La transferencia de masa solo es a través de la capa seca • El frente de hielo solo mantiene una posición paralela a la superficie • Tanto la conductividad térmica, la cual depende de la composición y de la
estructura celular de la muestra; como la permeabilidad se mantienen constantes en el producto.
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _18
De acuerdo con la transferencia de masa del proceso de sublimación en estado estacionario se tienen las siguientes ecuaciones que relacionan la velocidad de pérdida de masa de agua con el flujo de vapor a través de la capa porosa (5) y la velocidad de pérdida de agua con la variación de la fracción de agua en el producto y el movimiento del frente de hielo (6)
xpb
dtAdW ∆
= (5)
( )dtdxmm
dtAdW
ts −= 0ρ (6)
Siendo:
b: La permeabilidad ∆p: Presión de vapor del hielo a la temperatura medida x: Distancia entre el frente de hielo y la superficie (m) m0 y mt : Los contenidos de agua (fracción) inicial y final definidos en base seca ρs: Densidad de la capa seca (kg/m3) Por otro lado la Ley de Fourier en estado estacionario se utiliza para describir la transferencia de calor:
( )x
TTAKQ iS −=.
(7)
Haciendo un balance de calor en el frente de hielo, asumiendo que todo el calor que entra al producto es utilizado en el proceso de sublimación se tiene.
.QH
dtdW
=∆ (8)
Donde: A: Área de transferencia (m2) K: Conductividad térmica del producto seco (Wm-1K-1) Ts y Ti: Temperaturas de la superficie y del frente de hielo (K) ∆H: Calor latente de sublimación (2840000 Jkg-1)
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _19
Finalmente asumiendo que existe un equilibrio entre la transferencia de masa y calor; reemplazando 7 en 8, igualando con 6 y luego integrando, se obtiene el tiempo de secado (9) el cual es aproximadamente proporcional al cuadrado del espesor del producto, razón por la cual resulta favorable trabajar con capas delgadas o trozos de tamaño pequeño (Mafart P. 1994).
( )( )is
tstf TTK
mmHxT−−∆
=2
02 ρ (9)
1.3.6 Ventajas y desventajas del proceso de liofilización En la siguiente tabla se describen las ventajas y desventajas del proceso de liofilización
Capítulo 1: Marco teórico__________________________________________ _ _20
Tabla 4. Ventajas y desventajas del proceso de liofilizaciónVENTAJAS DESVENTAJAS
• Las bajas temperaturas de operación reducen las reacciones de degradación (desnaturalización de proteínas, reacciones enzimáticas) ; pérdidas de sabor y aroma. • La liofilización produce alimentos de mayor calidad que los obtenidos por algún otro método de secado debido a la rigidez estructural que proporciona la congelación, evitando el colapso del sólido y dando lugar a una sustancia porosa y esponjosa fácilmente rehidratable, lo que le permite volver a su forma y estructura original por adición de agua. • Los productos liofilizados son ligeros, poseen de un 10 % a 15 % del peso original y no requieren refrigeración; incluso se pueden llegar a obtener productos con humedad inferior al 2 %. • El secado a una temperatura inferior a la ambiente y en condiciones de vacío en el proceso de liofilización hace que los productos que se descomponen o sufren cambios en su estructura, textura, apariencia y/o aromas como consecuencia de altas temperaturas, puedan secarse con un daño mínimo (Barbosa G y col,2000). • Detiene el crecimiento de microorganismos (hongos, moho, etc.), inhibe el deterioro por reacción química (cambio de color y sabor, ranciedad, pérdida de propiedades fisiológicas, etc.), • Reduce el peso de los producto, lo cual reduce costos de transporte y el almacenamiento sin gastos de conservación, proporcionando un alto valor agregado para las exportaciones • La liofilización proporciona un producto completamente natural que está libre de aditivos y conservadores
• Una de las mayores desventajas de la liofilización son los costos energéticos y los largos periodos de secado, haciendo de este un proceso costoso debido a las bajas velocidades de secado que se consiguen, al uso de vacío y, sobretodo, a las bajas temperaturas necesarias en el condensador (Izcara I., 1993). • Alistar la materia prima para el proceso de liofilización es una labor dispendiosa, lo cual aumenta tiempos de producción afectando los costos del proceso.
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _21
1.3.7. Aplicaciones Los productos liofilizados tienen variedad de aplicaciones, las cuales se referencian a continuación:
Tabla 5. Aplicaciones de los productos liofilizados PRODUCTO TIPOS USOS
Vegetales y Legumbres Desde apio hasta zanahorias y todo lo que se encuentra entre ellos
Sopas instantáneas, comidas rápidas, comidas preparadas para perder peso, suplementos alimenticios, salsa, aderezos y productos lácteos
Cereales preparados, cereales calientes, bebidas energéticas, panecillos, galletas, mezclas preparadas para pastel, bebidas de frutas, granola, galletas y barritas alimenticias, compotas y dulces
Frutas con infusión Fresa, cereza Cereales preparados, cereales calientes, bebidas energéticas, galletas, mezclas preparadas para pastel, bebidas de frutas, granola, galletas y barritas alimenticias, compotas y dulces
Hierbas y Especies. Albahaca, alcaparras,cebollín, cilantro, granos de pimienta verde y rosa, hierbabuena, perejil, romero, estragón, hojas de laurel, hojas de apio, hinojo, mejorana, salvia, tomillo.
Mezclas para envases de especies, pimienta molida, condimentos, aderezos secos, paquetes de salsa y salchicha, aderezos para ensaladas, condimentos surtidos, uso diario
Materiales no vivientes Plasma sanguíneo, suero, soluciones de hormonas, productos farmacéuticos biológicamente complejos como vacunas, sueros y antídotos
Transplantes quirúrgicos
Tejido conectivo: Arterias, piel y huesos Transplantes quirúrgicos Productos farmacéuticos Antibióticos, vacunas Productos medicinales Microorganismos Bacterias, virus y levaduras Producción agrícola y
productos medicinales Fuente: Jennings, Thomas A. Lyophilization, Introduction and Basic Principles. Ed. Interpharm. Denver, Colorado. 1999
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _22
1.4 PROPIEDADES FISICOQUIMICAS Adicional a las propiedades de humedad y actividad de agua (aw) se encuentran la textura, el color y el contenido de β-Carotenos dichas propiedades revisten importancia por permitir al consumidor valorar la calidad de los alimentos en cuanto su aspecto y valor nutricional. 1.4.1 Color La cuantificación del color con el sistema Cielab está dado por un sistema cromático mediante las coordenadas rectangulares L*, a* y b* (Alvarado J.; Aguilera J, 2001). y coordenadas cilíndricas de claridad (L*), croma o saturación (C*) y tonalidad (H*). Ver figura 6.
Figura 4. Diagrama del sistema Cielab FUENTE: Alvarado, J. Aguilera, J. Métodos para medir propiedades físicas en industrias alimentarias. Zaragoza. Editorial Acribia
S.A . 2001. Pág 29
Negro
L* Blanco
-a* Verde
a*+ Rojo
b*+ Amarillo
-b* Azúl Púrpura
Naranja
C*
H*
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _23
Claridad (L*) es un atributo con respecto al cual se clasifican la serie de grises que van del blanco al negro. Es prácticamente sinónimo de “intensidad transmitida” y es inversamente proporcional a la concentración de la solución coloreada. L es la aproximación matemática no lineal del blanco-negro, siendo el blanco perfecto L=100 y el negro perfecto L=0. “a” y “b” identifican la tonalidad (H*) atributo que distingue el tinte, y el croma (C*) del material el cual denota la saturación del color, un valor positivo de “a” indica una tendencia al rojo, un valor negativo indica tendencia al verde (Ver figura 6). El “b” es un parámetro que junto a las dos anteriores explican el color de los alimentos, una tendencia positiva quiere decir que se orienta hacia el tinte amarillo, una negativa hacia el azul. (Alvarado J. y Aguilera J., 2001) 1.4.2 β-Carotenos Los carotenoides son pigmentos naturales, sustancias lipofílicas responsables del color amarillo, naranja y rojo de las frutas. Debido a un extenso sistema de dobles enlaces conjugados (sistema cromóforo) los carotenoides presentan gran capacidad para absorber luz de la región visible y en consecuencia su gran coloración (ver figura 5). Los carotenoides se pueden transformar biológicamente en vitamina A (provitamina A), generalmente a partir de productos provenientes de frutas y vegetales, sólo cuando el cuerpo lo requiere evitando así la toxicidad del exceso de ésta vitamina (ver figura 6). Los carotenoides se clasifican en dos grupos: carotenos y xantofilas. Los carotenos sólo contienen carbono e hidrógeno, mientras que las xantofilas contienen además oxígeno. Dentro de los carotenos que presentan mayor bioactividad relativa de provitamina A se encuentra el β-caroteno con el 100% de actividad relativa. (Vega, L. Y col, 2003)
Figura 5. Estructura del β-Caroteno Tomado de Hoagland L. Food Chemistry, 1961
Figura 6. Estructura de la Vitamina A Tomado de Coultate T.P. Alimentos, quimica de sus componentes, 1990
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _24
Debido a su estructura, los carotenoides están sujetos a muchos cambios químicos inducidos por las diferentes condiciones de procesamiento. Su destrucción reduce el valor nutritivo e induce una decoloración y una pérdida de sus características organolépticas. La pérdida de estos pigmentos se debe fundamentalmente a reacciones de oxidación, sea por oxígeno o por enzimas como la lipoxigenasa, y se presenta generalmente durante el secado. Su interacción con algunos constituyentes de los alimentos ejerce un efecto protector contra las reacciones de oxidación, de tal forma que los carotenoides se oxidan más fácilmente cuando se extraen del fruto o se purifican. Los carotenoides se oxidan fácilmente por medio del calor, el aire favorece la oxigenación de los dobles enlaces a funciones epóxido, hidroxilos y peróxidos, entre otros (Vega L., 2003); la oxidación de los carotenoides se acelera por la presencia de metales, luz y enzimas y se reduce por la adición de antioxidantes y de ácido ascórbico. Se ha visto que la estabilidad de los carotenoides depende de la actividad de agua en sistemas modelo de alimento sólido que semejan a los pigmentos deshidratados. Esto parece deberse a un efecto indirecto, ya que al reducirse la humedad del alimento, el ácido ascórbico y las sales de cobre se solubilizan y se concentran, formando un sistema antioxidante que protege los carotenoides. La pérdida de carotenoides se reduce a valores de actividad de agua ligeramente por encima de los de la capa monomolecular, pero aumenta al incrementar la actividad de agua a 0.5 o más. (Badui, 1995) Para la cuantificación de carotenoides se recomienda la cromatografía líquida de alta presión acoplada con detector de arreglo de diodo, el cual permite identificar y cuantificar simultáneamente un grupo importante de carotenoides. Un método alternativo es la separación de éstos utilizando cromatografía de columna. Igualmente se recomienda el método espectrofotométrico a una longitud de onda máxima de 453 nm. Para la cuantificación de los carotenoides no se recomienda la cromatografía de capa fina, por la dificultad para recuperar los mismos, separarlos en las placas y la posibilidad de isomerización y oxidación en la superficie altamente expuesta; tampoco es apropiada la cromatografía de gases debido a la baja volatilidad y termolabilidad de éstos compuestos. (Vega L. 2003)
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _25
1.4.3 Textura La textura describe el atributo de un producto alimenticio que resulta de una combinación de propiedades físicas y químicas , percibidas en gran medida mediante los sentidos del tacto, vista y oído. Es una de las propiedades que el consumidor está evaluando en forma permanente para aceptar o rechazar alimentos (Fito,2001). Para evaluar la textura de forma objetiva, se pueden utilizar métodos instrumentales como experimentos de compresión y de penetración para determinar atributos mecánicos (firmeza) de textura, los cuales se describen a través de: 1.4.2.1 Compresión Existen dos tipos de experimentos de compresión: en una sola dirección y global. En el primero, la muestra es comprimida en una sola dirección, y no es deformada en las otras dos, se utiliza a menudo para evaluar la dureza o resistencia de los alimentos sólidos. Para esto es necesario registrar las curvas de compresión donde se relaciona fuerza vs tiempo, obteniéndose al aplicar sobre el producto una fuerza durante cierto tiempo (Lewis M. J., 1993). La compresión global se realiza en las tres direcciones, generalmente en este tipo de experimentos se utilizan muestras con forma cilíndrica, y se deforman a una velocidad constante, con lo que la muestra disminuye su altura y aumenta su diámetro. 1.4.2.2 Penetración En este tipo de ensayo la muestra es penetrada con una varilla o punzón y se utilizan muestras de diferentes tamaños y geometrías. Este experimento hace posible conocer los valores de fuerza requerida para comprimir y fracturar la muestra, correlacionándose bien con la mayoría de las propiedades sensoriales de los alimentos. Imita las grandes deformaciones a la rotura que se producen en la masticación. Es el método que a menudo se utiliza para determinar la fuerza de los alimentos sólidos (Lewis M. J., 1993).
Capítulo 1: Marco teórico_____________________________________________ _26
1.4.4. Algunos Factores que afectan las propiedades fisicoquímicas Finalmente, dentro de los factores que afectan las propiedades fisicoquímicas se encuentran las deformaciones alcanzadas en la deshidratación osmótica, las cuales dependen esencialmente de la estructura del tejido, no sólo debido a la porosidad total, sino también al tamaño, a la forma de distribución de los poros y a la comunicación entre ellos y el líquido externo, lo que significa que la resistencia del flujo del gas y líquido de los poros será condicionante de la deformación y la impregnación. Además de la estructura y la viscosidad de la solución osmótica (Fito, P y col, 1996), se encuentra las condiciones de operación (presión y temperatura).
Otro factor que afecta las propiedades fisicoquímicas es la temperatura de transición vítrea (Tg), la cual puede hacer que se presenten alimentos en estado vidrioso o cauchoso. Por debajo de la Tg se presenta el estado vidrioso, en este, el producto es estable porque el agua está inmovilizada por la estructura vidriosa. Por encima de Tg , los alimentos entran en el estado cauchoso y están sujetos al fenómeno del colapso cuando el agua es retirada de la estructura. En alimentos de humedad intermedia el fenómeno de colapso se puede presentar como endurecimiento, sinéresis o crecimiento microbiano (Labuza T., 1996).
CAPITULO 2
MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 MATERIALES Y MÉTODOS EN LOS PROCESOS DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Y LIOFILIZACIÓN 2.1.1 Materia prima Se utilizó papaya (Carica papaya L.) variedad Maradol, seleccionada en supermercado local (Surtifruver) de Bogotá, con un grado de maduración similar (grado 37, donde el color rojo-amarillo cubre entre 50-75% la fruta ). Las papayas fueron inmediatamente peladas y cortadas manualmente en muestras de aproximadamente (15 x 15 x 3 mm) para su posterior análisis fisicoquímico (humedad, contenido de β-carotenos, actividad de agua, color y textura) y procesamiento. Los análisis fisicoquímicos fueron realizados por triplicado a partir de muestras seleccionadas aleatoriamente del material cortado. 2.1.2 Deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) y con impregnación a vacío (DOIV) La fruta cortada fue sumergida en solución osmótica con sacarosa a 60 °Brix8 (Relación 1:5 en peso), a 20 ºC durante 0.5, 1, 1.5, 2 y 2.5 h. Para los tratamientos con impregnación a vacío, se aplicó un pulso (presión máxima 22.6 KPa) al inicio del tratamiento durante 15 minutos. Una vez alcanzado el tiempo de tratamiento osmótico, la fruta fue extraída de la solución y secada con paños de papel para retirar trazas de solución en la superficie y proceder con la evaluación fisicoquímica (humedad, contenido de β-carotenos, actividad de agua, color y textura). Para calcular la cinética en los procesos de deshidratación (DO y DOIV) se tuvieron en cuenta las perdidas de humedad y la ganancia de sólidos en las muestras.
27 7 Las muestras deben tener un mismo grado de maduración porque las propiedades fisicoquímicas cambian para los diferentes grados. 8 Escogido de acuerdo con Moreno J. Y col., 2004 y luego de realizar pruebas preliminares.
Capítulo 2: Materiales y Métodos______________________________________ _28
2.1.3 Liofilización Las muestras deshidratadas osmóticamente (DO y DOIV) fueron distribuidas uniformemente en bandejas de aluminio y sometidas a congelación a -35ºC durante 24 horas en la cámara de liofilización. Una vez congeladas fueron deshidratadas en un liofilizador industrial marca Northstar propiedad de la empresa Siempreviva, durante 11 días a -35ºC y 6.66 Pa. Inmediatamente después de la liofilización, las muestras fueron extraídas y clasificadas de acuerdo con el tipo y tiempo de pretratamiento osmótico, empacadas en bolsas de polietileno y almacenadas en condiciones ambientales hasta su análisis fisicoquímico. Para determinar la cinética de secado se sometieron algunas muestras de cada uno de los pretratamientos (DO y DOIV) al liofilizador de la Universidad de La Sabana marca Labconco registrándose cada hora directamente los pesos de las muestras. 2.2 MÉTODOS ANALÍTICOS En la siguiente tabla se muestran los métodos analíticos utilizados para cada prueba fisicoquímica, así como también la materia prima y los equipos necesarios en cada procedimiento.
Tabla 6. Materia prima, métodos analíticos y equipos utilizados en el proceso de deshidratación osmótica
y liofilización.
PROCEDIMIENTO MATERIA PRIMA METODO ANALITICO
EQUIPO E INSTRUMENTOS DE
ANÁLISIS Deshidratación
osmótica sin pulsos de vacío
(DO)
Azúcar, agua y Papaya fresca.
Determinación de contenido de sólidos solubles en solución
osmótica (ºBrix)
Refractómetro marca Polsky
Deshidratación osmótica con
pulsos de vacío (DOIV)
Azúcar, agua y Papaya fresca
Determinación de contenido de sólidos solubles en solución
osmótica (ºBrix)
Refractómetro marca Polsky
Deshidratador osmótico
Liofilización
Papaya deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV)
Determinación de pérdida de peso
Balanza
Liofilizador
Determinación de
humedad
Papaya:
Fresca, deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV) y liofilizada
Secado de acuerdo a la norma AOAC
No 20.013 de 1980
Estufa marca WTB BinderBalanza analítica marca
Metter
Capítulo 2: Materiales y Métodos______________________________________ _29
PROCEDIMIENTO MATERIA PRIMA METODO ANALITICO
EQUIPO E INSTRUMENTOS DE
ANÁLISIS
Determinación del contenido de β-Carotenos
Papaya: Fresca, deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV) y liofilizada
Reactivos Éter de petróleo
Acetona Hexano
Espectrofotometría Basado en la norma
AOAC No. 938.04 de 1994 con ajustes
desarrollados por el autor del presente
proyecto.
Espectrofotómetro CARY 100
Balanza analítica
Determinación de actividad de agua
Papaya: Fresca, deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV) y liofilizada
De acuerdo con el manual del equipo
Novasina
Determinación de textura
Papaya:
Fresca, deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV) y liofilizada
textura por compresión y penetración
Texturómetro TA-XT2Accesorios:
Plataforma (Heavy Duty Platform)
Soporte para fractura Sonda esférica
P/0.25S
Determinación de color
Papaya:
Fresca, deshidratada osmóticamente (DO y
DOIV) y liofilizada
Evaluación
colorimétrica según el programa diseñado por Color Eng Inc
(CEI)
Cámara digital Cámara oscura
Computador con software Image Tool
y Colorpro (libre en la web)
2.2.1 Análisis de Color Para cuantificar el color en la fruta fresca y procesada se ubicaron las muestras en la cámara oscura, sobre un fondo blanco y sin brillo, cuidando que la distancia de la muestra hacia las luces sea de 30 cm y con un ángulo de inclinación de 45° y un ángulo de observación con respecto a la cámara digital de 10º. Enseguida fueron tomadas las fotos sin flash y con alta resolución, cubriendo la cámara oscura y la cámara digital con un plástico negro evitando el paso de luz. Finalmente se analizó la imagen con el programa Image Tool escogiendo como mínimo 10 puntos (coordenadas R, G, B) de la muestra y convirtiéndolos en coordenadas triestímulo con el programa Colorpro a valores del sistema Cielab a*, b*, L*, H, C.
Capítulo 2: Materiales y Métodos______________________________________ _30
2.2.2 Determinación del contenido de β-Carotenos Para la determinación del contenido de β-Carotenos en fruta fresca y procesada se maceraron 5 g de fruta con acetona y hexano (1:9) completando el volumen hasta 25 ml, dejando reaccionar durante 2 horas agitando cada 15 minutos. Enseguida se midieron 4 ml de éter de petróleo, agregando 600 µl de la solución preparada anteriormente. Finalmente por espectrofotometría se midió la absorbancia a una longitud de onda de 449 nm. Teniendo en cuenta la curva para la cuantificación del contenido β-carotenos (Amaya C., 2004) se obtuvo la concentración, de acuerdo con la siguiente ecuación:
Abs = 0.32645 * C (10)
Donde: Abs: Absorbancia C: Concentración de β-Carotenos (mg/ L) en la muestra total 2.2.3 Análisis de Textura Para determinar la firmeza en la fruta fresca y procesada, se determinó el parámetro de fuerza máxima (g) en compresión y penetración, utilizándose como aditamento sonda esférica P/0.25S. El texturómetro fue configurado de la siguiente manera: Modo del ensayo: medición de fuerza en compresión Velocidad de pre-ensayo: 2.0 mm/s Velocidad de ensayo:1.0 mm/s Velocidad de post-ensayo: 10 mm/s Distancia: 15 mm Tiempo: 5 s Fuerza: 100 g Tipo de Trigger: Auto Velocidad de adquisición de datos: 200 pps Posteriormente se ejecutó el ensayo obteniéndose las curvas de fuerza máxima (g) contra tiempo (s)
Capítulo 2: Materiales y Métodos______________________________________ _31
2.2.4 Análisis estadístico Se utilizó un análisis de varianza con el fin de determinar si los tratamientos realmente aplicaron la variabilidad del proceso, teniendo en cuenta el siguiente modelo factorial: Yij = µ + tiempo + tratamiento + error Donde: µ: media de tratamientos i : variables (Humedad, aw, color, textura y contenido de β- carotenos) j: pruebas por triplicado (1,2,3) Posteriormente se realizaron pruebas de diferencias de medias de Duncan y Tukey utilizando el software SPSS 10 (1999) para establecer si realmente existían diferencias entre los tratamientos y sus distintos niveles de mediciones ( tiempo: 0.5 h, 1 h, 1.5 h , 2 h y 2.5 h). se trabajó con un nivel de confianza del 95 % en las estimaciones.
CAPÍTULO 3
RESULTADOS Y ANÁLISIS
3.1. CARACTERIZACIÓN DE LA PAPAYA FRESCA Y LIOFILIZADA 3.1.1. Papaya fresca Para la papaya fresca se realizaron las siguientes pruebas fisicoquímicas de caracterización por triplicado: color, textura, actividad de agua (Aw), humedad, contenido de sólidos solubles y contenido de β- carotenos. Estos valores son tomados como punto de referencia para los tratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV). La tabla 7 resume los promedios de los resultados de caracterización fisicoquímica (Anexos A y B):
Tabla 7. Propiedades fisicoquímicas de la papaya fresca variedad Maradol PROPIEDAD PROMEDIOS DESV. EST % Humedad BH 87,81 0,280 Firmeza (g) 523 53,974 Actividad de agua (Aw) 0,968 0,009 Contenido β- carotenos (mg/g fruta seca) 0.0108 0,0002
Croma 43,791 2,711 Hue 83,626 0,905 Color
Luminosidad 67,939 0,735 La Firmeza corresponde a la fuerza máxima (g) en compresión y penetración de acuerdo con el numeral 2.2.3. Los valores corresponden al promedio de tres análisis realizados, excepto los de color que corresponden al promedio de 10 análisis. De acuerdo con la tabla 7 se observa que la papaya presenta un elevado valor de humedad y actividad de agua, lo que indica que es un producto perecedero, además demuestra tener una estructura celular firme de acuerdo con la fuerza en compresión y penetración obtenida; por el contrario el contenido de β- carotenos es bajo comparado con los demás componentes de esta fruta (ver tabla 2, cuyo rango del contenido de β-carotenos varia entre 0.00032-0.048 mg /g fruta seca). Por otro lado, el color se expresa en la tabla 7 a través de croma (saturación), hue (tonalidad o tinte) y luminosidad (claridad), observándose que la papaya tiene un color claro entre amarillo y rojo. ______________________________________________________________________
32
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _33
3.1.1. Papaya liofilizada sin pretratamiento A continuación se presentan los promedios de los resultados obtenidos en el análisis de las propiedades fisicoquímicas (Anexos A y B), en la papaya liofilizada sin pretratamientos de deshidratación osmótica con el fin de comparar estos resultados con los obtenidos en los procesos de osmoliofilización.
Tabla 8. Propiedades fisicoquímicas de la papaya liofilizada variedad Maradol sin pretratamiento PROPIEDAD PROMEDIOS DESV. EST % Humedad BH 10,58 1,834Firmeza (g) 18527,1 4490,554Actividad de agua (Aw) 0,433 0,011Contenido β- carotenos (mg/g fruta seca) 0.0039 0,0008
Croma 23,998 2,54Hue 67,910 4,97Color
Luminosidad 64,391 11,63 La Firmeza corresponde a la fuerza máxima (g) en compresión y penetración de acuerdo con el numeral 2.2.3. Los datos corresponden al promedio de tres análisis realizados, excepto los de color que corresponden al promedio de 10 análisis. En la tabla 8 se observa que la papaya fresca liofilizada tiene una vida útil mayor, debido a la cantidad de humedad y actividad de agua registradas, comparadas con la fruta fresca. El agua actúa como agente plastificante en los alimentos y como consecuencia a esta pérdida de humedad la estructura se hace más firme, aumentando de esta forma la fuerza en compresión y penetración. Por otro lado, en comparación con la fruta fresca, el contenido de β-carotenos disminuye, debido posiblemente a su alta inestabilidad presentándose oxidación producida por el contacto de oxígeno con las muestras (Badui, 1995). En cuanto al color se observa un rojo (hue) menos intenso (croma) y aunque presenta una luminosidad similar a la de la fruta fresca tiende a ser menos luminosa.
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _34
3.2 CINÉTICA DE DESHIDRATACION OSMÓTICA (DO Y DOIV) 3.2.1 Pérdida de agua en la papaya sometida a DO y DOIV
La figura 7 muestra el efecto del tiempo para los dos tratamientos de DO y DOIV sobre la pérdida de agua en el tejido (en kilogramos de agua perdida por kilogramo de fruta fresca). El tiempo cero corresponde a la papaya fresca la cual no tiene pérdidas del contenido de agua.
Figura 7. Pérdida de agua ∆Mw (kg de agua perdida /kg de fruta fresca) con respecto al tiempo de tratamiento osmótico (DO y DOIV). La fracción de agua perdida es calculada de acuerdo con la Ec. 1. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo E).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Tiempo de tratamiento (h)
∆M
w (K
g de
agu
a pe
rdid
a/K
g de
frut
a fr
esca
)
DO DOIV
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _35
Teniendo en cuenta la figura 7 se observa un incremento en la deshidratación durante el proceso osmótico en las muestras de papaya, siendo significativamente mayor en las muestras sometidas a pulso de vacío (α =0.05. ver anexo L), presentándose velocidades de deshidratación más rápidas del tejido durante la primera hora especialmente con los tratamientos DOIV; esto posiblemente debido al efecto del mecanismo hidrodinámico MDH, mediante el cual se incrementa el tamaño de los poros y la ruptura celular, aumentando la superficie de transferencia de materia (Martínez N y col, 1998; Navarrete N y col., 1998; Fito,1994). 3.2.2 Coeficientes de difusión del agua (Kw) en el proceso de DO y DOIV La figura 8 muestra la pérdida de agua (∆Mw) con respecto a la raíz cuadrada del tiempo de contacto para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV). De acuerdo con los modelos matemáticos usados por Shi X. Q. y col (1995). La pendiente de cada recta representan los coeficientes de difusión del agua (Kw) para cada tratamiento.
Figura 8. pérdida de agua (∆Mw) con respecto a t 0.5 para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV). (∆Mw) es calculada de acuerdo con la Ec. 1.
y = 0.0354xR2 = 0.974
y = 0.0338xR2 = 0.8669
y = 0.0347xR2 = 0.9647
y = 0.0449xR2 = 0.9865
y = 0.043xR2 = 0.9681
y = 0.0452xR2 = 0.9886
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 2 4 6 8 10 12 14
t0,5 (min)
∆M
w (K
g ag
ua p
erdi
da/K
g fr
uta
fres
ca)
DOIV ____
DO _ _ _
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _36
La figura 8 muestra las regresiones lineales obtenidas con base en los datos experimentales, las cuales representan las ecuaciones que relacionan la pérdida de agua (∆Mw) con el tiempo de tratamiento, permitiendo obtener los coeficientes de difusión mediante las pendientes de las rectas. También se observan coeficientes de correlación altos, lo que indica la cercanía de los datos al modelo (Ec. 3), el cual ha sido modificado con el fin de hacer una comparación objetiva entre los coeficientes de difusión del agua y de los sólidos, quedando por tanto la ecuación 3 convertida en:
∆ tKM ww = (11) De acuerdo con los promedios de los coeficientes de difusión del agua (Kw) para los tratamientos de DO y DOIV, se tiene:
∆ ( ) tM DOW 0008.003.0, ±= (12)
∆ ( ) tM DOIVW 0012.004.0, ±= (13)
La ecuación 13 muestra mayores coeficientes de difusión de agua (Kw) en los procesos de DOIV, favoreciendo la pérdida de agua (∆Mw) en estos procesos con respecto a los de DO, lo cual también se observa en la figura 8, presentándose diferencias significativas9 para un α del 5% de acuerdo con las desviaciones estándar. 3.2.3 Ganancia de sólidos en la papaya sometida a DO y DOIV
La figura 9 muestra el efecto del tiempo de tratamiento osmótico (DO y DOIV) sobre la ganancia de sólidos en el tejido de papaya (kilogramo de sacarosa ganada / kilogramo de fruta fresca). El tiempo cero corresponde a la papaya fresca donde inicialmente no se presenta ganancia de sólidos solubles.
9 Nivel de confianza del 95%, es decir de 100 muestras 95 serán iguales y 5 serán diferentes
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _37
Figura 9. Ganancia de sólidos ∆Ms (kg de sacarosa ganada / kg de fruta fresca) con respecto al tiempo de tratamiento osmótico (DO y DOIV). Los sólidos solubles ganados son calculados de acuerdo con la Ec. 2. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo E). En la figura 9 se aprecia un incremento en la ganancia de sólidos en las muestras de papaya, presentándose mayor ganancia en los procesos de DOIV, puesto que los pulsos de vacío en los procesos de deshidratación osmótica aumentan la transferencia de masa (Fito P. Y col. 1996), facilitando la penetración de la solución en los poros de las muestras. Aunque a partir de la figura 9 pareciera no presentarse diferencias significativas entre tratamientos especialmente en las últimas horas de inmersión, el análisis estadístico (Anexo M) muestra lo contrario (α=0.05). Resultados similares han sido encontrados por Shi X. Q y col (1995), sin embargo cabe destacar que este estudio ha sido realizado en piña, durazno y cerezas; los cuales presentan un tejido diferente al de la papaya.
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Tiempo de tratamiento (h)
∆M
s (k
g sa
caro
sa g
anad
a/kg
frut
a fr
esca
)
DO DOIV
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _38
También se observa que a partir de la primera hora y media de tratamiento las velocidades de difusión tienden a disminuir, posiblemente debido a la reducción en el gradiente de concentraciones y al encostramiento, que se presenta a causa de la rápida perdida de agua en las primeras capas celulares, especialmente durante las primeras etapas del proceso, que junto con la disminución del tamaño de los poros y la entrada de solución osmótica que ocasiona la obstrucción de los mismos. En estas condiciones los fenómenos difusionales quedan impedidos y los osmóticos célula-solución osmótica se vuelven muy lentos (Fito P. Y col. 1996). Por otro lado se observan mayores pérdidas de agua (∆Mw) que ganancia de sólidos solubles (∆Ms), debido a los tamaños moleculares y a las cantidades de cada uno de los componentes, pues la fruta contiene mucha agua (87%) la cual está mas disponible a salir. 3.2.4 Coeficientes de difusión de la sacarosa (Ks) en el proceso de DO y DOIV La figura 10 representa la ganancia de sólidos (∆Ms) con respecto a la raíz cuadrada del tiempo de contacto para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV).
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _39
Figura 10. Ganancia de sólidos (∆Ms) con respecto a t 0.5 para los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV). ∆Ms es calculada con base en la Ec. 2, aplicada a la difusión de la sacarosa. Las pendientes de las líneas de tendencia representan los coeficientes de difusión de la sacarosa (Ks) para cada tratamiento. La figura 10 muestra las líneas de tendencia que representa las ecuaciones donde se relacionan los sólidos ganados (∆Ms) con respecto al tiempo del proceso osmótico, donde se observan mayores ∆Ms en los tratamientos DOIV, con líneas de tendencia similares, indicando un mayor coeficiente de difusión de sólidos (Ks), para éste caso sacarosa, lo cual también queda demostrado por la ecuación 15.
y = 0.0071xR2 = 0.9644
y = 0.007xR2 = 0.9262
y = 0.0078xR2 = 0.8977
y = 0.0086xR2 = 0.9747
y = 0.0092xR2 = 0.9622
y = 0.0094xR2 = 0.9481
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0 2 4 6 8 10 12 14
t0,5 (min)
∆M
s (k
g sa
caro
sa g
anad
a/kg
frut
a fr
esca
)
DO _ _ _
DOIV ____
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _40
De acuerdo con los promedios de los coeficientes de difusión de los sólidos solubles (Ks) para los tratamientos de DO y DOIV, se tiene:
∆ ( ) tM DOS 00044.00073.0, ±= (14)
∆ ( ) tM DOIVS 00041.00091.0, ±= (15)
Finalmente relacionando los coeficiente de difusión del agua (Kw) con respecto a los coeficientes de difusión de los sólidos(Ks) para cada pretratamiento se tiene:
1095.40073.003.0
,
, ==DOs
DOw
KK
3956.40091.004.0
,
, ==DOIVs
DOIVw
KK
Lo cual indica que el coeficiente de difusión del agua en ambos pretratamientos es mayor en una proporción de aproximadamente 4 veces que el coeficiente de difusión de los sólidos, esto hace preveer que aunque se ganan sólidos en ambos procesos el producto tenderá a ser de un peso menor que el de la materia prima. 3.2.5 Variación de la actividad de agua (Aw) en el proceso de DO y DOIV La figura 11 muestra la variación de la actividad de agua en las muestras de papaya durante los dos tratamientos osmóticos (DO y DOIV). El tiempo cero corresponde a la Aw de la papaya fresca.
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _41
Figura 11. Variación de la actividad de agua (Aw) de la papaya con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica (DO y DOIV). Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C).
En la figura 11 se observa una disminución de la actividad de agua con el tiempo obteniéndose muestras de humedad intermedia, menos perecederas, con actividades de agua alrededor de 0.8, debido a que el tratamiento al cual fueron sometidas las papayas provocó una deshidratación parcial. Es evidente que el pulso de vacío favorece la reducción de la actividad de agua, con tendencias similares de variación con respecto al tiempo para los dos tratamientos (DO y DOIV) los cuales son significativamente diferentes (Anexo J) según el análisis estadístico (α=0.05). Por otro lado, en condiciones de impregnación a vacío, la velocidad del proceso fue mayor, especialmente durante la primera hora y media, debido al cambio de presión que hace que el área de contacto entre la superficie y el producto sea mayor, lo que facilita la transferencia de masa debido al mecanismo hidrodinámico (Panades G.,2003).
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Tiempo de tratamiento (h)
Aw
DO DOIV
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _42
3.2.6 Isotermas de desorción en los procesos de DO y DOIV A continuación se presentan los resultados obtenidos de humedad BS (g de agua/ g fruta seca) y Aw (tabla 9 y la figura 12) con el fin de comparar las isotermas de desorción para cada uno de los pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV). Los valores del tiempo cero representan la fruta fresca.
Tabla 9. Relación entre humedad BS y Aw en los procesos de DO y DOIV
Figura 12. Isotermas de desorción en los procesos de deshidratación osmótica (DO y DOIV). Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar .
TIEMPO(h) HUMEDAD BS DESV. EST Aw DESV. EST HUMEDAD BS DESV. EST Aw DESV. EST0 7.215 0.406 0.968 0.009 7.215 0.406 0.968 0.009
Capítulo 3: Resultados y Análisis______________________________________ _43
En la figura 12 se observa una tendencia similar en las isotermas de los tratamientos DO y DOIV existiendo una relación exponencial entre humedad BS y aw (DO: HBS =0.002 e8.3961 aw, DOIV: HBS =0.0034 e7.8623 aw ; los coeficientes de correlación son respectivamente 0.9791 y 0.99). Sin embargo, aunque sean las isotermas muy similares, con DOIV a humedades por debajo de 4.0 BS se observa un desplazamiento de los datos hacia la izquierda lo que indica una menor actividad de agua en las muestras debido a la deshidratación la cual fue mayor con respecto a DO. 3.3 CINÉTICA DE SECADO EN EL PROCESO DE OSMOLIOFILIZACIÓN
3.3.1 Variación de la actividad de agua (Aw) en el proceso de DO-L y DOIV-L
La figura 13 representa la variación de la actividad de agua en las muestras de papaya osmoliofilizada con respecto a los tiempos de pretratamiento, donde el tiempo inicial corresponde a la fruta fresca liofilizada sin pretratamiento.
Figura 13. Variación de la actividad de agua (aw) de la papaya osmoliofilizada con respecto al tiempo de pretratamiento. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C). En DO-L la desviación estándar es menor al tamaño del símbolo.
0.25
0.27
0.29
0.31
0.33
0.35
0.37
0.39
0.41
0.43
0.45
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Tiempo de pretratamiento (h)
Aw
DO-L DOIV-L
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _44
La figura 13 muestra una tendencia similar para los tratamientos de DO-L y DOIV-L, presentándose una disminución en el agua disponible de las frutas al aumentar los tiempos de pretratamiento de deshidratación osmótica (DO y DOIV). Igualmente se observan velocidades significativamente mayores en muestras sometidas a DOIV-L de acuerdo con el análisis estadístico (Anexo N) durante la primera hora de pretratamiento con respecto a las muestras sometidas a DO-L, esto debido al mecanismo hidrodinámico por la diferencia de presiones, el cual permite una mayor entrada de solución osmótica. 3.3.2 Isotermas de desorción en los procesos de DO-L y DOIV-L La tabla 10 muestra la humedad en base seca de las muestras liofilizadas con pretratamientos de DO y DOIV con respecto a la actividad de agua con el fin de representar gráficamente las isotermas de desorción para cada tratamiento de osmoliofilización. Los valores del tiempo cero corresponden a las muestras de fruta liofilizada sin pretratamientos.
Tabla 10. Relación entre humedad BS y aw en los procesos de DO-L y DOIV-L
La figura 14 es la representación gráfica de las isotermas de desorción en los procesos de deshidratación osmótica (DO-L y DOIV-L)
TIEMPO(h) HUMEDAD BS DESV. EST Aw DESV. EST HUMEDAD BS DESV. EST Aw DESV. EST0 0.119 0.023 0.433 0.011 0.119 0.023 0.433 0.011
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _45
Figura 14. Isotermas de desorción en los procesos de osmoliofilización. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar. En la figura 14 no se observa una tendencia similar en las isotermas de los tratamientos DO-L y DOIV-L, sin embargo se presenta que prácticamente a una misma humedad se tiene menor actividad de agua (aw) en DOIV-L con respecto a DO-L, esto puede ser debido al método de medida que se utiliza puesto que para obtener la humedad, se maceran las muestras y para obtener aw se utilizan muestras enteras de 15*15*3 mm, por tanto el agua disponible puede haber quedado encerrada debido al encostramiento.
0.040
0.050
0.060
0.070
0.080
0.090
0.100
0.110
0.120
0.130
0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500
Aw
Hum
edad
BS
(g a
gua/
g fr
uta
seca
)
DO-L DOIV-L
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _46
3.3.3 Efecto de los pretratamientos sobre los tiempos del proceso de liofilización Para caracterizar la cinética de secado del proceso de liofilización se utilizó la ecuación 9, donde la humedad inicial (mo) corresponde a la humedad congelable de las muestras (en base seca) sometidas a los diferentes pretratamientos (DO y DOIV) y mf , la humedad en el tiempo t (mt) que corresponde a la humedad congelable (en base seca) de las muestras sometidas a diferentes tiempos de liofilización. Básicamente debido a que no es posible medir la fracción de agua no congelable se usa una relación para las muestras de frutas con humedades cercanas a las de este experimento de acuerdo con Martinez J y col (2001). Para un rango de fracción de humedad (Xw) entre 0.61-0.85 (kg de agua / kg de fruta) se tiene una fracción de agua congelable (Xfw) de 0.50-0.81 (kg de agua congelable / kg de fruta), por tanto el rango de porcentaje de agua no congelable estará entre 5-18% del agua presente en el alimento.
Finalmente con base en la ecuación 16 la cantidad de agua no congelable (mg) será de 0.28 kg de agua no congelable/ kg de fruta seca, el cual corresponde al 18% (valor máximo de cantidad de agua no congelable), y se ha asumido constante para todos los tratamientos en el proceso de osmoliofilización.
w
fwwg X
XXm
−
−=
1 (16)
28.061.01
50.061.0=
−−
=gm kg de agua no congelable/ kg de fruta seca
.
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _47
La ecuación 9 está en función de la distancia que hay entre el frente de hielo y la superficie (xt), con el fin de obtener ésta distancia en cualquier momento del proceso de sublimación se asumió una relación lineal e inversa existente entre la humedad congelable de la muestra y la distancia entre el frente de hielo y la superficie, teniendo en cuenta la cantidad de agua no congelable, tal como se observa en la figura 15. xt x mg m0 m Figura 15. Relación entre la humedad congelable, y la distancia entre el frente de hielo y la superficie. mg corresponde a la cantidad de agua no congelable, m0 humedad inicial, x espacio entre la superficie y el frente de hielo. De la figura anterior es claro que a medida que disminuye la humedad de la muestra aumenta x, obteniéndose una recta representada por la siguiente ecuación:
( )00
* mmmmxx
gt −
−−
= (17)
Donde: xt: Distancia entre el frente de hielo y la superficie en un tiempo t x = 0.003 m: Distancia entre el frente de hielo y la superficie al final del proceso que equivale al grosor de la muestra. Finalmente reemplazando en la ecuación 9 las variables ∆H, ρ, m0, mt y xt en función del tiempo se llegó a la siguiente gráfica en donde la cinética de cada tratamiento se asume de la forma pcTf = . El valor p (Ec. 18) en m*s/J agrupa las variables de conductividad térmica, temperatura del frente de hielo y temperatura de la superficie (-35 °C), dos de las cuales (K, Ti) son desconocidas debido a limitaciones experimentales.
( )is TTKp
−=
1 (18)
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _48
El valor c (Ec. 19) en J/m agrupa las variables conocidas tanto experimentalmente como por datos bibliográficos.
( )2
02
tst mmHxc −∆=
ρ (19)
La figura 16 representa la variación de los valores de “c” (Ec. 19) con respecto al tiempo de secado en el proceso de liofilización para los diferentes pretratamientos (Anexo I). Es claro que la figura 16 no es lineal, pero se asume una tendencia lineal con el fin de ajustar los valores al modelo propuesto anteriormente, para efectos de comparación. La tabla 11 resume los valores de las pendientes (los valores de p de acuerdo con Ec. 18).
Figura 16. Relación entre el tiempo de secado y la constante c de las muestras sometidas a pretratamientos DO y DOIV en el proceso de liofilización de acuerdo con la ecuación pcTf = . La constante c es calculada de acuerdo con la ecuación 19. Los puntos representan el valor de un único análisis.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
c (J/m)
Tiem
po f
(s*1
03 )
0.5 DO-L
1 DO-L
1.5 DO-L
2 DO-L
2.5 DO-L
0.5 DOIV-L
1 DOIV-L
1.5 DOIV-L
2 DOIV-L
2.5 DOIV-L
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _49
Tabla 11. Valor de las pendientes (p) de las rectas que representan la relación entre el tiempo de secado y la constante c de las muestras sometidas a pretratamientos DO y DOIV en el proceso de liofilización.
Para facilitar el análisis de las pendientes obtenidas de acuerdo con la figura 16 se pueden estudiar dos escenarios diferentes:
1. Cuando (Ts - Ti ) no cambia entre tratamientos En la figura 16 y en la tabla 11 se observa que las pendientes que representan los procesos con pretratamientos DOIV tienen mayor valor (p) y estos tienden a ser 2 veces mayores que los del pretratamiento DO, lo que indicaría una menor conductividad térmica (K) de las muestras sometidas a DOIV, en comparación con las muestras sometidas a DO, contrario a lo que se esperaba, lo que indica que este escenario es el más probable. Por tanto es mas probable que K no varíe mucho para los tratamientos debido a que las muestras con pretratamientos DO tienen menor ganancia de sólidos lo cual hace que la estructura sea menos compacta, afectando la conductividad térmica puesto que la transferencia de calor en el liofilizador es dada principalmente por conducción desde la superficie del sólido hasta el frente de hielo (Mafart P.,1994). Así mismo las muestras DOIV una vez sometidas a vacío presentan una deformación y colapso en la estructura celular afectando la porosidad de las mismas tal como lo muestran resultados experimentales de otros autores (Barat J.M. y col. 2001), incrementando a la vez los valores de K. Lo anterior lo sugieren las isotermas de desorción (figura 14). 2. Cuando K no cambie entre tratamientos En este caso la diferencia de temperaturas entre la superficie de la muestra (Ts) y el frente de hielo (Ti) debe ser menor en tratamientos DOIV-L comparado con los tratamientos DO-L, lo que significa que la temperatura en el frente de hielo deba ser mayor en DOIV-L que en DO-L, de acuerdo con lo que se esperaría, puesto que el gradiente de temperaturas en productos compactos (DOIV-L) es menor que en productos porosos (DO-L).
TRATAMIENTO TIEMPO(h) p(m*s/J) R2
0.5 13.5 0.88161 13.6 0.8115
1.5 16.1 0.80422 15.3 0.8041
2.5 22.0 0.77990.5 26.1 0.76721 33.4 0.7467
1.5 39.9 0.80692 40.7 0.7783
2.5 53.1 0.7889
DO-L
DOIV-L
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _50
Finalmente, aunque se asume que el coeficiente de conductividad térmica es constante para cada tratamiento, este se espera que sea un poco mayor para muestras con tratamiento DOIV-L debido a la cantidad de sólidos que ocupan los espacios intercelulares (Mafart, 1994).
3.3.4 Comparación entre los tiempos del proceso de liofilización Al reemplazar los valores de las pendientes (p) de la tabla 11 en la ecuación 9 y teniendo en cuenta que en el proceso de secado se sublimará el 100% del agua congelable (es decir x =0.003 m, al final del proceso), se obtiene la siguiente ecuación:
( )2
02
gstf
mmHxpT
−∆=
ρ (20)
La tabla 12 corresponde a los tiempos de secado en el proceso de osmoliofilización obtenido de acuerdo con la ecuación 20
Tabla 12. Tiempos de secado en el proceso de osmoliofilización
TRATAMIENTO TIEMPO DE Tf (s) Tf (días)PRETRATAMIENTO (h)
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _51
Figura 17. Comparación de los tiempo de secado en el proceso de osmoliofilización
En la tabla 12 y figura 17 se observa que las muestras con pretratamientos DOIV-L requieren de un mayor tiempo de sublimación con respecto a las muestras con pretratamientos DO, con una tendencia a la disminución de estos tiempos de secado a medida que se incrementa el tiempo de los pretratamientos, debido a que las muestras durante los primeros tiempos de pretratamiento (DO y DOIV) se han deshidratado en menor grado, lo cual afecta el proceso de liofilización incrementando el tiempo de secado (Ec 9).
Por otro lado, la velocidad inicial de secado es alta, ya que la resistencia a los flujos de masa y energía es pequeña. Sin embargo, se forma una pequeña capa seca alrededor del producto congelado que hace decaer la velocidad de secado a medida que avanza este (Anexo F). Esta capa sirve de aislante y afecta la transmisión de calor hacia el frente de hielo. Además la transferencia de materia desde el frente de hielo se reduce a medida que el espesor de la capa seca aumenta. Lo anterior es debido a la reducción de la difusión desde la interfase de sublimación hacia la superficie del producto (Orville C y col. 1967).
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Tiempo pretratamiento (h)
Tiem
po d
e se
cado
en
el p
roce
so d
e om
olio
filiz
ació
n (d
ías)
DO-L DOIV-L
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _52
Finalmente, de acuerdo con la figura 17 y la tabla 12, las muestras de papaya sometidas a pretratamientos DO durante 1.5 horas requieren de menor tiempo de secado en el proceso de liofilización (5.65 días), lo cual se podría ver reflejado en una disminución de los costos de producción.
Así, mismo asumiendo al final del tratamiento que K y Ti no varían al variar Ts y que en los experimentos DO-L y DOIV-L con pretratamientos de deshidratación osmótica durante 1.5 h se obtuvieron Ti de –40 °C, se puede simular el tiempo de sublimación a diferentes temperaturas de operación, mediante la siguiente ecuación:
( )( )is
is
TTTT
pp
tt
−−
== 1
11
(21)
En donde t1 y p1 corresponden al tiempo y a la pendiente simuladas a una Ts1 diferentes.
A partir de la anterior ecuación se obtuvieron las siguientes tablas de valores para tiempos de sublimación simulados en los tratamientos DO-L y DOIV-L, donde t(s) equivale respectivamente 488269.2 y 793322.99 de acuerdo con la tabla 12.
Tabla 13. Tiempos de secado simulado en el proceso de osmoliofilización con pretratamientos DO Ts1 (°C) Ts1 (K) Ti (K) Ts (K) t1 (s) t1 (h) t1 (días)
Capítulo 3: Resultados y Análisis_____________________________________ _53
Finalmente se observa de acuerdo con las tablas anteriores que el tiempo de secado puede ser disminuido trabajando a las temperaturas simuladas de 20 °C, igualmente se sigue observando que para los procesos con pretratamientos DOIV los tiempos de sublimación son mayores.
3.5 EFECTOS DE DO, DOIV, DO-L y DOIV-L SOBRE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS A continuación se presentan los resultados y análisis de los efectos de los procesos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) y osmoliofilización (DO-L y DOIV-L) sobre la textura, el color y el contenido de β- carotenos en las muestras de papaya. 3.5.1 Efecto de los procesos de deshidratación osmótica y osmoliofilización en la textura 3.5.1.1 Análisis de textura en DO y DOIV La figura 18 muestra el efecto del tiempo y tipo de tratamiento (DO, DOIV) sobre las pérdidas de firmeza (%) con respecto a la fruta fresca, analizadas de acuerdo a las fuerzas máximas (g) de compresión y penetración en el tejido de papaya.
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________54
Figura 18. Pérdida de fuerza (%) de la papaya deshidratada osmóticamente (DO y DOIV) con respecto a la fruta fresca. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C).El análisis fue realizado con un texturómetro TA-XT2 (sonda esférica P/0.25S) teniendo en cuenta la configuración descrita en el diseño experimental (numeral 2.2.3). En la figura 18 se observa que las muestras DOIV presentan una tendencia a tener mayor firmeza que las DO con respecto al tiempo de tratamiento, debido a que en las muestras sometidas a DOIV se presenta colapso estructural. También se evidencia que la pérdida de agua y la ganancia de sólidos aumentan la firmeza de la papaya.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo de tratamiento (h)
Pérd
ida
de fu
erza
(%)
DO DOIV
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________55
Figura 19. Fuerza (g) en compresión y penetración de la papaya deshidratada osmóticamente (DO y DOIV) con respecto a la actividad de agua (aw). Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C).El análisis fue realizado con un texturómetro TA-XT2 (sonda esférica P/0.25S) teniendo en cuenta la configuración descrita en el diseño experimental (numeral 2.2.3). De acuerdo con algunos autores que cita Moreno J.J. (2003) los cambios de textura en tejidos vegetales que son sometidos a tratamientos de reducción de la actividad de agua, son más dependientes de cambios físicos y químicos, debido a la influencia de la transformación de protopectina a pectina soluble (Pectinesterasa) y a la difusión de azúcares en espacios intercelulares, lo que provoca un incremento en la firmeza, lo cual está de acuerdo con lo que se observa en la figura 19. La aplicación de pulso de vacío incide en una mayor dureza del fruto por la pérdida del aire de los poros, siendo reemplazado por solución osmótica, haciéndose más compacta y menos deformable, pues los cambios de presión en el mecanismo hidrodinámico están relacionados con el fenómeno de deformación—relajación en la matriz sólida del producto poroso (colapso).
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________56 3.5.1.2 Análisis de textura en DO-L y DOIV-L En la figura 20 se observa el efecto del tiempo de pretratamiento sobre la firmeza expresado como fuerza máxima en penetración y en compresión del tejido.
Figura 20. Ganancia de fuerza (%) en compresión y penetración de la papaya osmoliofilizada sometida a diferentes tiempos de pretratamiento osmótico (DO y DOIV) con respecto a la papaya liofilizada sin pretratamiento. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C). El análisis fue realizado con un texturómetro TA-XT2 (sonda esférica P/0.25S) teniendo en cuenta la configuración descrita en el diseño experimental (numeral 2.2.3). En la figura 20 se observa un incremento de la firmeza con tendencia similar en las muestras liofilizadas (DO-L y DOIV-L) con respecto a los tiempos de pretratamiento de deshidratación osmótica (DO y DOIV), presentándose mayores fuerzas en compresión y penetración en las muestras con tratamientos DOIV-L.
0
20
40
60
80
100
120
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo de pretratamiento (h)
Gan
anci
a de
fuer
za (%
)
DO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________57
En la figura 21 se relaciona la fuerza (g) con respecto a la actividad de agua (aw) en las muestras liofilizadas con pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV).
Figura 21. Fuerza (g) en compresión y penetración de la papaya osmoliofilizada sometida a diferentes tiempos de pretratamiento osmótico (DO y DOIV) con respecto a la actividad de agua (aw). Los puntos representan el valor promedio de tres análisis y las barras representan la desviación estándar (Anexo C). El análisis fue realizado con un texturómetro TA-XT2 (sonda esférica P/0.25S) teniendo en cuenta la configuración descrita en el diseño experimental (numeral 2.2.3). Al comparar los valores de firmeza obtenidos en las muestras de papayas osmoliofilizadas (figura 21) con las sometidas únicamente a DO y DOIV (figura 19), los primeros son mucho mayores, esto se debe a que las muestras luego de la osmoliofilización contendrán menor cantidad de agua que las que sólo han sido sometidas a deshidratación osmótica a presión atmosférica y a vacío. El cambio de firmeza está fuertemente influenciado por las modificaciones de la estructura y composición de la pared celular, luego de liofilizar las muestras de papaya deshidratadas su estructura es más porosa y más rígida, debido a la disminución de agua que actúa como plastificante, lo cual se traduce en un aumento de la firmeza.
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________58 3.5.2 Análisis de color 3.5.2.1 Parámetros a y b Las figuras 22 y 23 muestran las variaciones de los valores de a y b para las muestras de papaya sometidas a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto a los tiempos de los procesos de deshidratación osmótica.
Figura 22. Variación del parámetro “a” que indica la tendencia rojo-verde de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. La línea continua representa el valor “a” para la fruta fresca y la línea punteada representa el valor “a” para la fruta liofilizada sin pretratamiento de deshidratación osmótica. Los puntos representan el valor promedio de diez datos. Las barras representan la desviación estándar (Anexo D)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo (h)
a
DO DOIVDO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________59 Un valor positivo de “a” indica una tendencia al rojo, un valor negativo indica tendencia al verde, en este caso los valores de a son positivos, y como se puede observar en la figura 22 se presenta un incremento a medida que las muestras se someten a mayor tiempo de deshidratación osmótica. Se puede decir que el color característico está entre amarillo y rojo. A medida que el tiempo de deshidratación es más prolongado las muestras tienden a volverse más rojas, posiblemente debido a la concentración de carotenoides al reducirse la cantidad de agua presente en las muestras. De acuerdo a la figura no se observan diferencias significativas entre los tratamientos DO y DOIV, lo cual se confirma al realizar el análisis estadístico con un α=0.05 (Anexo K), en cambio entre los tratamientos DO-L y DOIV-L sí se presentan diferencias significativas en la figura, lo cual está de acuerdo con el análisis estadístico para un α=0.05 (Anexo O).
Figura 23. Variación del valor “b” que representa la tonalidad amarillo-azul de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. La línea continua representa el valor “b” para la fruta fresca y la línea punteada representa el valor “b” para la fruta liofilizada sin pretratamiento de deshidratación osmótica. Los puntos representan el valor promedio de diez datos. Las barras representan la desviación estándar (Anexo D)
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo (h)
b
DO DOIVDO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________60 El valor de “b” indica la tonalidad amarillo-azul, una tendencia positiva quiere decir que se orienta hacia el color amarillo, una negativa hacia el azul. Según la figura 23 los valores de “b” comparados con la fruta fresca son menores, presentándose tendencias más amarillas en los tratamientos con deshidratación osmótica sin pulso de vacío (DO y DO-L), reflejando muestras menos oscuras que las que han sido sometidas a pulso de vacío, es decir con una menor cantidad de azul que de amarillo. Entre los tratamientos DO y DOIV no se observan diferencias significativas entre DO y DOIV en la figura, al contrario de lo que se observa luego de realizar el análisis estadístico con un α=0.05 (Anexo K); al comparar DO-L con DOIV-L se presentan diferencias significativas en la figura y en el análisis estadístico (Anexo O). 3.5.2.2 Luminosidad (L*) La luminosidad indica la variación entre el color negro y el blanco, siendo 0 el color negro y 100 el color blanco. La figura 24 muestra los valores de la luminosidad para diferentes tiempos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) y para los tiempos de pretratamiento de deshidratación osmótica para las muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-L).En la figura 24 se muestran los valores de luminosidad obtenidos para las muestras sometidas a tratamientos DO, DOIV, DO-L y DOIV-L.
Figura 24. Variación de la luminosidad (L) de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. La línea continua representa la luminosidad para la fruta fresca y la línea punteada representa la luminosidad para la fruta liofilizada sin pretratamiento de deshidratación osmótica. Los puntos representan el valor promedio de diez datos. Las barras representan la desviación estándar (Anexo D)
20
30
40
50
60
70
80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo (h)
L
DO DOIVDO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________61 Según la figura 24, los valores de luminosidad son menores para muestras sometidas a DO y DOIV al compararlas con el valor de luminosidad de la fruta fresca, posiblemente, debido al encostramiento que se presenta en las muestras deshidratadas osmóticamente por la ganancia de sólidos y acumulación de estos en la capa superficial de las muestras, y a la opacidad causada por la eliminación total o parcial del aire causada por los cambios de presión; respectivamente (López L. Y col., Moreno J. y col. 2004) En las muestras sometidas a DO se presenta fenómeno de encostramiento en las paredes celulares que se encuentran en contacto con la solución osmótica, las cuales evitan la entrada de azúcares haciendo que parte de estos se queden en la superficie y al secarse generen un color blanquecino, lo que provoca la disminución de la luminosidad. La disminución de la luminosidad es más intensa en condiciones de vacío lo cual conlleva además la desgasificación de las muestras, las cuales ganan transparencia y aparecen más oscuras (López L. Y col). Los valores de luminosidad son bajos asociados con la transparencia ganada por la sustitución total o parcial del aire presente en los poros por la impregnación de solución. (Moreno J. y col., 2004); esto puede deberse a la reducción de volumen luego de la salida de aire de la estructura de las muestras haciéndolas mas compactas, provocando que los pigmentos y otros componentes se encuentren mas unidos y en ausencia de aire se vean muestras menos luminosas. Se puede apreciar en la figura 24 la disminución de los valores de luminosidad para los dos pretratamientos (DO-L y DOIV-L) al comparar estos valores con el de la fruta liofilizada que no fue sometida a deshidratación osmótica. Se observan diferencias significativas en la figura y en el análisis estadístico para α=0.05 entre tratamientos DO y DOIV, también se presenta el mismo comportamiento de los datos al comparar los tratamientos DO-L con los DOIV-L (α=0.05), resultados similares han sido encontrados por López L. y col. (1993), para Kiwi en muestras sometidas a DO y DOIV. 3.5.2.3 Croma o saturación (C*) El valor de saturación indica la magnitud del vector generado por la combinación de los valores a y b respecto del blanco puro. En este caso tanto los valores de a como de b son altos, lo que quiere decir que el color característico tiende hacia rojo y hacia amarillo. Para calcular los valores de croma se utiliza la siguiente ecuación:
C = (a2 + b2)0.5 (21)
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________62 Los valores obtenidos para los diferentes tratamientos (DO, DOIV, DO-L y DOIV-L) se observan en la figura 25.
Figura 25. Variación de la saturación (C) del color de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. La línea continua representa la saturación para la fruta fresca y la línea punteada representa la saturación para la fruta liofilizada sin pretratamiento de deshidratación osmótica. Los puntos representan el valor promedio de diez datos. Las barras representan la desviación estándar (Anexo D) Según la figura 25, el valor de croma (C) para DO y para DOIV aumenta a partir de las 0.5 horas y además aumenta con respecto a la fruta fresca liofilizada a medida que aumenta el tiempo, lo que indica que al aumentar el tiempo de deshidratación osmótica el color se hace mas intenso. Este resultado es comparable con estudios realizados por Alline C. y col. (2001) en papayas, el incremento observado en croma es decir en su saturación en términos de amarillo y rojo es resultado de la concentración de la matriz y la ganancia de sólidos (Rodríguez A., 2002). Según el análisis estadístico de los datos para deshidratación osmótica (Anexo K) se presentan diferencias significativas (α=0.05) entre los tratamientos DO-DOIV, en la figura no se observan estas diferencias; al comparar la saturación en DO con respecto a la fruta fresca no se presentan diferencias significativas, en cambio al comparar con los valores obtenidos en muestras sometidas a DOIV sí se presentan diferencias significativas (α=0.05) de acuerdo con el análisis
0
10
20
30
40
50
60
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo (h)
Cro
ma
DO DOIVDO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________63 estadístico (Anexo K); en las muestras liofilizadas con pretratamientos DO-L y DOIV-L se presentan diferencias significativas tanto entre los dos tratamientos como al compararlos con la fruta liofilizada sin pretratamiento (Anexo O) Se aprecia claramente la diferencia respecto al valor de la saturación para la fruta fresca con respecto a los dos tratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV), los cuales en 0.5 horas de tratamiento presentan una disminución de los valores de croma; luego la saturación aumenta a medida que el tiempo de proceso es mayor. De 2 horas en adelante, croma tiende a ser muy similar al de la fruta fresca. El cambio de color producido por los procesos osmóticos en la papaya está asociado a la disminución del contenido de agua de las muestras y entrada de sólidos al interior del tejido provocando una concentración de los pigmentos siendo más oscura y menos luminosa. (Moreno y col., 2003), esto explica en parte, el por qué son un poco mayores los valores de croma para los pretratamientos DOIV al compararlos con los pretratamientos DO. También es debido a la reducción de tamaño de las muestras causada por las diferencias de presión, provocando la salida de aire de la estructura de las muestras, que hará que haya concentración de las muestras y por lo tanto sean más oscuras. 3.5.2.4 Tonalidad o Hue (H*) La tonalidad indica qué tinte presenta la muestra presenta, este valor está relacionado con los valores de a y de b mediante la siguiente ecuación:
Hue = arctan (b/a) (22) En la figura 25 se presentan los valores de Hue para los diferentes tiempos de tratamiento y de pretratamiento para las muestras sometidas a deshidratación osmótica (DO y DOIV) y para las osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-L)
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________64
Figura 26. Variación de la tonalidad (Hue) de la papaya sometida a DO, DOIV, DO-L y DOIV-L con respecto al tiempo del proceso de deshidratación osmótica. La línea continua representa la tonalidad para la fruta fresca y la línea punteada representa la tonalidad para la fruta liofilizada sin pretratamiento de deshidratación osmótica. Los puntos representan el valor promedio de diez datos. Las barras representan la desviación estándar (Anexo D) Según la figura 26, el valor de Hue para la papaya fresca es mayor al compararla con los valores obtenidos para DO y DOIV, es decir, la muestra de fruta fresca tiene mayor cantidad de amarillo que de rojo y al ser sometida a la deshidratación osmótica (DO y DOIV) tiende a cambiar esta relación hacia un enrojecimiento de las muestras. Para las muestras sometidas tanto a DO como a DOIV, la variación en Hue con respecto a la fruta fresca es alta, pero a medida que el tiempo de deshidratación osmótica es mayor, el cambio en Hue es aproximadamente del 50%, y tiende a volverse constante de 1.5 horas en adelante. También se observa una disminución de la tonalidad de las muestras sometidas a pretratamientos con respecto a la fruta liofilizada sin pretratamiento, esto significa que la muestra de fruta fresca liofilizada tiene más cantidad de amarillo que de rojo y al ser sometida a la deshidratación osmótica (DO-L y DOIV-L) esta relación se hace inversa. A diferencia de las muestras que fueron deshidratadas osmóticamente (DO y DOIV) que no fueron liofilizadas, no se observa una gran variación de los valores de la tonalidad a
30
40
50
60
70
80
90
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tiempo (h)
Hue
DO DOIVDO-L DOIV-L
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________65 medida que aumenta el tiempo de deshidratación. Aunque según la figura parecen no presentarse diferencias significativas, el análisis estadístico muestra lo contrario, presentándose diferencias significativas (α=0.05) en DO y DOIV comparadas con la fruta fresca y entre tratamientos y para DO-L y DOIV-L comparadas con la fruta liofilizada sin pretratamiento y entre tratamientos (α=0.05), lo anterior se puede observar en el anexo K y en el anexo O, respectivamente. 3.5.2.5 Diferencias de color (∆E) Para analizar las diferencias de color se cuenta con el parámetro espacial ∆E, el cual tiene en cuenta los valores de “a”, de “b” y la luminosidad (L). La tabla 15 muestra la diferencia de color (∆E) respecto a la fruta fresca y a la fruta liofilizada sin pretratamiento en los procesos DO, DOIV, DO-L y DOIV-L, respectivamente, de acuerdo con los tiempos de los tratamientos de deshidratación osmótica. Para hallar ∆E se utilizo la siguiente ecuación:
∆E = ( (∆L)2 + (∆a)2 + (∆b)2 )0.5 (23)
Tabla15. Diferencias de color (∆E) en la papaya con tratamientos DO, DOIV, DO-L y DOIV-L TIEMPO (h) DO DOIV DO-L DOIV-L
2,5 44,98 46,71 37,80 38,90 *Los valores de ∆E para el tiempo 0 corresponden a la fruta fresca (en tratamientos DO y DOIV) y a la fruta liofilizada sin pretratamiento (en tratamientos DO-L y DOIV-L). ∆E fue calculado a partir de la ecuación 23. A partir de la tabla 15 es posible evaluar el cambio total de color a partir del parámetro ∆E, aunque para las muestras sometidas a DO hay diferencias de color, se observan mayores cambios para las muestras sometidas a DOIV, lo anterior puede ser debido a la pérdida de luminosidad asociada con la ganancia de transparencia de las muestras (Moreno J. y col., 2004) También se puede apreciar un incremento de los valores de ∆E al comparar estos a diferentes tiempos de proceso de deshidratación osmótica (DO y DOIV). Se presenta una mayor diferencia de color entre el tiempo 0 correspondiente a la fruta fresca y 0.5 horas de tratamiento osmótico ya que en este momento se presenta mayor intercambio osmótico, ingresando mas cantidad de azúcar al interior del tejido lo que provoca cambios mas notorios en los valores de a, b y luminosidad los cuales afectan las diferencias de color.
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________66 Se aprecian mayores cambios de color al inicio del proceso, es decir al comparar los valores iniciales de a, b y L (correspondientes a la papaya fresca liofilizada) con los respectivos valores para la papaya sometida previamente a deshidratación osmótica (DO-L y DOIV-L) durante 0.5 horas, aunque también se observan cambios de color para tiempos superiores de pretratamiento, estos no son tan grandes, porque el intercambio de solución osmótica por agua continua a medida que avanza el proceso, sin ser tan alta como al comienzo. Esta ganancia de soluto se aprecia en los aumentos de los valores de a y b y en la disminución de la luminosidad; los cuales a su vez afectan el valor ∆E. Para las muestras sometidas a DOIV antes de liofilizar se observa que hay mayores diferencias de color al compararlas con las DO-L, debido a los menores valores de luminosidad presentados en estas asociadas con la ganancia de transparencia de las muestras (Moreno J. y col., 2004), por la disminución de la presión de trabajo y la concentración de las muestras al ser mas compactas que las muestras liofilizadas sometidas previamente a DO. 3.5.3 Contenido de β-Carotenos en DO, DOIV ,DO-L y DOIV-L Con base en la curva patrón de calibración para la cuantificación del contenido de β-Carotenos (Anexo P) se determinó la concentración en mg β-Carotenos/L de solución, luego se calcularon los valores de contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca) con respecto a los tiempos de tratamiento en los procesos DO y DOIV, los cuales se muestran en la figura 27.
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________67
Figura 27. Variación del contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca) durante los procesos de deshidratación osmótica (DO y DOIV) con respecto a los tiempos de tratamiento (h). Los valores se calcularon a partir de las ecuaciones 24 y 25. El valor en el tiempo 0 corresponde al contenido de β-Carotenos en la fruta fresca. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis (Anexo C). Los β-Carotenos son sensibles a la oxidación, Vega L. (2003), afirma que al presentarse el mecanismo hidrodinámico se reduce la oxidación después de la desgasificación por la entrada inmediata de sólidos al interior de las muestras, de acuerdo con lo anterior, se puede decir que la oxidación será menor en muestras sometidas a DOIV, lo cual podría explicar por qué se presenta menos pérdida de β-Carotenos en DOIV con respecto a la fruta fresca, lo anterior se muestra en la figura 27. Aunque parezca que se presentan mayores pérdidas en DO que en DOIV, éstas no presentan diferencias significativas (α=0.05) entre estos tratamientos, lo anterior se concluye luego de realizar el análisis estadístico (Anexo J).
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Tiempo de tratamiento (h)
mg
B-C
arot
enos
/g fr
uta
seca
DO DOIV
Capítulo 3: Análisis de resultados_________________________________________68 En la figura 27 también se observa que el contenido de β-Carotenos disminuye en las muestras DOIV con el tiempo de tratamiento, esto quiere decir que se pierden, lo cual no puede ser posible puesto que los β-Carotenos son compuestos lipofílicos, en consecuencia las pérdidas por difusión son poco probables.
La figura 28 relaciona el contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca) con respecto a los tiempos de pretratamiento en los procesos de liofilización.
Figura 28. Variación de β-Carotenos (mg/g fruta seca) en los procesos de osmoliofilización (DO-L y DOIV-L) con respecto a los tiempos de pretratamiento (h). Los valores se calcularon a partir de las ecuaciones 24 y 25. El valor en el tiempo 0 corresponde al contenido de β-Carotenos en la fruta liofilizada sin pretratamiento. Los puntos representan el valor promedio de tres análisis (Anexo C). Los pretratamientos a los cuales se sometieron las muestras, evidencian el efecto sobre el contenido vitamínico en el producto final, esto se puede observar en la figura 28, donde se observa una disminución, aunque no es muy notoria para las muestras sometidas a DO-L y DOIV-L, lo cual se confirma tanto en la figura como en el análisis estadístico donde se puede ver que no hay diferencias significativas (α=0.05) entre los tratamientos.
0,0000
0,0010
0,0020
0,0030
0,0040
0,0050
0,0060
0,0070
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Tiempo de pretratamiento (h)
mg
B-C
arot
enos
/g
frut
a se
ca
DO-L DOIV-L
CONCLUSIONES El efecto de los pretratamientos de DO y DOIV sobre la cinética de deshidratación osmótica y los cambios en las propiedades fisicoquímicas del producto liofilizado dieron como resultado: Efectos de los tratamientos de deshidratación osmótica sobre las propiedades fisicoquímicas • Los cambios de color experimentados por el producto en la deshidratación
osmótica son más grandes cuando se trabaja a vacío (DOIV) debido a que la impregnación con solución osmótica hace las muestras más transparentes (menor luminosidad) y más oscuras (más saturación del color).
• El efecto de la deshidratación osmótica a presión atmosférica (DO) sobre la textura
dio como resultado muestras menos firmes que la fruta fresca (reducción de la firmeza entre 21% y 74.2%), comparadas con las muestras sometidas a DOIV (reducción de la firmeza entre 7.1% y 55%).
• Se presentaron pérdidas en el orden de un 15% en el contenido de β-Carotenos en
las muestras sometidas a DO y DOIV con respecto a la fruta fresca. Sin embargo de acuerdo al análisis estadístico realizado para esta vitamina no hay diferencias significativas (α=0.05) entre los dos tratamientos.
Cinética de DO y DOIV • Los estudios de cinética de DO y DOIV dieron como resultado que los coeficientes
de difusión del agua son aproximadamente cuatro veces mayores que los coeficientes de difusión de los sólidos en cada tipo de tratamiento (DO y DOIV). Además se encontró que los coeficientes de difusión de agua y sólidos son mayores en DOIV (Kw = 4x10-2 Ks = 9.1x10-3) que en DO (Kw = 3x10-2 Ks = 7.3x10-3)
• Las velocidades de transferencia de masa en las muestras de papaya durante los
procesos de deshidratación osmótica son más altas cuando se trabaja con vacío que cuando se trabaja a presión atmosférica, especialmente durante la primera hora de tratamiento, lo cual implica una mayor deshidratación en las muestras.
Conclusiones_________________________________________________________70 Efectos de los pretratamientos de deshidratación osmótica sobre las propiedades fisicoquímicas • De acuerdo con el análisis de penetración y compresión se encontraron en las
muestras sometidas a tratamientos DOIV-L firmezas más cercanas a la de la fruta liofilizada sin pretratamiento, siendo a la vez éstas más firmes con respecto a las muestras DO-L.
• En cuanto al color de las muestras se observó un naranja más intenso en las
muestras DOIV-L (Hue entre 65.2 y 45; Croma entre 30.5 y 49.2) que en las de DO-L (Hue entre 70y 49.4; Croma entre 26.5 y 44.1).
• De acuerdo al modelo relacionado con la cinética del proceso de secado se obtuvo
un modelo de la forma T = pc, donde p es una variable empírica que varía entre 13.5 y 22 (msJ-1) para el pretratamiento DO y entre 26.1 y 53.1 (msJ-1) para el pretratamiento DOIV lo cual implica tiempos de secado mayores para DOIV-L.
• La cinética de liofilización se ve afectada por los pretratamientos a los cuales han
sido sometidas las papayas, especialmente con DOIV, obteniéndose mayores tiempos de secado debido posiblemente al colapso estructural de las muestras, o a un encostramiento en la superficie como se ha referenciado por diferentes autores para este tipo de procesos .
Por lo anteriormente expuesto se concluye: Para determinar el pretratamiento de deshidratación osmótica adecuado en cuanto a ahorro de energía en el proceso de liofilización se recomienda utilizar DO a 1.5 horas, ya que este pretratamiento permite obtener el menor tiempo de secado en el proceso de liofilización comparado con el resto. En cuanto a propiedades fisicoquímicas el pretratamiento adecuado sería DOIV, ya que según los resultados obtenidos en este proyecto, al someter las frutas a DOIV-L se presentan mayores valores en la firmeza (90745.37 - 176419.33 g.), comparados con los valores de firmeza de las muestras sometidas a DO-L (31571.77 - 131769.67 g.), además un color naranja más intenso (HueDOIV-L entre 65.23 y 44.93; Croma DOIV-L entre 30.54 y 49.23) que en las de DO-L (Hue DO-L entre 70.01 y 49.45; Croma DO-L entre 26.48 y 44.11). Se recomiendan muestra liofilizadas con pretratamientos DOIV, las cuales muy posiblemente van a ser más aceptadas por el consumidor ya que se observa una mejor apariencia al presentar un color naranja más intenso, al sabor dulce y a su aroma el cual se potencializó durante el proceso.
RECOMENDACIONES EXPERIMENTALES Asegurar que el espesor de las muestras sea lo más uniforme posible (entre 2 y 3 mm) para lograr una buena liofilización. Es importante trabajar con papayas de un mismo grado de maduración durante todo el proceso, ya que según el grado de maduración cambian las propiedades fisicoquímicas de las muestras (Color, textura, Aw y humedad). Se recomienda evitar al máximo el daño mecánico en las muestras frescas lo cual induce reacciones de oxidación que finalmente afectan el color y la textura. Realizar un corte estándar en las muestras ya sea transversal o longitudinal debido a la estructura celular que presenta el tejido, puesto que esto afecta la transferencia de masa durante el proceso de osmoliofilización y las propiedades fisicoquímicas. Se recomienda hacer un estudio más detallado de la cinética de sublimación, evitando en lo posible la apertura del liofilizador para descartar colapso durante el proceso. Se recomienda hacer estudios sensoriales para identificar los gustos del consumidor La reposición nutritiva puede ser otro de los métodos para restituir los nutrientes como las vitaminas a sus niveles originales debido a las pérdidas que se pueden presentar durante los procesos, por esto, sería interesante hacer algunas pruebas experimentales adicionando en la solución osmótica concentraciones adecuadas de vitaminas A y C, realizando el estudio pertinente. Se sugiere igualmente realizar un estudio calculando la cinética en el proceso de congelación durante el secado, en el proceso de liofilización para las muestras de papaya con pretratamientos de deshidratación osmótica (DO y DOIV), y de esta forma emitir un concepto del tratamiento de congelación adecuado que optimice en cuanto a calidad y costos el proceso de liofilización. ______________________________________________________________________________
71
Recomendaciones_____________________________________________________72 Se recomienda realizar un escaldado antes de hacer la deshidratación osmótica y estudiar los efectos sobre las propiedades fisicoquímicas y sobre la cinética de secado en el proceso de liofilización con el fin de optimizar el proceso. Debido a que es posible que se aumente la transferencia de masa reduciendo el encostramiento, buscando inactivar las enzimas no deseadas (polygalacturonasa y xylanasa) capaces de destruir los carotenos y la vitamina A a través de los peróxidos formados y de generar ablandamiento en la estructura de la fruta. Hay que tener presente que la temperatura no sea tan alta , pues como es sabido algunas vitaminas son sensibles a la acción del calor, durante el procesamiento, siéndolo en mayor grado las hidrosolubles (vitamina C) que las liposolubles ( Vitamina A). La agitación periódica al sistema también produce un importante aumento en la velocidad de deshidratación, por tanto se recomienda siempre y cuando se asegure que no se presente daño mecánico en la estructura. Igualmente las frutas sumergidas en jarabes reutilizados, poseen mejores características sensoriales que las frutas que se deshidratan en jarabes frescos. Por tanto es posible trabajar con soluciones de sacarosa reutilizada puesto que se podría optimizar el proceso de deshidratación osmótica atrapando a la vez aromas, sabores y colores en la fruta, teniendo en cuenta el numero de veces a reutilizar este jarabe evitando fermentaciones que es muy grave por el sabor y aroma que se genera. Realizar un estudio estructural para saber dónde, cuándo y cómo entra la solución osmótica con el fin optimizar la deshidratación y reducir el tiempo de secado en el proceso de liofilización. Debe determinarse la humedad final para estos productos sometidos a este tipo de pretramientos , porque aunque los productos liofilizados a nivel industrial tienen una humedad del 3%, en los productos osmoliofilizados el parámetro de humedad final puede variar.
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Anexo A. Tabla de resultados: Humedad (BH y BS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel ,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).
Variable dependiente (I) Tiempo (J) Tiempo
Diferencia entre medias Error típ.
Significación(a)
Intervalo de confianza al 95 %
C
0,5
1
1,5
2
2,5
Textura
0,5
1
1,5
2
2,5
Anexo J. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente
(DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos
superiorIV O -,747(*) 0,032 0 -0,814 -0,68O IV ,747(*) 0,032 0 0,68 0,814IV O -,047(*) 0,002 0 -0,05 -0,044O IV ,047(*) 0,002 0 0,044 0,05IV O 74,773(*) 2,692 0 69,157 80,39O IV -74,773(*) 2,692 0 -80,39 -69,157IV O ,004(*) 0 0 0,003 0,004O IV -,004(*) 0 0 -0,004 -0,003
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel ,05.* C corresponde al contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca)
Aw
Textura
C
HBS
Error típ.Significación(
a)
Intervalo de confianza al 95 % para diferencia(a)
Variable dependiente (I) Deshidra (J) Deshidra
Diferencia entre medias
(I-J)
Anexo J. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente
(DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = ,008.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = ,05.
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiempo NSubconjunto
HBS
Medias marginales estimadas de HBS
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
3,2
3,0
2,8
2,6
2,4
2,2
Anexo J. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente
(DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 1,790E-05.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = ,05.
Aw
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiempo NSubconjunto
Medias marginales estimadas de Aw
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,88
,87
,86
,85
,84
,83
,82
Anexo J. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente
(DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 54,371.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = ,05.
Textura
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiempo NSubconjunto
Medias marginales estimadas de Textura
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
380
360
340
320
300
280
Anexo J. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras deshidratadas osmóticamente
(DO y DOIV): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y contenido de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 1,086E-06.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,0b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = ,05.
C
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiem po NSubconjunto
Medias marginales estimadas de C
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,006
,005
,004
,003
,002
,001
Anexo K. Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*)
c Una estimación de la media marginal poblacional modificada (J).
Basadas en las medias marginales estimadas. * La diferencia de las medias es significativa al nivel ,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).b Una estimación de la media marginal poblacional modificada (I).
H
DO
DOIV
FF
C
DO
DOIV
FF
L
DO
DOIV
FF
B
DO
DOIV
FF
Error típ. Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 %
A
DO
DOIV
FF
Variable dependiente (I) tratamie (J) tratamie Diferencia entre
medias (I-J)
Anexo K. Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*)
El término error es la Media cuadrática (Error) = 12,479. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 21,429b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
DHS de Tukey(a,b,c)
Duncan(a,b,c)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo III
tratamie NSubconjunto
B
Anexo K. Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*)
El término error es la Media cuadrática (Error) = 10,614. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 21,429b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
DHS de Tukey(a,b,c)
Duncan(a,b,c)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo III
C
tratamie NSubconjunto
Anexo K. Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*)
El término error es la Media cuadrática (Error) = 2,911. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 21,429b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = ,05.
DHS de Tukey(a,b,c)
Duncan(a,b,c)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo III
L
tratamie NSubconjunto
Anexo K. Análisis estadístico para los datos de color en deshidratación osmótica (a, b, C*, L* y H*)
El término error es la Media cuadrática (Error) = 14,549. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 21,429b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
DHS de Tukey(a,b,c)
Duncan(a,b,c)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo III
H
tratamie NSubconjunto
Anexo L. Análisis estadístico para las pérdidas de humedad (Mw) en la cinética de deshidratación osmótica
DO DOIV -,089(*) 0,006 0 -0,101 -0,076DOIV DO ,089(*) 0,006 0 0,076 0,101
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).
(I) tratamiento
(J) tratamiento
Diferencia entre medias
(I-J)
Error típ.
Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 %
1 2DO 15 0,3237
DOIV 15 0,4125Significació 1 1
DO 15 0,3237 DOIV 15 0,4125
Significació 1 1Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos. Basado en la suma de cuadrados tipo IIIa Usa el tamaño muestral de la media armónica = 15,000b Alfa = 0,05.
tratamiento N Subconjunto
DHS de Tukey(a,b)
Duncan(a,b)
Anexo L. Análisis estadístico para las pérdidas de humedad (Mw) en la cinética de deshidratación osmótica
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).
1
1,5
2
2,5
0,5
(I) tiempo (J) tiempoDiferencia
entre medias (I-J)
Error típ.
Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 %
Anexo L. Análisis estadístico para las pérdidas de humedad (Mw) en la cinética de deshidratación osmótica
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = ,000.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 9,000b Alfa = 0,05.
Duncan(a,b)
tiempo N Subconjunto
DHS de Tukey(a,b)
Medias marginales estimadas de mw
tiempo
2,502,001,501,00,50
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,5
,4
,3
,2
Anexo M. Análisis estadístico para las ganancias de sólidos (Ms) en la cinética de deshidratación osmótica
DO DOIV -,019(*) 0,003 0 -0,026 -0,012DOIV DO ,019(*) 0,003 0 0,012 0,026
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel ,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).
(I) tratamiento (J) tratamiento
Diferencia entre medias
(I-J)
Error típ.
Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 % para diferencia(a)
1 2DO 15 0,065
DOIV 15 0,084Significación 1 1
DO 15 0,065 DOIV 15 0,084
Significación 1 1Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 8,110E-05.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 15,000b Alfa = 0,05.
tratamiento N Subconjunto
DHS de Tukey(a,b)
Duncan(a,b)
Anexo M. Análisis estadístico para las ganancias de sólidos (Ms) en la cinética de deshidratación osmótica
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).
1
1,5
2
2,5
Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 % para diferencia(a)
0,5
(I) tiempo (J) tiempoDiferencia
entre medias (I-J)
Error típ.
Anexo M. Análisis estadístico para las ganancias de sólidos (Ms) en la cinética de deshidratación osmótica
Significación 1 1 1 1 1Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 8,110E-05.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 9,000b Alfa = ,05.
Duncan(a,b)
NSubconjunto
DHS de Tukey(a,b)
tiempo
Medias marginales estimadas de ms
tiempo
2,502,001,501,00,50
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,11
,10
,09
,08
,07
,06
,05
,04
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajust* El análisis estadístico está basado en las pruebas de Tukey y Duncan
Error típ. Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 % Variable
dependiente (I) Tiempo (J) Tiempo Diferencia entre medias (I-J)
2,5
2
HBS
0,5
2,5
Aw
2
1,5
1
0,5
1,5
1
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).* El análisis estadístico está basado en las pruebas de Tukey y Duncan
Error típ. Significación (a)
Intervalo de Variable dependiente (I) Tiempo (J) Tiempo Diferencia entre
medias (I-J)
2
Textura 1,5
1
0,5
C
0,5
1
1,5
2
2,5
2,5
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
IV O -,747(*) 0,032 0 -0,814 -0,68O IV ,747(*) 0,032 0 0,68 0,814IV O -,047(*) 0,002 0 -0,05 -0,044O IV ,047(*) 0,002 0 0,044 0,05IV O 74,773(*) 2,692 0 69,157 80,39O IV -74,773(*) 2,692 0 -80,39 -69,157IV O ,004(*) 0 0 0,003 0,004O IV -,004(*) 0 0 -0,004 -0,003
Basadas en las medias marginales estimadas.* La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.* C corresponde al contenido de β-Carotenos (mg/g fruta seca)* El análisis estadístico está basado en las pruebas de Tukey y Duncan
Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 %
HBS
(I) Deshidra (J) Deshidra Diferencia entre medias (I-J) Error típ.Variable
dependiente
Aw
Textura
C
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = ,008.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
N Subconjunto
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiempo
HBS
Medias marginales estimadas de HBS
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
3,2
3,0
2,8
2,6
2,4
2,2
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 1,790E-05.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
Tiempo N Subconjunto
Aw
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Medias marginales estimadas de Aw
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,88
,87
,86
,85
,84
,83
,82
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 54,371.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Textura
Tiempo N Subconjunto
Medias marginales estimadas de Textura
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
380
360
340
320
300
280
Anexo N. Análisis estadístico para las propiedades fisicoquímicas en muestras osmoliofilizadas (DO-L y DOIV-
L): Humedad (HBS), actividad de agua (Aw), textura y cantidad de β-Carotenos
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 1,086E-06.a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 6,000b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
N Subconjunto
Duncan(a,b,c)
DHS de Tukey(a,b,c)
Tiempo
C
Medias marginales estimadas de C
Deshidra
OIV
Med
ias
mar
gina
les
estim
adas
,006
,005
,004
,003
,002
,001
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
* El análisis estadístico está basado en las pruebas de Tukey y Duncan
Variable dependiente (I) tratamie (J) tratamie Diferencia entre
medias (I-J) Error típ. Significación (a)
Intervalo de confianza al 95 %
A
DOIVL
DOL
FFL
B
DOIVL
DOL
FFL
L
DOIVL
DOL
FFL
C
DOIVL
DOL
FFL
H
DOIVL
DOL
FFL
c Una estimación de la media marginal poblacional modificada (J).
Basadas en las medias marginales estimadas. * La diferencia de las medias es significativa al nivel 0,05.a Ajuste para comparaciones múltiples: Diferencia menos significativa (equivalente a la ausencia de ajuste).b Una estimación de la media marginal poblacional modificada (I).
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 9,030. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 17,143b Alfa = 0,05.
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 15,234. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 17,143b Alfa = 0,05.
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 17,129. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 17,143b Alfa = 0,05.
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 15,305. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 17,143b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.
Anexo O. Análisis estadístico para los datos de color en muestras osmoliofilizadas (a, b, C*, L* y H*)
Se muestran las medias para los grupos en subconjuntos homogéneos.Basado en la suma de cuadrados tipo IIIEl término error es la Media cuadrática (Error) = 25,977. a Usa el tamaño muestral de la media armónica = 17,143b Los tamaños de los grupos son distintos. Se empleará la media armónica de los tamaños de los grupos. No se garantizan los niveles de error tipo I.c Alfa = 0,05.