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Clave: CAL201ERA20120129

SIMULACIN MATEMTICA DEL DESHIDRATADO OSMTICO DE RBANO (Raphanus sativus L.)

Hermelinda, Pacheco-Angulo1; Irving Israel, Ruiz-Lpez

2; Cecilia

Eugenia, Martnez-Snchez1; Roselis, Carmona-Garca

1; Juan

Gabriel, Torruco-Uco1 y Erasmo, Herman-Lara

1

DIRECCIN DE LOS AUTORES

1Departamento de Ingeniera Qumica y Bioqumica. Instituto Tecnolgico de Tuxtepec.

Calzada Vctor Bravo Ahuja s/n, col. 5 de Mayo. Tuxtepec, Oaxaca. 2Colegio de Ingeniera en Alimentos, Facultad de Ingeniera Qumica, Benemrita

Universidad Autnoma de Puebla, Puebla, Mxico

CORREO ELECTRNICO

[email protected]







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INTRODUCCIN

El rbano (Raphanus sativus L.) es un

alimento con bajo aporte calrico gracias

a su alto contenido de agua (Bailn et al.,

2007), sin embargo, debido a esto se debe

buscar un mtodo de conservacin para

prolongar su vida de anaquel. El mtodo

ms adecuado es la deshidratacin

osmtica (DO), que consiste en la

extraccin de agua de un producto que se

sumerge en una disolucin hipertnica a

un tiempo y temperatura especficos (Al-

Muhtaseb et al., 2010) donde se establece

dos flujos en contracorriente (agua y

soluto) sin cambio de fase (Genina-Soto,

2002) en consecuencia el producto pierde

agua (PA) y gana slidos (GS). La

velocidad y el grado de deshidratacin

dependen de la concentracin y tipo del

soluto, temperatura, velocidad de

agitacin y pretratamiento de la muestra

(spir & Trk, 2009). La DO est ganando popularidad por ser un mtodo que

presenta ventajas como: baja temperatura

de operacin, lo cual evita dao a

productos termolbiles por lo que reduce

los costos de energa, mejora la textura

as como la retencin de color por la

concentracin del agente osmtico

(Gonzlez-Martnez et al., 2006). Sin

embargo, no se tiene actualmente el

conocimiento del fenmeno de la

transferencia de materia en este producto,

ni sus caractersticas de calidad al

finalizar un proceso de secado. La

modelacin de la transferencia de masa en

el alimento sometido a la DO permite

determinar la difusividad efectiva del

agua (Dea) y soluto (Des).

OBJETIVOS

Por lo que el objetivo del presente trabajo

fue estudiar y modelar el fenmeno de

transferencia de materia de rbano

(Raphanus sativus L.) durante la DO.

MATERIALES Y MTODOS

Para la obtencin de la cintica de la DO

se utilizaron muestras de rbano de 4 cm

de dimetro con 0.5 cm de espesor, se

prepararon la solucin osmtica con una

relacin fruta-solucin de 1:15 al 5, 10 y

15% de NaCl a temperaturas de 40, 55 y

70 C con dos tipos de muestras sin y con

pretratamiento (escaldado y CaCl2 al 5%).

Las muestras sometidas a la DO fueron

retiradas, escurridas y pesadas en

diferentes intervalos de tiempo hasta

alcanzar el equilibrio osmtico. Para la

simulacin de las cinticas tanto para PA

y GS experimentales se usaron el modelo

de Pages y para la estimacin de las Dea

y Des se emple la ecuacin de la 2da.

Ley de Fick (Gaware, et al., 2010). Los

resultados de la Dea y Des a las diferentes

concentraciones y temperaturas

empleadas fueron analizados a partir de

un anlisis de varianza (ANDEVA),

empleando el paquete estadstico

STATGRAPHICS con el mtodo LSD

(mnimas diferencias significativas) a un

nivel de significancia del 95% (p< 0.05).

DESARROLLO

Se est desarrollando un producto

alimenticio a base de rbano deshidratado

osmticamente que permita aumentar su

vida de anaquel mediante la ganancia de

NaCl y PA. Asimismo, se desarroll una








modelacin matemtica a partir del

modelo de Pages que permita simular

cinticas de DO de rbano a diferentes

concentraciones y temperaturas

empleadas a la de este experimento.

RESULTADOS

La PA se increment conforme se

aument tambin la temperatura

hacindose asinttica la curva de la

cintica de DO en todas ellas. La mayor

PA ocurri en general dentro de los

primeros 40 min de proceso empleando

las tres temperaturas y concentraciones

produciendo una cintica de primer orden.

Este mismo efecto de las cinticas

experimentales en todas las temperaturas

y concentraciones de trabajo empleadas

en rbano con y sin pretratamiento fue

obtenido por las cinticas simuladas por

el modelo de Pages presentndose en

todas ellas una curva de tipo exponencial

con un grado de correlacin por arriba de

0.99. El efecto de temperatura en la PA

fue mayor en las muestras de rbano

pretratadas que sin l a la misma

temperatura y concentracin. Inclusive se

observ que a 55 oC la PA fue mayor en

muestras pretratadas de rbano que en las

frescas a 70 oC, este efecto se present en

las tres concentraciones (Figura 1).

Al igual que las cinticas de PA, la GS se

increment conforme se aument la

temperatura. La mayor penetracin de

NaCl se produjo a 70 C a las tres

concentraciones. Tambin se observ un

efecto inverso comparado con PA ya que

el efecto de temperatura en la variacin

de GS fue menor en las muestras de

rbano pretratadas que aquellas donde se

emple rbano fresco a la misma

temperatura y concentracin. Inclusive se

observ que a la temperatura de 70 oC la

GS fue ligeramente menor en muestras

pretratadas de rbano que en las frescas a

40 oC en las tres concentraciones de NaCl

empleadas (Figura 2).

Figura 1. Cinticas experimentales y

predichas de DO para PA. Empleando

NaCl al 15% de rbano fresco y

pretratado a diferentes temperaturas.

Figura 2. Cinticas experimentales y predichas de DO para GS. Empleando

NaCl al 15% de rbano fresco y

pretratado a diferentes temperaturas.

R2=0.9985








El aumento de la temperatura en la

aplicacin de la solucin osmtica sobre

las muestras de rbano con y sin

pretratamiento tuvo un efecto directo en

el aumento de la difusividad efectiva. Se

observ una mayor Dea y Des (Tabla 1 y

2) a la misma temperatura y

concentracin de trabajo en rbanos

deshidratados con pretratamiento que sin

l, en el mismo orden de magnitud,

habiendo diferencias significativas a una

p








Espinoza et al. (2006). Mientras que el

escaldado elimina oxgeno presentes en

los poros del rbano, permitiendo que la

solucin exterior ocupe dicho espacio,

aumentando el espacio interfacial y

causando un incremento en la difusin del

agua y por consiguiente aument la PA

(Nunak & Schleining, 2006). Tambin

fue observado un efecto de concentracin

ya que conforme aument la

concentracin de la solucin osmo-

deshidratante de NaCl aument la PA a

las tres temperaturas, esto podra deberse

a la difusin de NaCl hacia el interior del

citoplasma generando un incremento en el

gradiente de concentracin a nivel de la

vacuola, permitiendo mayor transferencia

de agua a nivel celular (Lewicki et al.,

2002). Arrhenius explic que por cada 10

C de temperatura las velocidades de

reaccin qumica tienden a duplicarse;

una pequea variacin de temperatura es

necesaria para que el transporte de masa

proceda ms rpidamente (Alakali et al.,

2006) esto explicara el mejor transporte

de slidos. En relacin a la difusividad

spir y Trk (2009) reportaron que las difusividades efectivas son dependientes

de la temperatura y la concentracin de la

solucin osmtica, principalmente.

Empleando pretratamientos las Dea y Des

fueron mayores; esto podra deberse que

los pretratamientos cambian la estructura

del alimento debilitando la capacidad de

ligacin del agua, la cual est ms libre y

se puede eliminar fcilmente, aumentando

la velocidad de difusin del agua y

slidos al mismo tiempo (Gonzlez-

Fsler et al., 2008).

CONCLUSIONES

El aumento en la concentracin y

temperatura favorecieron la PA y GS

durante la DO de rbano sin y con

pretratamiento; presentndose mayor PA

empleando pretratamiento mientras que la

GS fue menor en todas las cinticas. En

ambos casos, el mejor tratamiento fue a

70 C al 15% de NaCl. Las cinticas de

DO predichas por el modelo de Pages

simularon y ajustaron la conducta

experimental con una R2 mayor de 0.99

en promedio en todos los tratamientos.

Las difusividades tanto para agua y slido

estn dentro de las establecidas para

frutas y verduras, teniendo mayores

valores de difusividad a mayor

temperatura y concentracin.

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