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Dise�o del proceso de deshidrataci�n osm�tica para Cidrayota (Sechium edule) de la variedad virens levis

 

Design of the osmotic dehydration process for Cidrayota (Sechium edule) of the virens levis variety

 

Projeto do processo de desidrata��o osm�tica para Cidrayota (Sechium edule) da variedade virens levis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: da.cabrera@uta.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 11 de octubre de 2023 *Aceptado: 20 de noviembre de 2023 * Publicado: �31 de diciembre de 2023

 

        I.            Universidad T�cnica de Ambato, Facultad de Ciencia e Ingenier�a en Alimentos y Biotecnolog�a, Ecuador.

      II.            Universidad T�cnica de Ambato, Facultad de Ciencia e Ingenier�a en Alimentos y Biotecnolog�a, Ecuador.

 

Resumen

La cidrayota deshidratada, con 10,22% de humedad, 305,96 kcal/g de energ�a y 4,72 N de dureza, se revela como un alimento energ�tico de baja humedad ideal para la conservaci�n. El tratamiento �ptimo (T14) comprende 5% de CaCl2, soluci�n deshidratante de 55% de sacarosa y 6 horas de inmersi�n. La eficiencia del proceso se respalda con difusividad efectiva para s�lidos (7,022E-07 m2/s), agua (6,9353E-07 m2/s) y coeficiente de transferencia de masa Kw (6,3041E-03 h-1). El diagrama PFD para una producci�n diaria de 50 kg destaca la necesidad de 393,70 kg de cidrayota, 595,76 kg de sacarosa, 5,41 kg de �cido c�trico, 1080,32 kg de agua y 27 kg de cloruro de calcio.

Palabras Clave: cidrayota; deshidrataci�n osm�tica; transferencia de masa; difusividad efectiva.�

 

Abstract

Dehydrated cidrayota, with 10.22% humidity, 305.96 kcal/g of energy and 4.72 N of hardness, is revealed as a low-humidity energy food ideal for conservation. The optimal treatment (T14) comprises 5% CaCl2, 55% sucrose dehydrating solution and 6 hours of immersion. The efficiency of the process is supported by effective diffusivity for solids (7.022E-07 m2/s), water (6.9353E-07 m2/s) and mass transfer coefficient Kw (6.3041E-03 h-1). The PFD diagram for a daily production of 50 kg highlights the need for 393.70 kg of cidrayota, 595.76 kg of sucrose, 5.41 kg of citric acid, 1080.32 kg of water and 27 kg of calcium chloride.

Keywords: cidrayota; osmotic dehydration; mass transfer; effective diffusivity.

 

Resumo

A cidrayota desidratada, com 10,22% de umidade, 305,96 kcal/g de energia e 4,72 N de dureza, revela-se como um alimento energ�tico de baixa umidade ideal para conserva��o. O tratamento ideal (T14) compreende 5% de CaCl2, 55% de solu��o desidratante de sacarose e 6 horas de imers�o. A efici�ncia do processo � apoiada pela difusividade efetiva para s�lidos (7.022E-07 m2/s), �gua (6.9353E-07 m2/s) e coeficiente de transfer�ncia de massa Kw (6.3041E-03 h-1). O diagrama PFD para uma produ��o di�ria de 50 kg destaca a necessidade de 393,70 kg de cidrayota, 595,76 kg de sacarose, 5,41 kg de �cido c�trico, 1080,32 kg de �gua e 27 kg de cloreto de c�lcio.

Palavras-chave: cidraota; desidrata��o osm�tica; transfer�ncia de massa; difusividade eficaz.

 

 

Introducci�n

La fruta cidrayota (Sechium edule) de la variedad virens levis es conocida con varios nombres comunes, mayoritariamente como chayote, un derivado de la palabra azteca "chayotl" que significa "con espinas"; en Florida es conocida como vegetable-pear, en�

Estados Unidos como christophine, en Luisiana le llaman mirliton y en Jap�n, cho-cho (Aung, Ball, &Kushad, 2009).

�La especie Sechium edule forma parte de la familia de las Cucurbit�ceas, mismas que se identifican por ser escaladoras, y formar uno de los conjuntos de plantas con mayor n�mero de especies con importancia econ�mica y cultural (Reyes E, 2012).

La cidra se caracteriza por tener un color que va desde el verde oscuro hasta un amarillo claro, crece en zonas con altitudes entre 500 y 1200 metros sobre el nivel del�� mar, en climas h�medos y en los cuales la vegetaci�n primaria est� representada principalmente por bosque mes�filo de monta�a y ecotonos de �ste, con selvas y media subperennifolias. Los sitios en los que se desarrolla� son ca�adas h�medas asociadas a ca�das de agua y arroyos (Lira-Saade, 1995).

Seg�n FAO, (2017), algunos estudios concuerdan en que la cidrayota (Sechium edule) se puede procesar para ser enlatada o bien desarrollar productos azucarados, osmodeshidratados o confitados, a partir de su inmersi�n en alm�bares, jarabes de sacarosa o soluciones hipert�nicas. Encarnaci�n, (2017) presenta algunos de los diferentes productos que se pueden obtener por estos m�todos: Cidrayota en rodajas enlatada en l�quido de gobierno, cidra en trozos o en picadillo enlatada en alm�bar, rodajas o trozos de cidrayota confitada o deshidratada, chayote en trozos mezclado con otras frutas o vegetales.

La sacarosa es un disac�rido compuesto por la uni�n de una mol�cula de glucosa y una de fructosa mediante un enlace glucos�dico, este es el principal elemento que endulza y forma cristales en la elaboraci�n de dulces es por ello que se agrega glucosa, az�car invertido o agentes hidroc�lidas que elevan la viscosidad de la soluci�n de sacarosa, evitando que esta cristalice a pesar de su elevada concentraci�n (Martel, 2009) Por lo tanto es una sustancia que posee un sabor agradable al paladar , de acuerdo a� ello se ha convertido en uno de los solutos m�s empleados a nivel industrial� para preparar alimentos a la vez que posee tambi�n una alta efectividad de deshidrataci�n osm�tica eliminando con rapidez el agua de la fruta .�

�La deshidrataci�n osm�tica consiste en la eliminaci�n parcial de agua de los alimentos, tales como: frutas, verduras y hortalizas. Se efect�a por medio de la inmersi�n del alimento en una soluci�n hipert�nica (sacarosa, cloruro de sodio) para posteriormente� someterla a un proceso de secado. La tasa de eliminaci�n de agua depende de muchos factores, tales como: la temperatura y concentraci�n de la soluci�n osm�tica, tiempo de exposici�n, tama�o y forma de los alimentos (Garc�a Pereira et al., 2013).El fen�meno de �smosis radica en la salida de agua desde una soluci�n disuelta atrapada dentro de una membrana semipermeable hacia una soluci�n m�s concentrada que rodea a la membrana. Este fen�meno f�sico gobierna la operaci�n de inmersi�n en el jarabe durante la elaboraci�n de fruta confitada o deshidratada, en la que el jugo celular de la fruta se transfiere a la soluci�n osm�tica y el soluto de la soluci�n pasa a la fruta por difusi�n (Yurivilca, 2002).

Arreola, S. I., & Rosas, M. E. (2007) determinaron los coeficientes de difusi�n efectivos y los coeficientes de transferencia de masa para la humedad perdida y para los s�lidos ganados en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de higos (ficus carica), mediante los siguientes factores; tres concentraciones de sacarosa en soluci�n (55, 65 y 75%) y dos temperaturas (35 y 45 �C), bajo vac�o constante (aprox. 40 kPa). Para lo cual se consider� una geometr�a esf�rica y estado inestable, y a la vez� una cin�tica de primer orden. Los coeficientes de difusi�n y de transferencia de materia para agua incrementaron con la temperatura y los mayores valores que se obtuvieron� fueron para una concentraci�n de sacarosa con el 65% y 35�C. La concentraci�n de la soluci�n osm�tica y la temperatura influyen considerablemente durante el proceso debido a que un incremento de esta �ltima provoca una mayor p�rdida de agua y penetraci�n de sacarosa. Adem�s, otro factor que contribuye a la apertura de la estructura del higo, disminuyendo el tiempo de proceso es el vac�o.

Campos, A., y Flores, D. (2012) estudiaron la deshidrataci�n osm�tica de placas de chayote (Sechium edule) utilizando soluciones hipert�nicas de sacarosa a concentraciones de 40, 50 y 60 % y cloruro de sodio en 5, 10 y 15 % a diferentes temperaturas: 40 �C, 50 �C y 60 �C. Las placas fueron sumergidas en las soluciones en una relaci�n de 1:20 durante 2 horas. Se observ� que la concentraci�n del soluto osm�tico y la temperatura son directamente proporcionales a la p�rdida de agua y a la ganancia de s�lidos en placas de chayote. El cloruro de sodio genera una menor ganancia de s�lidos y una menor p�rdida de agua en comparaci�n con la sacarosa en placas de chayote. El proceso de �smosis en el chayote favorece la inclusi�n de este en el desarrollo de nuevos productos alimentarios.

La deshidrataci�n osm�tica combinada con un proceso de secado, permite obtener productos alimentarios secos con una capacidad nutricional y sensorial� altas a la vez que le otorga una vida de anaquel prolongado (Lombarda, Oliveira, Fito, & Andr�s, 2008). La cin�tica de secado implica fen�menos de transferencia de masa y energ�a, el modelo difusional de Fick es ampliamente utilizado por muchos investigadores en el estudio de secado de alimentos. Las curvas de secado analizan factores como: velocidad de secado, contenido de agua en base seca y h�meda, p�rdida de peso y temperatura de aire (Giraldo Zuniga, Ar�valo Pinedo, Silva, Silva , Valdes Serra, & Palvak, 2010).

En el presente trabajo se dise�ar� un proceso para deshidratar la cidrayota utilizando deshidrataci�n osm�tica.

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Materiales y m�todos

Materia prima

Se utiliz� fruta cidrayota (Sechium edule) de la variedad virens levis producida en el Cant�n Ba�os de la Provincia de Tungurahua. Una vez recolectada la fruta, se transport� a la Facultad de Ciencia e Ingenier�a en Alimentos y Biotecnolog�a de la Universidad T�cnica de Ambato para su respectivo an�lisis y procesamiento. Para la caracterizaci�n de las propiedades f�sico-qu�micas se tom� en cuenta el estado de madurez pint�n y se realiz� dos r�plicas. La selecci�n de la cidrayota se realiz� a trav�s de un muestreo aleatorio considerando el grado de madurez (estado 4-pinton), color verde claro (Moreira, 2018).

�Se utiliz� jarabe de sacarosa elaborado con agua y az�car, se prepararon tres jarabes de diferentes concentraciones (35, 45,55%) (Allcca, 2017).Posteriormente cada jarabe se someti� a ebullici�n durante 1 minuto con el fin de eliminar hongos y levaduras, y para facilitar la disoluci�n del soluto.

�2.2. Deshidrataci�n osm�tica

Durante la deshidrataci�n osm�tica se procedi� a medir los siguientes par�metros: p�rdida de humedad, p�rdida de masa, ganancia de s�lidos. Las muestras fueron monitoreadas durante un lapso de cuatro y seis� horas, determinando as� los par�metros mencionados anteriormente con una frecuencia de cada media hora hasta llegar a los tiempos indicados� .(Cornejo et al., 2000).

Para el an�lisis del dise�o del proceso de deshidrataci�n osm�tica para Cidrayota (Sechium edule) de la variedad virens levis se consider� un dise�o experimental tipo A x Bx C(3 x 3x 2) con dos r�plicas (Ortega, 2018), (Allcca, 2017).

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Tabla 1. Estructura del dise�o experimental.

 

Tabla 2. Combinaciones Experimentales.

 

Los resultados fueron analizados mediante an�lisis de varianza y pruebas de comparaci�n de medias de Tukey (a=0,05), utilizando los paquetes inform�ticos.

 

Dise�o del proceso

La fruta deshidratada osm�ticamente fue elaborada en base a los tratamientos determinados (tabla N.-2) y a la vez siguiendo el procedimiento descrito en la figura 1

 

Figura 2. Diagrama de flujo de cidrayota deshidratada osm�ticamente.

 

 

a) Recepci�n de la materia prima�

�La fruta destinada para el procesamiento estuvo en un punto de madurez adecuado, en este caso la cidrayota debe estar fresca para evitar la eliminaci�n de agua y el incremento de solidos solubles con la finalidad de ayudar a obtener resultados m�s exactos.

b) Inspecci�n y selecci�n�

Para esta operaci�n la fruta deber� poseer los siguientes requerimientos: no poseer magulladuras, golpes y que su estado de madurez sea pint�n.

c) Lavado�

Se lav� la fruta con abundante agua para eliminar residuos como tierra u otros residuos. d) Pelado y desmillado

Es una operaci�n en la que se elimin� la cascar� que cubre a la cidrayota conjunto con la semilla.

d) Fragmentado

Se cort� la fruta en cubos de 1 x 1 x 0,5 cm (largo, ancho, espesor) y se sumergi� en una soluci�n de Meta bisulfito de sodio (0,5 g x L) por 15 min con el fin de inactivar carga microbiana.

e) Blanqueado T�rmico

La fruta reci�n fragmentada fue sometida� a un blanqueado con agua a una temperatura de 70 �C durante 1 minutos, con el objetivo de ablandar la pared porosa y que la osmosis se de con mayor facilidad, al t�rmino de este tiempo se escurrir� la fruta r�pidamente para sumergirla nuevamente en agua fr�a (aproximadamente a 16 �C) lo que permitir� que la fruta recupere la turgencia perdida durante la cocci�n (Allcca Cusi, 2017)

f) Deshidratado osm�tico�

Se realiz� mediante la inmersi�n de la fruta� en la soluci�n osm�tica de sacarosa� a diferentes concentraciones (35,45,55% SST (s�lidos solubles totales)), para lo cual se emple� una relaci�n� fruta: jarabe de (1:4),� a temperatura� ambiente por un tiempo de 4 y 6 horas, previo al jarabe preparado se le agregar� �cido c�trico con una concentraci�n de 0,005% (0,5 g/L de jarabe) lo que contribuir� a aumentar el pH e inactivar enzimas que puedan causar fermentaci�n� (Calder�n Jimenez & Jim�nez, 2011).

g) Drenado�

Se dreno la soluci�n de la fruta en un colador por aproximadamente 15 min.

h) Enjuague�

Consisti� en el lavado de la fruta con agua a 16 0C para eliminar el exceso de jarabe.� j) Secado

Se coloc� en bandejas, en un secador de marca GANDER MTM con aire circulante a 55 �C durante 10 h (Calder�n Jimenez & Jim�nez, 2011).

�i) Almacenado�

Se almaceno en fundas de polietileno (PET) debido a su capacidad de resistencia a la humedad y a la manipulaci�n.

�

Caracterizaci�n f�sico-qu�mica de la materia prima

�a)������� Humedad y Materia Seca�

Se determin� mediante la balanza de humedad (Mettler Toledo HX204 � Moisture Analyzer) con una temperatura de 105 �0,1 0C. Para determinar el contenido de materia seca g/100g se aplic� la Ecuaci�n (1):

%𝑀𝑆 = 100 − %𝐻����� (1)

�Donde:

%MS=Materia seca

%H=Porcentaje de humedad�

b)������� S�lidos solubles

Este an�lisis se determin� mediante la norma NTE INEN-ISO 2173 usando un refract�metro digital ATAGO� Pocket-Jap�n.

c)�������� Potencial de Hidrogeno (pH) y Acidez titulable (% �cido c�trico)

El potencial de hidrogeno se determin� siguiendo la metodolog�a descrita por la norma NTE INEN-ISO 1842 (INEN 2013b) para lo cual se us� un pH-metro digital (Mettler Toledo � G20), con medida directa en una soluci�n de agua destilada (45ml y 5g de muestra).� La acidez titulable se realiz� mediante la metodolog�a de acuerdo a la norma NTE INEN-ISO 750, para este an�lisis�� se utilizo un titulador autom�tico (Mettler Toledo G20 � Titrator Compact) con NaOH 0,1 N hasta un pH final de 8,1 � 0,2 .� Los valores de acidez titulable� se expresaron en� porcentaje de �cido c�trico contenido en la muestra y se calcul� mediante la Ecuaci�n (2).�

�A = V x 2 x F����������� (2)

�D�nde:�

A = Acidez titulable en porcentaje de �cido espec�fico (g �cido c�trico/100 g de fruta)

V = Volumen de soluci�n de NaOH 0,1 N empleado en la titulaci�n (ml)

F = Factor de acidez del �cido c�trico (0,064) (Castro Rodr�guez et al., 2015)

�d) �ndice de madurez�

�Se determin� de acuerdo con la Ecuaci�n (3) Alvarado (1998)

� ��������������������� (3)�������

D�nde Im es el �ndice de Madurez�

� e)������ An�lisis en el proceso de deshidrataci�n Osm�tica

�Para determinar la evoluci�n de la cin�tica de deshidrataci�n osm�tica se midieron los siguientes factores: p�rdida de peso, humedad, solidos solubles ganados y actividad de agua.

�-��������� P�rdida� de %PP, %PH y %PAw

� En la p�rdida de peso (PP), humedad (PH) y actividad de agua (PAw) se us� la Ecuaci�n (4):��

(𝑃𝑖− 𝑃𝑓)

������������������������������������������������������������������������������ %𝑃𝑃 = ��� ∗ 100���������������������������� (4)

𝑃𝑖

D�nde:�

Pi: peso inicial de� humedad, peso� y� Aw��

Pf: peso final de humedad, peso y� Aw��

�-��������� Ganancia de s�lidos solubles�

Para la determinaci�n de ganancia de solidos se us� la Ecuaci�n (5)

�(𝐵𝑟𝑖𝑥_𝑓 − 𝐵𝑟𝑖𝑥_𝑖)

��������������� %𝐺𝑆 = �∗ 100������ (5)

𝐵𝑟𝑖𝑥_𝑖)

D�nde:

�%GS: porcentaje de ganancia de s�lidos solubles� �Brixf : grados Brix de la muestra osmodeshidratada�� �Brixi : son los grados Brix de la muestra fresca.

�

Difusividad efectiva para esferas mediante el modelo de Crank

La difusividad efectiva se determin� a partir de los resultados obtenidos de humedad y s�lidos ganados. Los c�lculos se realizaron mediante la siguiente ecuaci�n basada en el modelo de Crank Ecuaciones (6) y (7)

������������������������������ (6)

���������������� (7)

D�nde:�

MR y SR: proporciones de humedad y de solutos, respectivamente.

Sub�ndices: 0, ∞ y� t representan las concentraciones iniciales, en equilibrio y a cualquier tiempo.

Dew y Des: coeficientes de difusi�n efectiva (m2/s) de agua y solutos respectivamente.�

�La transferencia de masa se determin� mediante una cin�tica de primer orden, donde los coeficientes fueron� calculados con las Ecuaciones (8) y (9) (Rastogi N. , Raghavarao, Niranjan, & Knorr, 2002)

𝑑𝑚

− = 𝐾_𝑊( 𝑀_𝑡 − 𝑀_∞)� �

𝑑𝑡

(8)

�

𝑑𝑠

− = 𝐾_𝑠( 𝑆_𝑡 − 𝑆_∞)� �

𝑑𝑡

(9)

Cin�tica de secado�

Para la determinaci�n de este an�lisis, se realiz� una� curva de secado expresada como humedad en base seca (HBS) (g agua/ g de s�lido secos) vs tiempo. El cual consisti� en pesar la muestra en� intervalos de tiempo de una hora hasta completar un lapso de 13 horas obteniendo as� el� contenido de agua en base seca�

Durante el secado convectivo se considera que solo sale agua� (Gamboa Santos, Meg�as P�rez, Montilla , Soria, & Villamiel, 2012).

�

 

 

 

 

Resultados y discusi�n

Caracterizaci�n de la materia prima

En la Tabla 3 se muestran los resultados correspondientes a la caracterizaci�n fisicoqu�mica de la cidrayota, en el que se observa que los valores son similares a los reportados por Moreira (2018) y Encarnaci�n (2017), en lo que se puede indicar que es una fruta con alta cantidad de humedad y bajo contenido de solidos solubles.�

 

�Tabla 3. Caracterizaci�n de la materia prima Cidrayota.

n= 3 mediciones � desviaci�n est�ndar

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P�rdida de peso durante la deshidrataci�n osm�tica

�Con los resultados obtenidos de p�rdida de peso se realizaron� las� Figura 3 y 4 en donde se� observa una tendencia� mayor de p�rdida en los primeros 30 minutos de inmersi�n, alcanzando entre un 25 al 35 % de p�rdida de peso en las cidrayotas de los tratamientos, durante este tiempo hasta las 4 horas de deshidrataci�n,� el peso� disminuye lentamente y al cabo de llegar a las seis horas encuentra su equilibrio.

Figura 3. P�rdida de peso en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota� a 4 horas de tiempo de inmersi�n.

 

Figura 4. P�rdida de peso en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota� 6 horas de tiempo de inmersi�n.

 

Los resultados del ANOVA multifactorial en la p�rdida de peso, se realizaron con la finalidad de analizar el efecto de las variables implicadas en el proceso de deshidrataci�n osm�tica en el que� indica que existe diferencia significativa (95% de confianza) en los factores A (concentraci�n de sacarosa),� factor B (% de CaCl2) y factor C (tiempo). La prueba de comparaci�n de Tukey nos da los mejores par�metros de p�rdida de peso cuando se utiliza 55 0 Brix, 5% CaCl2� en la soluci�n osm�tica y por 6 horas de deshidrataci�n. Seg�n Rastogi et al. (2002), la concentraci�n de la soluci�n osm�tica afecta la deshidrataci�n, ya que a mayor concentraci�n de s�lidos, mayor es la celeridad de transferencia entre los s�lidos de la soluci�n y los solutos de la fruta. Por otro lado la capacidad que muestran los iones de calcio naturales y a�adidos para formar enlaces con las pectinas y otros constituyentes de la pared celular y, en definitiva, para modificar las propiedades texturales y estructurales de la matriz celular vegetal, es de esperar que su presencia en los tratamientos afecte, en mayor o menor tendencia, al transporte de agua y s�lidos solubles que tiene lugar durante el proceso osm�tico, sobre todo si tenemos en cuenta que los mecanismos responsables del transporte de materia ocurren en conjunto con fen�menos de deformaci�n-relajaci�n de la estructura. Provocando que ocurra una ralentizaci�n en el� proceso en alcanzar el equilibrio osm�tico��

 

Ganancia de S�lidos�

En� las figuras 5 y 6� se indica, que la ganancia� de s�lidos� se encuentra en rangos� de entre 3,9 -18 0Brix� en los primeros 30 minutos para todos los tratamientos y como Brix finales� entre 40- 45. As� seg�n� Vega-G�lvez et al. (2007), la� correlaci�n entre s�lidos solubles con el tiempo� se indica en los primeros minutos un estado de pseudoequilibrio donde hay una tendencia a ganar s�lidos para las distintas concentraciones utilizadas probablemente debido a la r�pida acci�n de los mecanismos hidrodin�micos que provoca la ganancia inicial de la soluci�n osm�tica por capilaridad o por los cambios de presi�n impuestos, sin embargo a partir de los 15 minutos todas las curvas tienden a ganar s�lidos gradualmente.

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Figura 5. Ganancia de s�lidos en el� proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota� 4� horas de tiempo de inmersi�n.

Figura 6. Ganancia de s�lidos en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota 6 horas de tiempo de inmersi�n

�

El an�lisis de varianza muestra que hay diferencia significativa para los tres factores. Factor A (concentraci�n de sacarosa) factor B (% de CaCl2) y Factor C (tiempo), a la vez que se realiz� la prueba de comparaci�n de Tukey donde indica que los par�metros �ptimos para ganancia de solidos es : a2 ( 55 0 Brix ) , b1 (10 % CaCl2 )� , c1 (6 horas ) .

Al igual que el an�lisis de % de p�rdida de peso en este par�metro influyen los tres factores como se mencion� anteriormente el CaCl2 afecta tambi�n la transferencia de solidos ya que este ralentiza el proceso de deshidrataci�n osm�tica y por ello el punto de equilibrio es la variable de tiempo con seis horas.

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Perdida de Humedad

Figura 7. P�rdida de humedad en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota� a 4 horas����������������������������� de tiempo de inmersi�n.

Figura 8. P�rdida de humedad en el proceso de deshidrataci�n osm�tica de cidrayota� a 6 horas de tiempo de inmersi�n

�

En el proceso de deshidrataci�n osm�tica la perdida de humedad consiste en la salida del agua de la fruta y la incorporaci�n de los solutos de la soluci�n hacia ella, por lo cual es un an�lisis de mucha importancia�

Las figuras 7 y 8 indican la perdida de humedad en los diferentes tratamientos con lo que se identifica, como estos toman una tendencia decreciente de acuerdo con el tiempo. Para los valores en los primeros 30 minutos al igual que la p�rdida de peso y ganancia de s�lidos, este an�lisis toma una tendencia decreciente con mayor rapidez� en los primeros 30 minutos ,cuyos valores se hallan entre 13 al 15 % y en los tiempos finales entre 27 al 35 % de perdida lo que concuerda con lo reportado� por Aguilar, (2011) que estudio el efecto de la concentraci�n y la temperatura en la deshidrataci�n osm�tica de Jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam). Para obtener la cin�tica de deshidrataci�n osm�tica determin� mediante las respuestas experimentales: p�rdida de peso (Ppt), la p�rdida de agua (Pat) y la ganancia de solidos (Gst). Estableciendo as� que al final del proceso los valores de humedad descienden hasta 49.89% en el tratamiento a0b0 (50 �Brix y Temperatura Ambiente) y 33.96% en el tratamiento a6b2 (68 �Brix y 50 �C). La variaci�n de los resultados es marcada por los dos factores de estudio: Concentraci�n del jarabe y Temperatura.

�Por otro lado en el an�lisis estad�stico se determin� que existe diferencia significativa con un 95% de confianza para los siguientes factores de estudio: Factor A (Concentraci�n de Brix), Factor C (Tiempo). A la vez se realiz� la prueba de comparaci�n de Tukey en� la que se muestra los valores �ptimos para este an�lisis nivel a0� (55 0 Brix) y nivel c1 (6 horas) par�metros que se ven m�s acentuados en los tratamientos 14,16, y 18.

Con los antecedentes pronunciados es l�gico que los par�metros son directamente proporcionales para este an�lisis ya que a mayor concentraci�n y tiempo mayor p�rdida de humedad.

 

Difusividad Efectiva�

�Los datos obtenidos de difusividad efectiva para perdida de humedad� y ganancia de� solidos� se encuentra, que el valor� m�s alto para difusividad son para el tratamiento con 55�Brix, 5% , 6 horas (T14) con : 7,002E-07 m2s y 6,935E-07 m2s respectivamente , por lo que se puede decir que la concentraci�n y el tiempo influye directamente en este an�lisis , esto como efecto de que al inicio del proceso de deshidrataci�n osm�tica existe una gran diferencia de s�lidos en la fruta y la soluci�n hipert�nica , y en el transcurso del tiempo este sistema tiende a equilibrase disminuyendo la velocidad de penetraci�n de s�lidos y salida de agua de la fruta o alimento.

Una vez analizados los resultados obtenidos se emple� el an�lisis de varianza para ambos par�metros (agua y solidos) , en el que se estableci� que existe diferencia significativa con un 95% de confianza en los factores A� (Concentraci�n ) y Factor C (Tiempo ) , a la vez se realiz� la prueba m�ltiple de comparaci�n� Tukey en el cual se determin� que los niveles �ptimos para difusividad son los niveles: a2 (55 0Brix ) y C0( 6 horas) lo que concuerda con lo que se indic� anteriormente.

�Seg�n� (Coaquira, Katioska, & Maquera Calle, 2010) observ� que la mayor difusividad efectiva en papaya corresponde al tratamiento del estado verde a una concentraci�n de 60�Brix, a una temperatura de 45�C dando un valor de 4,4581E-08 m2/s� de difusividad efectiva y, la menor difusividad se produce en el tratamiento de mismo estado a una concentraci�n de 50�Brix, dando un valor de 2,0264E-08 m2/s .

De acuerdo con los datos descritos precedentemente se observa que hay� variaci�n esto como causa de las caracter�sticas exclusivas del fruto especialmente de la porosidad,� que afectan a los mecanismos de transporte involucrados en la deshidrataci�n osm�tica, de forma que cuanto mayor sea la porosidad de la fruta mayor es la ganancia de s�lidos, por ende la Difusividad efectiva ser� mayor (Lenart & Flink, 1984).

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Coeficiente de Transferencia de Masa

�La transferencia de masa es un fen�meno de transporte que se produce por causa de una� gradiente de concentraci�n y se obtuvo mediante una cin�tica de primer orden� de ah� que con los resultados obtenidos demuestra que con una concentraci�n de� (550Brix) existe mayor transferencia de masa.

Lo que se comprob� con el an�lisis estad�stico en el cual determina que el factor influyente en este proceso es la concentraci�n, y realizando la prueba de comparaci�n de Tukey se estableci� que el tratamiento recomendable para transferencia de masa es el a2b0c1�� (55 0Brix, 5 %CaCl2, 6 horas) con un valor de 6,3041E-03 (h-1),� comparado con lo reportado por� (Arreola & Rosas, 2007) que trabajo en higos y determino que� el coeficiente de transferencia �ptimo fue de 8.230 E-03 (h-1) con los siguientes factores�� (55 % de sacarosa , 45 0C)� resultados que son cercanos a los bibliogr�ficos, ya que se tom� en cuenta que la composici�n de la fruta evaluada� sea similar a la reportada para poder realizar dicha comparaci�n.

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Curva de Cin�tica de Secado�

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Figura 9. Humedad vs Tiempo.

 

Se realiz� el secado como un complemento a la deshidrataci�n osm�tica ya que este es muy ventajoso porque disminuye la perdida de nutrientes sensibles y a la vez prolonga el tiempo de vida �til de los alimentos (Aredo et al., 2012).

En la figura 9 muestra la reducci�n de la humedad en funci�n del tiempo, para los tratamientos 14,16, 18 que fuer�n los que cumplieron de mejor manera con las respuestas experimentales analizadas anteriormente.

�Las curvas de secado tienen� dos� fases muy importantes y se pueden verificar� en la figura 9 , la primera� etapa� denominada velocidad de secado constante muestra que sigue una tendencia lineal y se diferencia entre los primeros 120 minutos� en esta etapa el s�lido se calienta� y la� perdida de humedad� no es muy demostrativa por lo cual esta es de corta duraci�n , ya que se elimina la humedad libre o no ligada del s�lido , la segunda etapa llamada velocidad de secado decreciente se elimina la humedad ligada esta es m�s resistente a la evaporaci�n por lo tanto el proceso es m�s largo .

Con relaci�n a lo predicho anteriormente se calcul� la velocidad de secado para cada tratamiento determinando los siguientes valores� ; (T 14) 0,1927 kg /sm2 ; (T16) : 0,1289 kg/sm2� y para el T 18� 0,030 kg/sm2� indicando que el tratamiento 14 tiene una velocidad mayor , lo que corrobora con� los datos obtenidos para s�lidos ganados , perdida de humedad , p�rdida de peso cuyo mejor tratamiento fue el T14.

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Figura 10. Humedad vs velocidad de secado

 

 

 

 

Determinaci�n del tratamiento �ptimo

El tratamiento �ptimo se determin� en base a las diferentes respuestas experimentales obtenidas de : p�rdida de peso, ganancia de s�lidos, perdida de humedad, difusividad efectiva, coeficiente de transferencia de masa , y en conjunto al an�lisis de varianza se estableci� que los factores que mayor influencia presentaron fueron ; Factor A que corresponde a la concentraci�n y el Factor B (tiempo) , esto para todos los an�lisis efectuados , de acuerdo con las� pruebas de comparaci�n de Tukey� se obtuvo que el mejor tratamiento para todas las respuestas experimentales es el� a2b0c1 (tratamiento 14)� que corresponde a ( 55 0Brix , 5 % CaCl2 , 6 horas ) , seguido del tratamiento� a2b1c1 (55 0Brix , 10 % CaCl2 , 6 horas)� y del tratamiento a2b2c2 ( 55 0Brix , 15 % CaCl2 , 6 horas ) ,� resultados que coincide con las Figuras expuestas anteriormente.

Por lo antedicho es posible discernir que para un proceso adecuado y �ptimo de deshidrataci�n osm�tica se necesita de valores altos de concentraci�n de sacarosa.

Sin embargo la variante es el Factor� B ,� que corresponde al cloruro de calcio este ayuda a fortalecer la textura de los productos alimenticios , pero de acuerdo a la estructura de la cidrayota y esta al poseer altos porcentajes de fibra que se mantienen hasta despu�s de ser sometidos a procesos de secado , la mejor condici�n son porcentajes menores que ayudan a obtener mejor calidad , por lo tanto el mejor tratamiento para deshidrataci�n osm�tica de cidrayota es el a2b0c1�� ( 55 0Brix , 5 % CaCl2 , 6 horas ).

 

An�lisis� proximal y fisicoqu�mico del tratamiento �ptimo�

 

Tabla 4. Composici�n Proximal (%) de cidrayota (Sechium edule) deshidratada.

Mayra Casillas, 2019

 

En la (Tabla 4) se encuentra el an�lisis proximal del mejor tratamiento que corresponde a a2b0c1�� (55 0Brix, 5 % CaCl2, 6 horas) los cuales tienen� similitud con los reportados por (Chaglla, 2017) quien determin� que los valores de an�lisis proximal en zapallo osmodeshidratado fueron los siguientes Humedad 16,5; Energ�a (kcal/g) 385,72. Es posible identificar alguna diferencia en los resultados debido al tipo de soluci�n osm�tica empleada, as� en el zapallo se utiliz� miel de abeja y maracuy�.

�Se tom� en cuenta la referencia bibliogr�fica de zapallo osmodeshidratado ya que pertenece a la misma familia de cidrayota, las Cucurbit�ceas y debido a que su composici�n en estado fresco es similar.

Es importante destacar que el valor de actividad de agua se encuentra dentro de par�metros que se ajustan para que el producto final tenga un tiempo extendido de conservaci�n.

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An�lisis de Textura�

�Se realiz� el perfil de textura comparando la materia prima y el� tratamiento �ptimo� obtenido, con la finalidad de observar si existe alguna diferencia con el producto final� ya que al aplicar cloruro de calcio a un producto alimenticio, este aporta mayor textura, es decir evita que� el alimento sufra transformaciones f�sicas al momento de ser sometido a procesos de secado.

El calcio realiza una asociaci�n (que penetra en la fruta) con pectinas de las paredes celulares� con lo que se fortalece la textura de la fruta y se crea un enlace tipo �uni�n cruzada� capaz de atenuar la difusi�n de azucares� hacia la fruta debido a un aumento de la tortuosidad y de la viscosidad local (Schwartz, 1999)

Con lo antedicho es importante observar en la figura 10 el mejoramiento que existe en cada una de las propiedades texturales, la dureza� muestra� que esta, un considerable incremento a pesar de que la fruta paso por� un proceso de secado. La firmeza y la elasticidad son muy importantes porque son par�metros que generan suavidad en la fruta deshidratada y esta, al ser tratadas con calcio crean un beneficio ya que act�a sobre la firmeza de los tejidos, formando complejos� con el �cido p�ptico en la membrana celular proporcionando pectato de calcio, compuesto ventajoso que ayuda a conservar la estructura de la fruta (Al Eryani et al., 2008).

La adhesividad y masticabilidad son bajos para ambas muestras ya que esto depende de la� estructura de la fruta, pero es un buen factor ya que se realizara un menor esfuerzo al momento de ser ingerido el producto. La cohesividad es mayor en la fruta fresca ya que no ha sufrido ning�n tipo de proceso t�rmico.�

 

Figura 11. An�lisis de textura de comparaci�n de materia prima cidrayota� y el� tratamiento� optimo a2b0c1 (55 0Brix , 5 % CaCl2 , 6 horas).

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Balance de materia

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Figura 12. Diagrama PFD� de la planta procesadora de Cidrayota Osmodeshidratada.

Elaborado por: Mayra Casillas

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Elaborado por: Mayra Casillas

 

Elaborado por: Mayra Casillas

 

Elaborado por: Mayra Casillas

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Tabla N.-4 Producci�n de Cidrayota� Osmodeshidratada

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Conclusiones

En conclusi�n, la cidrayota deshidratada, con un contenido promedio de 10,22% de humedad, 305,96 kcal/g de energ�a y 4,72 N de dureza, demostr� ser un alimento energ�tico con baja humedad, id�neo para su conservaci�n. El tratamiento �ptimo para la deshidrataci�n osm�tica (T14) incluy� un 5% de CaCl2, soluci�n deshidratante de 55% de sacarosa, y 6 horas de tiempo de inmersi�n. Los valores de difusividad efectiva y coeficiente de transferencia de masa indican eficiencia en el proceso. El diagrama PFD para la producci�n de 50 kg/d�a destaca la necesidad de 393,70 kg de cidrayota, 595,76 kg de sacarosa, 5,41 kg de �cido c�trico, 1080,32 kg de agua y 27 kg de cloruro de calcio. Estos hallazgos respaldan la viabilidad tecnol�gica y nutricional de la cidrayota deshidratada como un producto energ�tico de calidad.

 

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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