CONSERVACION DE FRUTAS Y VEGETALES CON AZUCAR

RESUMEN

Entre los alimentos presentes en el mercado hay un grupo de productos que se parecen a los alimentos deshidratados por su estabilidad microbiana, pero que no se pueden clasificar como alimentos deshidratados. Su contenido de humedad es alto, porque se trata de frutas y verduras, que a su vez son llamados alimentos de humedad intermedia porque contienen entre 20 a 50% de agua. Cuando ciertos alimentos son procesados para la elaboración de nuevos productos ya sea mermeladas, zumo de frutas y conservas en almíbar entre otros, se necesita que aquellos productos tengan un mayor tiempo de vida útil, para esto, es necesario recurrir a técnicas convencionales en la conservación de alimentos, que a su vez sean de fácil manejo y que requieran un gran ahorro de eficiencia energética entre otros factores que mejoran la estabilidad del producto como: sabor, olor, textura y color. Todo esto es posible gracias al azúcar, ya sea en polvo, granulado o en jarabe. Cuando el azúcar interactúa químicamente con el alimento ocurre bajo un proceso llamado deshidratación osmótica.

La deshidratación osmótica de los alimentos produce unas ventajas para la industria del procesado de alimentos. El contenido de humedad que se consigue con este sistema de deshidratación no es tan bajo como para que el producto acabado pueda ser considerado comercialmente estable. Por tanto, un producto deshidratado osmóticamente, normalmente, debe ser sometido a algún otro proceso adicional (generalmente métodos de secado por aire, congelación o vacio entre otros) para que pueda ser considerado estable desde el punto de vista comercial.

La deshidratación osmótica consiste en un proceso de eliminación del agua contenida en el interior de sólidos celulares, mediante se inmersión en una solución acuosa concentrada (jarabe o salmuera).

ABSTRACT

the drying osmotic consists of removing a percentage of the moisture from a fruit or vegetables piece by placing it in contact with granular sugar or reduced to about 50% of its original weight by the osmotic dehydration, after which it may be frozen or dried further in an air or vacuum dryer. The osmotic agents used are various dry sugars, sugar-starch mixtures, and sugar syrup. The sucrose was found to be the best all around dry substance. The products had a porous crisp texture and retained a large percentage of the flavor volatilizes of the fresh fruit. About 40% of the water can be removed from certain tropical fruits by the osmotic process. For bananas and plantains, this involves immersing slices in a concentrated sugar solution for about 18 hours; the ripe mango requires the same treatment for about 4 hours; the time is always different for different fruits.

Osmotic dehydration is a complex process of countercurrent mass transfer between the tissues of plants and hypertonic solution. This leads to dehydration of the product and also to changes in chemical composition, therefore, the properties of dehydrated food and will differ substantially from the conventionally dried product.

Osmotic dehydration does not reduce significantly the water activity to prevent the proliferation of microorganisms, the process increases, some way, the useful life of food, but not preserved. For this reason it is important to the application of other methods of conservation, however, the processing of osmotic ally dehydrated food is less expensive and better preserves the characteristics acquired during the osmosis, such as jams that has a shelf-life too long.[1]

INTRODUCCION:

Las frutas y verduras se clasifican en alimentos no perecederos: aquellos que se alteran relativamente despacio debido a sus condiciones morfológicas o estructura química. Cuando los alimentos son mínimamente procesados: aquellos que conservan la calidad de frescos sin usar las técnicas de conservación convencional, (por ejemplo, congelación, enlatado y deshidratación osmótica). [2]

Cuando las frutas y verduras se procesan, ya sea para la elaboración de mermelada, zumos de fruta y verduras enlatadas, se necesita una mejor calidad a través del tiempo, para que esto se realice se necesita la manipulación de procesos químicos, que conserven por mucho más tiempo de lo esperado. Estos proceso son realizados debido a las características de cada alimento, sin embargo existe un proceso que no requiere tratamiento químico y además es muy convencional “conservación de frutas y verduras con azúcar” aquel proceso se hizo pensando en las ventajas que le ofrecía al producto y a la industria en los costes del envasado y distribución (una concentración de frutas y verduras antes del congelado disminuye tales costos) [3]. Cabe resaltar que la conservación con azúcar, mejora la calidad en términos del sabor, aroma y textura además da una estabilidad al producto, también favorece la retención de nutrientes durante el almacenamiento.

La eficiencia energética que ofrece el tratamiento osmótico con una solución de jarabe que podría ser sacarosa que convencionalmente se hace, este proceso favorece la disminución de requerimientos energéticos ya que requiere bajas temperaturas comparados con otros métodos como secado al vacio que gastan mucha más energía. El consumo de energía durante la deshidratación osmótica a 400C con concentraciones posteriores del jarabe por evaporación, era al menos dos veces más bajo que el secado por convección de aire a 700C [4]. Después del tratamiento osmótico el jarabe puede ser utilizado para zumo de frutas (caso que se explicara con mayor amplitud en el análisis químico del azúcar en determinadas frutas) mejorando así la economía del proceso, esto sería posible en aquellos casos en los que el secado osmótico se realice sin adición de sal pero si con azúcar ya que la adición de solutos baja la actividad de agua y mejora la vida útil del alimento.

OBJETIVOS:

General: aprender una alta gama de conocimientos acerca de la conservación de alimentos, con uno de los métodos más efectivos y convencionales en el mundo, para luego ser utilizado pensando en un futuro profesional.

Específicos:

El proceso de ósmosis se da cuando las soluciones ubicadas a cada lado de la pared celular tienen distintos índices de concentración. El agua se filtra desde la solución menos concentrada para diluir a la otra más concentrada, así se igualan en concentración. Cuando se produce éste fenómeno, el agua transporta a los químicos presentes en la solución dentro y fuera de la célula.

Proceso de productos deshidratados osmóticamente: [2]

El enlatado de manzanas no se practica comercialmente, debido a que presenta algunos problemas inherentemente asociados al alto volumen de gas que contiene el tejido de la manzana, a la dificultad de eliminarlo durante la evacuación del aire de los envases, a su escaso peso escurrido, y a su textura blanda y pulposa. Se han realizado algunos intentos de enlatar rodajas de manzana, usando cloruro cálcico, como agente reafirmante para mejorar la textura, Sin embargo, usando en el enlatado trozos de manzana previamente tratados osmóticamente, se obtenía una textura más firme y una mayor calidad del producto, este proceso se conoce como “osmo-enlatado” [5].

Los tratamientos químicos para reducir el pardeamiento enzimático pueden evitarse usando un agente osmótico. El azúcar tiene dos efectos: (a) la inhibición efectiva de la polifenoloxidasa, enzima que cataliza el pardeamiento oxidativo de la mayoría de frutas cuando se cortan, y (b) la prevención de la pérdida de sabores y aromas volátiles durante el posterior tratamiento de secado por aire o al vacio. Sin embargo, si el producto final tras el secado por el aire contiene una humedad del 10-20%, los procesos de pardeamiento enzimático y no enzimático provocan en deterioro paulatino del color, sabor y del aroma. Por ello ponting, sugirió que, si el contenido final de humedad del producto sobrepasa el 20%, se añada una etapa de escaldado tras el proceso osmótico, y también el uso de dióxido de azufre, durante o después de la etapa de deshidratación osmótica [5].

Los agentes osmóticos más frecuentemente usados son: sacarosa para frutas, y cloruro sódico para hortalizas, pescado y carne. Otros agentes osmóticos son: glucosa, fructosa, lactosa, dextrosa, maltosa, polisacáridos, maltodextrina, jarabe de almidón de maíz, y combinaciones de todos ellos.

Para mejorar la efectividad del proceso de osmosis, y reducir el costo del soluto, algunos investigadores han probado el uso de mezclas binarias de solutos con sacarosa, la elección de la mezcla definitiva depende de muchos factores, tales como el costo del soluto, la compatibilidad organoléptica con el producto final, y el efecto conservante que pueda tener el soluto [6].

Tanto la perdida de agua hasta el nivel de equilibrio, como la velocidad de secado, aumentan cuando lo hace la concentración en el jarabe osmótico, ya que la actividad de agua del jarabe (o sea, la fuerza impulsora de la transferencia de materia) disminuye conforme aumenta la concentración de soluto en el jarabe. Al aumentar la concentración del jarabe, se forma una densa capa de soluto sobre la superficie del producto, de modo que se acentúa el efecto osmótico, a la vez que se reducen las pérdidas de nutrientes. En jarabes con solutos de alto peso molecular se forman barreras similares incluso a bajas concentraciones [6].

La velocidad de ósmosis se ve notablemente afectada por la temperatura, que es el parámetro más importante que influye sobre la cinética de pérdida de agua y ganancia de soluto. La perdida de agua aumenta con el aumento de temperatura, mientras que la ganancia de sólidos se ve menos afectada. A altas temperaturas, el soluto no puede difundirse a través de la membrana tan fácilmente como el agua, por lo que el acercamiento al equilibrio osmótico se consigue principalmente por el flujo de agua que sale de las células. Este tipo de equilibrio da como resultado una menor ganancia de soluto en el producto [7].

Los procesos osmóticos se verán afectados por las propiedades fisicoquímicas de los solutos que se empleen. Las deferencias surgen principalmente de las distintas propiedades que presentan los solutos en cuanto a peso molecular, estado iónico, y solubilidad en el agua. De acuerdo con los principios de la ósmosis, para unas misma concentración de materia, la velocidad de pérdida de agua Desde la fruto hacia el jarabe es más baja en jarabes con soluto de gran peso molecular que en aquellos cuyo solutos que tienen menor peso molecular. Esto se debe a que los jarabes con solutos de bajo peso molecular tienen una presión de vapor más baja. Sin embargo, contrariamente a lo planteado por el anterior principio fisicoquímico, en las etapas iníciales, para jarabes osmóticos con igual concentración, aquellos que tengan solutos de alto peso molecular tendrán una velocidad de eliminación de agua mayor y una transferencia de soluto más baja (debido a la baja penetración del soluto). En comparación con los de peso molecular bajo. Esto se demostró mediante el uso de una solución modelo de gel de agar. El proceso osmótico también puede verse afectado por el pH del jarabe. La acidificación cambia las propiedades del tejido, y consecuentemente la textura de las frutas y hortalizas, produciendo un incremento de las velocidad de eliminación de agua. En ensayos realizados con aros de manzana, y usando jarabe de maíz, la máxima eliminación de agua se produce a pH 3. En disoluciones más acidas (por ej., a pH 2), los aros de manzana se vuelven muy blandos, mientras que a valores de pH entre 3 y 6 se mantienen firmes. El ablandamiento puede deberse a la hidrólisis y despolimerización de las pectinas [7].

La deshidratación osmótica puede mejorarse agitando o haciendo circular el jarabe alrededor de la muestra. Sin embargo; la mejora obtenida es tan pequeña que en algunos casos puede resultar más económico no usar agitación, si se toman en cuenta los equipos necesarios, y la rotura que se produce en las frutas. En un estudio realizado con rodajas de kiwi, se encontró que la influencia de la agitación sobre la deshidratación osmótica dependía de la relación entre las masas de jarabe y fruta, así como de la concentración del jarabe [7].

El comportamiento de la concentración osmótica depende de la geometría o forma de los trozos de la muestra, pues ello produce variaciones en el área superficial por unidad de volumen (o masa), y en la longitud de difusión del agua y los solutos implicados en el transporte de materia. Encontraron perdidas de masa 1,3 veces mayores cuando el grosor de las rodajas de manzana pasaba de 10 a 5 mm. Se encontraron que la ganancia de soluto aumentaba si también lo hacia la relación entre el área dependía de la forma), y luego disminuía, esta disminución de la perdida de agua probablemente se deba a la alta ganancia de solido en la superficie, que provoca la formación de una capa de soluto, y reduce la difusión. A igualdad que las demás condiciones de operación, el trocear frutas frescas en diferentes formas y tamaños puede dar como resultado productos finales con características muy distintas [5].

Los productos obtenidos por deshidratación osmótica son más estables durante el almacenamiento que los alimentos no tratados por este método. Esto se debe a que presentan a una menor actividad de agua, provocada por la ganancia se soluto y la pérdida de agua. A baja actividad de agua, las reacciones químicas causantes de deterioro en el alimento, también son menores, así como la producción de toxinas por microorganismos. En el enlatado de frutas y hortalizas frescas con un alto contenido en humedad, el agua puede fluir desde el producto a la salmuera o jarabe, provocando su dilución. Esto puede evitarse mediante el proceso de osmoenlatado, con el que se consigue mejorar la estabilidad del producto. Similarmente, en yogur con trocitos de albaricoque y melocotón, el osmo-deshidrocongelado de los mismos puede mejorar su consistencia y reducir la separación del suero. El soluto ejerce un efecto germicida. La sal reduce la solubilidad del oxigeno en el sustrato, restringiendo de este modo el crecimiento de organismos aerobios [5].

Tanto la ganancia de sólidos como la pérdida de agua aumentan al hacerlo la relación entre el jarabe y la masa del alimento. Uddin e Islam estudiaron el efecto de la relación entre jarabe y masa de rodajas de fruta sobre el tratamiento osmótico de piña tropical a 21ºC. Observaron que la pérdida de peso aumentaba hasta que la razón jarabe-fruta llegaba a 4:1, pero no se producía ninguna ganancia adicional al seguir incrementando esta razón hasta 6:1. En consecuencia, definieron la razón óptima para piña tropical como 4:1. En patatas secadas osmóticamente, en un jarabe con 61% de sacarosa, la velocidad de ganancia de sólidos y perdida de agua se incrementaba significativamente al hacerlo la razón jarabe-masa de patata de 1:1 a 6:1. En el punto de equilibrio, el contenido de soluto en las patatas era el mismo, con razones jarabe: fruta de 1:1 que con 10:1. Es decir, que en el punto de equilibrio, el efecto de la razón entre jarabe y masa de fruta sobre la composición de la patata es insignificante [8].

La cinética de la osmosis en alimentos puede verse afectada por: la composición química (proteínas, carbohidratos, grasa, sal, etc.), estructura física (porosidad, disposición de las células, orientación de las fibras y de la piel), y por los pre tratamientos recibidos. En rodajas de patatas frescas, una etapa previa de escaldado por vapor durante 4 minutos, antes de la ósmosis, produjo menores perdidas de agua y mayores ganancias de solido. Este pobre comportamiento de la concentración osmótica puede deberse a roturas de las membranas por efecto del calor. La congelación de fruta cruda rompe las células y da como resultado una osmosis escasa en fruta descongelada. Saurel et al. Estudiaron la ósmosis de manzana congelada, sin descongelarla, en glicol de etileno y glicol de polietileno a 30-70ºc, y observaron resultados similares a los obtenidos con manzanas frescas [5].

La deshidratación osmótica, ejecutada al vacio, produce un cambio en el comportamiento de transferencia de materia en sistemas de disolución fruta-azúcar, Los tratamientos al vacio intensifican el flujo capilar, e incrementan la transferencia de agua, pero no tiene ninguna influencia en la captación de sólidos. La transferencia total de agua, resultante de la combinación de difusión tradicional y el flujo capilar, se ve afectada por la porosidad o fracción hueca de la fruta [4].

El principal inconveniente que tienen los procesos osmóticos es que pueden acentuar el sabor salado o dulce, o disminuir la acidez del producto, lo cual, en algunos casos, no es deseable. Para evitarlo hay que controlar la difusión del soluto, y optimizar el proceso para mejorar la valoración sensorial del producto. También pueden usarse recubrimientos de membranas comestibles semipermeables, para reducir la captación de solutos e incrementar la perdida de agua [10].

En las aplicaciones industriales son muy importantes factores como la validación microbiana del proceso para periodos prolongados de funcionamiento; y la reutilización del jarabe reciclado. Para hacer industrialmente viable el proceso, la mayor dificultad se encuentra en el manejo del jarabe. Este debe ocuparse de aspectos como: la composición y concentración del jarabe, su reciclado, la adición de solutos, la reutilización, y la eliminación de residuos. El costo del jarabe es un factor clave para el éxito del proceso. Los cambios en su composición, provocados por sustancias lixiviadas [10].

Son necesarios estudios adicionales para llegar a una clara comprensión de cómo la variación del equilibrio y el valor de las constantes de la velocidad se ven influidos por las variables del proceso y por las características de los materiales alimentarios. La mayoría de los estudios sobre osmosis se han ocupado de la predicción cualitativa de los factores de procesado, pero para poder diseñar y controlar el proceso, en usos industriales, es necesaria más predicción cuantitativa. Las mediciones en la línea de las propiedades del jarabe, pueden proporcionar un control continuo del proceso.

Las frutas y hortalizas tienden a flotar sobre el jarabe debido a la mayor densidad del jarabe. Además, la viscosidad del jarabe ejerce una considerable resistencia a la transferencia de materia, dificulta la agitación, y hace que tienda a adherirse a la superficie del producto alimentario.

Los trozos de material alimentario pueden romperse, debido al flujo del jarabe (en el caso de procesos continuos), o la agitación mecánica (en los procesos por los lotes). El incremento de la concentración de escamas en el pescado, durante la osmosis, ralentiza el subsiguiente proceso de secado por aire. La osmosis termina cuando se alcanza el equilibrio, pero efectos prácticos y para asegurar la calidad del producto final, deben detenerse en cuenta algunos otros factores,

Entre los que se cuentan el daño producido a las células, y el desarrollo de sabores extraños debidos a un tiempo de procesado excesivos o a la reutilización del jarabe. Finalmente, hay que usar sistemas de envasado adecuados. Para garantizar que el producto llegue a los consumidores con una buena calidad. Todos estos problemas deberían ser el objeto de posteriores trabajos de investigación sobre deshidratación osmótica de alimentos [10].

Los zumos de fruta, y otros alimentos líquidos, se concentran para reducir su volumen y masa, lo cual, a su vez, reduce los costos de envasado, almacenamiento y transporte. La concentración de los zumos tiene como resultado una menor actividad de agua, lo que ayuda a largar su vida útil.

Las propiedades físicas, térmicas y reológicas de los zumos de frutas son esenciales para el diseño de equipos de manejo y procesado, y de las operaciones unitarias. Las propiedades físicas de los alimentos han sido revisadas por Okos y Rahman [11], en cuyos trabajos pueden encontrarse datos útiles sobre los zumos de frutas. Los componentes principales de los zumos de frutas son los azúcares, pero su calidad está determinada en gran medida por el color, el sabor, y la relación azucares: ácidos. La tabla 1 muestra los contenidos de azúcares de algunos zumos, tal como se presentan en la bibliografía.

Tabla 1 contenidos típicos en azúcares de diferentes zumos de fruta [11].

Chen [12] sugirió que la densidad de las disoluciones de la sacarosa puede usarse también para hacer una estimación de la densidad de los zumos de frutas. Observando que los pesos determinados por los cálculos de densidad no son normalmente corregidos por la flotabilidad causada por el aire, Chen [12] propuso la siguiente ecuación, para la densidad aparente de las disoluciones de sacarosa en g/mL a 200C:

Donde n = 0, 1…..,5 y bn = 0.00387 en el caso de una manzana. La ecuación anterior proporciona una precisión estimada de 0.00005 g/ml. La densidad de las frutas desciende ligeramente al aumentar la temperatura, y cuando se trabaja con grandes volúmenes es necesario que los valores de las densidades que se utilizan sean lo más precisos posibles. A continuación se mostrara el comportamiento de una manzana respecto a la concentración de azúcar y energía:

La viscosidad o el comportamiento reológico de un zumo de fruta son importantes porque aumenta desde unos pocos mPa.s en el zumo sin concentrar hasta varios mPa.s en los zumos concentrados. Por definición, la reología es el estudio de la deformación y del flujo de la materia sometida a la acción de alguna fuerza. Por lo tanto, las propiedades reológicas de los fluidos, tales como zumo de naranja concentrado, se basan en la reacción de los alimentos al flujo cuando son sometidos bien a un esfuerzo cortante o una velocidad de deformación fija. Un tratamiento más extenso acerca del comportamiento reológico de los fluidos alimentarios puede consultarse en otros trabajos de nivel científico; aquí simplemente se dará una breve descripción.

Se observa que los zumos de manzana y uva, despectinizados y filtrados, son fluidos newtonianos, es decir, que su viscosidad a una concentración especifica depende solamente de la temperatura. Los líquidos tales como el agua y las disoluciones azucaradas, a una temperatura determinada, presentan un comportamiento al flujo independiente de las fuerzas de deformación aplicadas, y son denominados alimentos newtonianos.

Las propiedades coligativas dependen del número de moléculas de un sistema, pero de su naturaleza, y juegan un papel importante en un cierto número de procesos de separación y en la actividad de agua. En las disoluciones ideales, las propiedades coligativas son independientes de la naturaleza química del soluto. Son propiedades coligativas típicas el aumento del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación, y la presión osmótica [11].

Las membranas de ósmosis inversa se desarrollaron principalmente raíz de la necesidad de encontrar un método eficaz de desalinización de agua marina. El profesor Samuel Yuster de la universidad de california de los Ángeles determinó, usando la ecuación de absorción de Gibbs, que una superficie hidrofilica en contacto con jarabe debería tener una película de aproximadamente 0.3-0.4 nm de agua pura adyacente a la superficie. Sin embargo, todos los esfuerzos para extraer el agua pura de esa capa fracasaron, y los trabajos se desplazaron hacia otros medios de obtención de agua [12].

Para obtener toda la información en esta monografía, se recurrió a una variada fuente de información de diferentes autores, logrando a si una extensa teoría, la cual ha sido comparada tratando de entender el propósito u objetivo general que quiere dar a conocer cada autor, sin embargo se puede generalizar cada uno de los contextos investigados y unirlos para formar la idea principal (conservación para beneficio de la humanidad), que significa él porque de todas esas investigaciones, hacia donde se dirigen y que quieren enseñar a los lectores interesados, todas estas preguntas generan una duda, la cual es: ¡se podrá avanzar más acerca de cada tema, podría el grupo de trabajo probar todos esos resultados (veracidad)¡ todo esto genera un espíritu investigativo, el cual deja como consecuencia el seguir formándose científico y culturalmente como persona para el beneficio de la humanidad.

CONCLUSIONES

Los métodos de conservación de los alimentos como la deshidratación osmótica, tienen mucha importancia a nivel mundial, ya que este permite la conservación y preservación de un alimento, por su alta concentración de solutos (azúcar) que disminuye la actividad de agua. Evita el desarrollo de microorganismos y las reacciones enzimáticas conservando sus características nutricionales y organolépticas y de esta manera alargar su vida útil; al igual que la extracción de humedad en los alimentos como método de deshidratación, garantiza la estabilidad frente al deterioro, por parte de microorganismos y reacciones enzimáticas no deseadas, alargando la vida útil de un determinado alimento.

Todas estas importantes razones que aportan la deshidratación osmótica, como es la conservación y preservación de productos procesados son logradas a través del azúcar, adicionando un jarabe de azúcar a las frutas y hortalizas que se desean conservar, obteniendo productos en almíbar.

Por estas razones es de gran peso lo que ofrece este método y la conservación por medio de soluciones edulcorantes (almíbar) se puede concluir que desde la invención de este proceso hasta nuestros días, han sido grandes avances dentro de las industrias alimenticias.

BIBLIOGRAFÍA: