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Copy of DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE FRUTAS DE UVA PARA LA OBTENCIÓN D

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franco Toselli

on 8 October 2014

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Transcript of Copy of DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE FRUTAS DE UVA PARA LA OBTENCIÓN D

Deshidratación osmótica de frutas de uva para obtención de pasas
Autores: Gonzalez Emanuel
Toselli Franco Daniel

Uvas
Especie híbrida (Gibi y Sultanina )
Destinada a pasas
Uva blanca, pequeña y sin semilla
Estructura
Composición
Racimo
Cuerpo de la baya
Polifenoles
Propiedades organolépticas
Color
Salud
Piel de uvas
Propiedades fisiológicas
Protección
Actividad antioxidante
Posible rol anticancerígeno
Flavonoides
No flavonoides
Pasas de uvas
Objetivos
1.  Obtener pasas de uva según la definición de frutas deshidratadas del Código Alimentario Argentino y al Codex Alimentario.

2.    Aplicar el proceso optimizado de deshidratación Osmótica como pretratamiento a la deshidratación convencional por aire el cual permita aplicar al proceso de secado por aire, en las condiciones menos comprometedoras para mantener las condiciones nutricionales, organolépticas y sensoriales más apreciables.

3.    Adaptar un modelo matemático fiable que pueda contemplar  la transferencia de masa dentro de la uva en el tratamiento de deshidratación osmótica.

4.    Verificar la viabilidad de la fortificación del alimento con ácido ascórbico durante la deshidratación osmótica.

5.    Determinar las condiciones óptimas de deshidratación para cada una de las etapas del proceso, manteniendo los parámetros de calidad.

6.    Valorar la concentración de polifenoles totales en la fruta fresca y en el producto final, en comparación al producto obtenido con el proceso convencional por aire.

7.    Valorar los parámetros físicos, químicos y sensoriales en el producto generado en comparación a las pasas de uva elaboradas con el proceso convencional por aire.
Desarrollar un proceso de deshidratación para la elaboración de pasas de uva de mayor calidad en comparación a productos que actualmente se elaboran y comercializan a nivel nacional.
Objetivos Particulares

DESARROLLO DE ACTIVIDADES.

Desarrollo del equipo de DO
Elección de pretratamiento
Desarrollo del modelo experimental para la optimización de la DO.
Desarrollo de ensayos de DO.
Determinación de propiedades.
Análisis y optimización del proceso de DO.
Ensayo de secado por convección
Comparación de productos finales
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Equipo de Deshidratación Osmótica
Potencia:
5 W
Corriente:
24 Volts CC.
Velocidad:
Reductor hasta 60 rpm.
Potencia:
35W
Corriente:
220V CA
Velocidad:
2700 rpm.
Bomba centrifuga
Motor

ventajas
* Alimento
* Solución
* Proceso
Forma
Tamaño
Estructura
Composición
Tratamiento previo
Tipo de soluto
Concentración
Temperatura
Grado de agitación
Presión de trabajo
Relación solución/alimento
Múltiples clasificaciones:
Deshidratación
18% humedad
para otros tipos de presentación y tipo
Fruta desecada
Fruta deshidratada
Según CAA
(Capítulo 11 Artículo 904 bis)
Menos de 25% humedad
Codex Alimentarius
(Codex Stan 67-1981 cap 3.2.2)
19% humedad (sin pepitas)
Impurezas minerales y otros defectos
* Secado mediante el aporte de energía por una fuente radiante, de microondas y dieléctrica
* Liofilización
Agua en los alimentos:
Eliminación del agua de un alimento
Cambios evidentes
Cambios en la calidad del alimento, en el sabor, en el valor nutricional.
Deshidratación por radiación solar
* Secado por contacto directo con una superficie caliente (conducción)
Deshidratación Osmótica (DO)
Difusión
eficiencia pto vista energetico
proceso tecnologicamente sencillo
minimo daño
mejora estabilidad del producto
fortificación
retención de nutrientes
Resultados y Análisis
Análisis del Diseño Experimental
Equipo de DO
Prelavado (Pretratamiento)
DO
Analisis de Peso Perdido
Análisis de Ácido Ascórbico
Analisis de Ganancia de Sólidos
Análisis de Textura
Análisis de Color
Optimización
Secado por convección
Comparación de Color
Comparacion de AA
Comparacion Polifenoles
Analisis entre Pasas
Comparación de Color
Comparacion de AA
Comparacion Polifenoles
Prospeccion a futuro
Manejo de Solución Deshidratante
R² = 93,74%
tendencia esperada
zonas dudosas ( errores procedientales)
Análisis de Polifenoles
R² =72,18%
Tratamientos
Pretratamiento de uvas
Resultados
Proceso de elaboración
1) Preparación de uvas
Separar uvas de Racimo y lavado con agua
2) Pretratamiento
Eliminar cera de la cutícula para facilitar la deshidratación.
4)Deshidratación Osmótica (DO)
Primera etapa de deshidratación
Segunda etapa de deshidratación
Ensayos de Humedad
Determinación:
Método Gravimétrico
Equipos
Balanza analítica (Ohaus, Adventurer)
Estufa de circulación forzada ( Marne,464)
H(%):Porcentaje de humedad.
mh:Masa de muestra húmeda.
ms:Masa de muestra seca.
Cálculo
Objetivo:
Determinar contenido de humedad en las bayas
Transferencia de masa
Perdida de peso (PP%)
Solidos totales (ST%)
Ganancia de solidos (GS%)
Perdida de agua (PA%)
Humedad (H%)
Objetivo:
Evaluar el intercambio de masa entre las uvas y el medio hipertónico correspondiente para cada ensayo.
Masa inicial de uva fresca
Masa de muestra deshidratada osmóticamente a tiempo (t)
Masa de muestra seca (ms)
Peso de la alícuota de muestra de uva tratada osmóticamente.
Peso de uva tratada luego de ser secada en la estufa.
Diseño de modelo de optimización.
Especificaciones
Clase Diseño:
Superficie de Respuesta (valores continuos)
Nombre del diseño:
Diseño de Box-Behnken
Número de factores experimentales:
3
Número de bloques:
1
Número de respuestas:
8
Número de pistas:
16, incluyendo 4 puntos centrales por bloque
Grados de libertad del error:
6
Aleatorios:




1) Uvas de control, sin ningún tratamiento.
2) Solución con 7% de K2CO3 más 0,4% de aceite de oliva a 50 ºC de temperatura por 1 min.
3) Solución con 1% de NaOH más 2,5% de Aceite de Oliva a 50 ºC de temperatura por 1 min.
4) Solución con 7% de K2CO3 más 0,4% de aceite de oliva a 95°C por 10 segundos.
5) Solución con 1% de NaOH más 2,5% de Aceite de Oliva a 95°C por 10 segundos.



Objetivo:
Diseñar un experimento que proporcione valores esperados de la variable respuesta y determinar el modelo matemático que mejor se ajusta a los datos obtenidos.
Software: STATGRAPHIC Centurion, Versión XV
Contenido de Polifenoles
Objetivo:
Extracción y cuantificación de los fenoles totales como parámetro de calidad
Etapas
Preparación de muestra y extracción
Elaboración de curva de linealidad
Determinación de fenoles solubles totales
Metodología: Folin Ciocalteu adaptado.
Determinación de ácido ascórbico (aa)
Metodología:
volumetría yodimétrica
Objetivos
: Cuantificar contenido de ácido ascórbico para medir el grado de fortificación durante el proceso de ósmosis y su degradación en etapas subsiguientes.
Determinación de Color
Objetivo:
medir color en los frutos y comparar sus alteraciones en cada tratamiento
Equipo:
Colorímetro CM 600 d, Konica-Minolta.
Metodología de medición:
CIE 1976 L*a*b*
Ensayo de Textura
Equipo:
Texturómetro de ensayo universal marca INSTRON (Universal Testing Machine, modelo 3342, EUA).
Objetivos:
Determinar y cuantificar la masticabilidad del fruto mediante un ensayo de carga máxima de compresión.
Conclusiones
Aceptabilidad
Directora: Dra. Penci Cecilia
Co-Directora: Dra. Martínez Marcela

(Vitis vinifera)
INTA CG- 351
Vid
Clasificación
6) Secado por convección de aire caliente
Preparación de actividades
Diseño
Controlador de Temperatura
Potenciómetro
Resistencia: 240Ω
Materiales y Métodos
Valor Nutricional
(cada 30g)
Valor Energético 95 kcal
Carbohidratos 22,6 g
Proteínas 0,9 g
Grasas Totales 0,1 g
Fibra 1,1 g
Sodio 3 mg
Calcio 15 mg
Fósforo 30 mg
Beneficios en la salud
Energía
Estreñimiento
Aumento de peso
Antioxidantes fenólicos
Anticancerígeno
Importancia como Alimento
Definición
Generalidades
Nivel de estabilidad del producto
Período de tiempo determinado
Reducción de peso, volumen, color.
Forma parte de la matriz continua de los constituyentes alimenticios
Medios intracelulares o como un componente extracelular
Actor en reacciones: hidratación, deshidratación e hidrólisis
Solvente/agente de transporte: reacciones químicas
Participa de reacciones bioquímicas
Transporte de nutrientes y metabolitos en las células
Facilita el deterioro de los alimentos
* Secado con aire caliente (convección)
Energía solar
Proceso mas simple y tradicional
Corrientes convectivas naturales
Disposición sobre el piso o sobre una superficie elevada a una altura no mayor a 1 m
10 a 20 días
Transferencia de masa
Técnica que permite eliminar parcialmente el agua de los alimentos por inmersión en una solución hipertónica
La fuerza impulsora para la difusión del agua desde los tejidos a la solución es la diferencia de actividad acuosa (presión osmótica) entre el alimento y la solución
Características:
Período dinámico de velocidad de transferencia de masa en disminución hasta el equilibrio
Cinética de la DO:
* Aproximación al equilibrio
* Presión osmótica diferencial inicial
* Velocidades de difusión de agua y soluto
1. Por medio del método diseñado, se logró obtener un producto con 18% de humedad que cumple las condiciones necesarias para denominación depasa de uva según el Código Alimentario Argentino y el Codex Alimentario.
2. El pretratamiento con solución de 1% NaOH, 2,5% aceite de Oliva a 90ºC por 10 segundos, favorece notablemente la velocidad de deshidratación durante el tratamiento osmótico.
3. Las condiciones óptimas de tratamiento obtenidas para la DO fueron de: 10 horas de tratamiento, 60ºBrix de concentración de solución de sacarosa y 40ºC de temperatura de operación; para llegar lograr un descenso en la humedad de la uva (INTA CG35 Arizul) hasta un valor del 60,54%.
4. Las condiciones óptimas de tratamiento para la etapa de secado por convección forzada, hasta una humedad requerida para ser considerada pasa, fue de 12 horas 53 minutos a 50 ± 5ºC.
5. Debido a la complejidad de la estructura, la respuesta fisiológica del tejido de las uvas en el proceso osmótico y la alta aleatoriedad en los datos de la mayoría de las variables analizadas, no se pudo realizar un modelado matemático fiable, capaz de simular el comportamiento de la transferencia de masa desde y hacia la matriz de la uva para el tratamiento osmótico.
6. Se confirmó que el efecto combinado delpretratamiento de prelavado y el proceso osmótico, favoreció a la velocidad de secado por convección,lo que redujo el tiempo necesario en esta última etapa y favoreció la calidad del producto final.
7. En base a la comparación nutricional, se observó en la pasa de uva, un aumento del 80,84% en la concentración depolifenoles y un 174,80% de ácido ascórbico en comparación a la pasa de uva elaborada por métodos tradicionales de secado al sol.
8. En base a un análisis de aceptabilidad, se obtuvo un producto de mayor preferencia a las pasas de uvas elaboradas por el método tradicional.

1.Obtención de pasas de uva.
2. Efectividad del pretratamiento para acelear el proceso de DO
3. Las condiciones óptimas de tratamiento osmótico
10 horas de tratamiento,
60ºBrix de concentración de solución de sacarosa
40ºC de temperatura de operación. valor del 60,54%.
4. Las condiciones óptimas de tratamiento de secado por convección forzada,
12 horas 53 minutos a 50 ± 5ºC.
5. Modelado matemático no factible
6. Efecto combinado del pretratamiento y el proceso osmótico, favoreció a la velocidad de secado por convección,

7. Mejoramiento en composicón nutricional,
aumento del 80,84% en la concentración depolifenoles
174,80% de ácido ascórbico

8. Mayor aceptabilidad,

3.6Manejo de la solución osmótica
Una característica desfavorable de este proceso, es el manejo de la solución deshidratante luego del tratamiento de DO. Dicha solución representa unproblema de gestión ambiental ya su vez es un factor importante en viabilidad económica. La reutilización o reciclado de la solución es necesaria para minimizar estos problemas.
Se describe a continuación los efectos generados en la solución deshidratante luego de ciertos ciclos de uso:
• Dilución de la concentración: Aún con una relación soluto/solvente muy elevada (20:1) existe una variación en la concentración(°Brix) de la solución que debe ser corregida luego de un determinado número de ciclos, debido a la difusión de sólidos y líquidos, entre la muestra y la solución deshidratante.
• Contaminación Microbiana: Otro punto a tener en cuenta, es la contaminación microbiana tanto de bacterias en la solución, cuando la concentración de sacarosa posee valores por debajo de los 60°Brix. (Pinzon M., Villa C. y Nieto J., 2011), como de hongos y levaduras en su superficie. Una carga microbiana elevada produce una fermentación apreciable, debido a la descomposición de los azúcares que elevan las concentraciones de alcohol, esteres y ácidos de aroma y sabor desagradables. En estos casos, el jarabe no puede volvera emplearse.
• Disminución en la concentración de aa:es necesario evaluar el agregado de aaa la solución ya que este difunde hacia el fruto o se degrada por exposición a la luz, pH ácido o a las altas temperaturas al ácido 2,3 dicetogulónico
• Enturbiamiento natural: generado por el desprendimiento de sólidos (restos del escobajo del racimo) y partículas de la fruta no deseadas (algunas inmiscibles) que pueden oscurecer los frutos en futuros tratamientos.
En el proceso de reciclado de la solución osmótica, como primera instancia se deberá filtrar el líquido para la remoción de sólidos, seguido de una decantación para la eliminación de aceites inmiscibles en la superficie.A continuación, la solución debe ser concentrada nuevamente hasta los niveles originales de concentración mediante la adición de más azúcar o mediante un tratamiento de evaporación de agua; este último método tiene la ventaja de que si se realiza a altas temperaturas puede también esterilizar la solución evitando el proceso degenerativo de fermentación del jarabe. La concentración de AA solo podrá ser recalibrada hasta cierto grado hasta que se manifiesten alteraciones en el gusto y color no habituales debido a la presencia del subproducto degradado del compuesto original.
A través de los ciclos de tratamientos, la solución osmótica va adquiriendo aromas y sabores característicos del fruto, producto de la migración de aceites esenciales, azúcares, vitaminas, polifenoles, etc. Estas características, adquiridas en la solución, hacen atractivo su uso en la formulación de nuevos productos enriquecidos como mermeladas y jaleas, los cuales tienen un buena aceptación en formatos de concentrado de soluciones y adiciones de restos de frutas procesadas, como se explican en los trabajos de García-Martínez E, Martínez-Monzó J, Camacho M, Martínez- Navarrete N. (2002), Holguín, M. y Camacho, G (1992) y en Peiró R, Diaz, VMC, Camacho MM, Martínez-Navarrete N, (2005).
Si la solución de jarabe no puede ser reutilizada ni volver a reciclarse, se considera como desecho industrial creando un problema ambiental debido a su alto DBO y elevada cantidad de materia orgánica, según DellaRosa M, GIROUX F, (2001).

8. Estudiar y modelar matemáticamente el proceso de difusión, para estimar las variables más importantes del proceso
3.6Manejo de la solución osmótica


gestión ambiental
viabilidad económica.
La reutilización o reciclado


• Dilución de la concentración:
• Contaminación Microbiana:
• Disminución en la concentración de aa:
• Enturbiamiento natural:

filtrar el líquido
Ajuste de Concentración adición de Azucar evaporación

Recalibración de aa

.Aromas y sabores caracteristicos del fruto


desecho industrial

Modelado del fenómeno
Modelo matemático
Segunda ley de Fick
Modelo de Crank
Resolución para fenómenos en estado estacionario
Presión atmosférica
Diferentes geometrías
Condiciones limites
Condiciones iniciales
Variables:
Prospección a futuro
1. Adaptación a pequeña y gran escala.
2. Análisis de mercado y viabilidad económica
3. Adaptar el método de DO en alimentos cosechados en climas fríos.
5. Investigar posibles sustitutos de los agentes osmóticos.
6. Adaptar el proceso de DO con la adición de otros tratamientos.
7. Realizar investigacion sobre el tratamiento de soluciones deshidratantes remanentes.
4. Analizar nuevos agentes fortificantes
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