Coeficiente de Difusividad Masica

INGENIERIA DE ALIMENTOS II

INTRODUCIN

En la actualidad se busca desarrollar alternativas de conservacin de alimentos

que permitan la prolongacin del tiempo de comercializacin y ampliacin del

consumo directo y/o industrial de los alimentos. En este trabajo queremos

explicar un mtodo de conservacin de la trucha, ya que su carne es muy

nutritiva por su contenido de cidos grasos. Para esto se propone la aplicacin

de mtodos combinados como son la deshidratacin osmtica y el secado por

aire caliente para filetes de trucha.

La deshidratacin osmtica (DO) es un tratamiento no trmico utilizado para

reducir el contenido de agua de los alimentos, con el objeto de extender su vida

til y mantener caractersticas sensoriales, funcionales y nutricionales. Es un

mtodo antiguo que se va mejorando a travs del tiempo y adecuando a las

necesidades actuales. En muchos casos se utiliza este mtodo industrialmente

como pre tratamiento en operaciones convencionales como congelacin,

liofilizacin, secado (por microondas, por conveccin, etc.), entre otros; para

lograr estabilidad del producto manteniendo sus caractersticas organolpticas.

Actualmente se emplea principalmente en el tratamiento de frutas y verduras,

no obstante existen aplicaciones en pescados y carne.

El proceso de deshidratacin osmtica en carnes y pescados consiste

bsicamente en la inmersin de estos alimentos en salmueras concentradas

durante un perodo de tiempo determinado. Existen numerosos estudios sobre

sta tcnica que buscan optimizar el proceso mediante la aplicacin de

soluciones osmticas de mezclas de solutos, tiempos de inmersin variables,

distintas temperaturas de operacin, entre otros.

Para desarrollar el trabajo nos planteamos los siguientes objetivos:

Determinar la difusividad msica del agua de la trucha a la

salmuera.

Determinar la difusividad msica del agua de la trucha en el

aire caliente.


REVISIN BIBLIOGRFICA

DESHIDRATCIN OSMOTICA

Segn VALDERRAMA O. (2004) La deshidratacin osmtica (DO), que

incluye osmosis y difusin, ambas dependientes de la temperatura y la

concentracin. Este proceso puede reducir hasta en 50% el contenido de

humedad del producto,disminuyendo el tiempo de secado y consecuentemente,

el consumo de energa y mejorando la calidad del producto final. La

deshidratacin osmtica se perfila, entonces, como una alternativa valida en la

procura de disminucin del consumo energtico.

Segn ANDRS A. (2001) Es un mtodo de conservacin de los alimentos,en

el cual se remueve parte del agua de un alimento sumergindolo en una

solucin hipertnica. Durante el proceso fluye agua desde el alimento hacia la

solucin mientras que se transfiere soluto de la solucin al alimento. La

deshidratacin osmtica se ha utilizado como un pre-procesamiento o paso

previo al secado y refrigeracin de alimentos, incluyendo frutas y vegetales,

carnes y productos marinos. El efecto beneficioso de la deshidratacin

osmtica incluye la alta calidad del producto final y el bajo requerimiento de

energa.

Segn SOTO G. MORALES A. (2005). La penetracin de sal dentro del

musculo de pescado finaliza cuando la concentracin de sal en la fase acuosa

del tejido, llega a ser igual a la de la solucin circundante.

La deshidratacin osmtica es de gran inters debido a las bajas temperaturas

de operacin usada (20-50C), lo cual evita el dao en productos termolbiles,

adems de reducir los costos de energa para el proceso. Por si sola, la

deshidratacin osmtica no se considera un proceso de conservacin, sino una

etapa de pre-tratamiento en operacin como es el secado.

BENEFICIOS DE LA TRUCHA

Las truchas son un pescado especialmente rico en cidos grasos omega 3, los

cuales ayudan a prevenir enfermedades cardiovasculares al reducir la

hipertensin y el colesterol LDL y aumentar el colesterol HDL.


Gracias a su bajsimo aporte calrico (tanto en grasas como por tanto en

caloras) ayuda a disminuir el sobrepeso y la obesidad, especialmente cuando

la dieta de adelgazamiento se combina con la prctica de ejercicio fsico.

Su contenido en sal es realmente bajo, de forma que su consumo est

recomendado en personas con hipertensin arterial. Adems, por su alto

contenido en protenas, se aconseja para deportistas. FUENET:

http://www.natursan.net/trucha-beneficios-y-propiedades/

Composicin nutricional DE TRUCHA ASALMONADA (orientada para

100g)

Caloras 131g

Grasa 5.4g

Protena 20.8g

Omega 3 0.986g

colesterol 59mg

Sodio 35mg

%Humedad 75.69%

FUENTE:(GARCIA M. 2004)

TRANSFERENCIA DE MASA

Segn BARBOSA (2000).La transferencia de masa es uno de los aspectos

ms importantes de la deshidratacin osmtica. El mecanismo mayoritario por

el que se realiza la transferencia de masa de materia es la difusin debida al

gradiente de concentracin existente entre el alimento y la solucin osmtica.

LA DESHIDRATACION OSMOTICA COMO PRE-TRATAMIENTO AL

SECADO POR AIRE

Segn LENART (1991)Dependiendo de las propiedades de la materia prima,

caractersticas de la solucin osmtica, condiciones y duracin del proceso, se

puede llegar a eliminar hasta un 70% del contenido de agua inicial en el

producto mediante el empleo de la deshidratacin osmtica. La cantidad de

agua remanente en el material, no asegura la estabilidad del mismo, ya que

normalmente la actividad de agua sigue siendo elevada. Cuando la estabilidad


es uno de los objetivos del proceso, se deben utilizar mtodos

complementarios para poder eliminar una mayor cantidad de agua.

El pre tratamiento osmtico es un proceso que impide que el alimento est en

contacto con el oxgeno del aire y como tratamiento previo al secado por aire

caliente ofrece algunas ventajas sobre otros pretratamientos convencionales de

inactivacin enzimtica, por ejemplo, el sulfitado o el escaldado. Por otro lado,

hay que tener en cuenta que el pre tratamiento de DO provocar cambios en

las cinticas de transferencia de materia y en algunas propiedades

fisicoqumicas del producto tratado, principalmente asociado a los cambios en

la estructura del producto y a las variaciones en la composicin del mismo.

Estos efectos son varios mostrndose el ms importante a continuacin:

Efecto del pre tratamiento de DO sobre las cinticas del secado por

aire caliente

La deshidratacin osmtica tiene un efecto negativo en la cintica de secado

por aire caliente, ya que disminuye la velocidad de prdida de agua (al existir

un menor gradiente inicial) y adems, el soluto absorbido durante la etapa de

DO bloquea las capas de la superficie del producto, aadiendo una resistencia

adicional al intercambio de masa.

Incluso una corta inmersin de un material en una solucin osmtica, puede

causar una disminucin sustancial de la velocidad de eliminacin de agua

durante el secado posterior. Por otro lado, la deshidratacin parcial y la

ganancia de solutos protegen el producto contra el derrumbamiento estructural

durante el secado posterior y contra la desorganizacin estructural y exudacin

(prdida de jugos y textura) durante la congelacin y descongelacin. Como el

pre tratamiento osmtico disminuye las velocidades de secado por aire, el

tiempo total de deshidratacin es prcticamente igual al que si solamente se

utiliza el secado por aire caliente, para contenidos de humedad por debajo de

10 a 15% (aw =0.4 0.6). Por el contrario, el total tiempo secado se acorta

espectacularmente en el caso de deshidratar hasta contenidos de agua

intermedios (aw= 0.6-0.9).


FASES DEL SECADO

El transporte de agua durante el secado ocurre en dos etapas sucesivas:

difusin del interior del material a secar hacia la superficie, y evaporacin en la

superficie. La velocidad de la segunda etapa depende del flujo de aire,

humedad relativa y temperatura, mientras que la primera etapa depende de la

temperatura y la magnitud de los coeficientes de difusin.

El periodo que toma lugar durante esta operacin puede ser dividido en dos

fases:

1. Periodo de velocidad constante

Inicialmente, el agua cercana a la superficie es evaporada. Esta fase es

denominada como periodo de velocidad constante porque el secado

sigue una velocidad constante igual a la velocidad de evaporacin del

agua libre de la superficie. La velocidad de secado durante esta fase es

influenciada por:

a. rea superficial del pescado.- Una mayor superficie expuesta al

secado mejora el rendimiento de evaporacin de la humedad

respecto al tiempo.

b. Humedad relativa del aire.- La humedad del aire influye en la

velocidad de secado por que limita la cantidad de agua que el aire

es capaz de absorber.

c. Temperatura.- La temperatura de secado afecta directamente a la

velocidad de calor transferido y la humedad relativa del aire. El

aire caliente retiene ms humedad que el aire frio. La cantidad de

calor transferido al pescado es igual a la diferencia en

temperatura entre el aire y el producto.

d. Espesor del producto.- Cuanto ms espesor tenga el pescado,

menor ser la velocidad de extraccin de humedad. (ESPEJO,

1998).

2. Periodo del descenso de velocidad

La segunda fase (descenso de velocidad) comienza cuando el agua

cerca a la superficie ha sido totalmente evaporada. Esa fase es


generalmente caracterizada por el lento decrecimiento en la velocidad

de secado. Las molculas de agua necesitan de mayor tiempo para

llegar a la superficie, muchos factores afectan la velocidad de secado

durante esta fase:

a. Forma del producto.- La forma, tamao y espesor del pescado

afectar la velocidad de secado. La difusin del agua est en

funcin al espesor del alimento a secar.

b. Temperatura.- Los procesos de secado son ms rpidos cuando

se incrementa la temperatura, esto puede provocar cambios

sensoriales en el pescado.

c. Humedad relativa del aire.- El nivel de deshidratado est en

funcin de las diferencias respecto a humedades relativas del

producto y el aire utilizado.

e. Contenido de sal.- Mientras mayor sea la concentracin de sal

utilizada, mayor ser el agua removida por efectos osmticos,

encontrando un efecto mximo cuando se utiliza soluciones

saturadas. (ESPEJO, 1998)

INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE DIFUSIN DURANTE EL SECADO EN

LA VELOCIDAD DE OXIDACIN DE LOS CIDOS GRASOS

Se ha reportado que la velocidad de difusin del oxgeno a travs del material a

secar influye sobre la velocidad de oxidacin de los cidos grasos

poliinsaturados, por tanto el tiempo de secado incrementa la prdida de estos

cidos grasos debido a la oxidacin de los mismos. Debido a ello existe el

inters de estudiar cmo se ve afectado el contenido de los cidos grasos

omega 3 y 6 en los filetes de trucha utilizando temperaturas de deshidratado

iguales a: 45, 60 y 75 C. (BORQUEZ, 1996)

LEY DE FICK PARA LA VELOCIDAD DE DIFUSIN

La velocidad de difusin del agua puede estimarse mediante la ley de Fick

modificada. Para una lmina:


Coeficiente de difusin de agua en placas planas de longitud infinita en el DESHIDRATADO SMOTICO Difusin del agua

Donde:

H: humedad del producto Dew: coeficiente de difusin efectivo del agua Los subndices 0, t y e se refieren a las condiciones iniciales, a cualquier

tiempo t y al equilibrio, respectivamente. l: mitad del espesor Para tiempos largos la ecuacin queda reducida

= 0

=8

2 [

2

42]

Coeficiente de difusividad msica en el SECADO DE LA TRUCHA

.. ..0.

=8

2(

.2

42 )

..: humedad de la trucha en un tiempo (

..)

.: humedad de equilibrio de la trucha (

..)

.0: humedad inicial de la trucha (

..)

.: difusividad efectiva del agua (2/)

l : mitad del espesor de la placa (m) t: tiempo(s)


MATERIALES Y MTODOS

Materia prima

Una trucha (tamao mediano).

Materiales y equipos

Vasos de precipitacin de 1000 mL

Vasos de precipitacin de 100mL (vasos de plstico).

Agua destilada

NaCl (sal de mesa)

Probetas

Varilla

Recipientes de plstico

Olla

Cuchillos

Tabla de picar

Papel metlico.

1 balanza analtica

Secadora de bandejas

Estufa

Mtodo para el deshidratado osmtico de la trucha.

Lavar e eviscerar la trucha.

Cortar la trucha en lminas (8mm aproximadamente de

espesor).

Preparar la solucin de salmuera (P/V) al 20%.(1)

Pesar los trocitos de trucha.

Llenar a los vasos la solucin de salmuera en una proporcin

de 1:5(P/V) (1)

Anotar cada 30 minutos (espacio de 4.5 horas) el peso de la

muestra (antes de pesar los trozos de trucha lavarlos con

agua por 15 segundos y secarlos con papel toalla).


(1) ALVAREZ L. - BARRAZA R. (2013) Optimizacin de la deshidratacin

osmtica de filete de tilapia roja (Oreochromis spp.)para el

mejoramiento de su vida util Universidad de Cartagena.

Mtodo para el secado de la trucha.

Colocar la muestra patrn (previamente deshidratada con la

solucin de salmuera) en el secador de bandejas (65C).

Controlar cada 15 minutos el peso de la muestra.

Clculos

Coeficiente de difusin del agua en placas planas de longitud infinita en el DESHIDRATADO SMOTICO Difusin del agua

Donde:

H: humedad del producto Dew: coeficiente de difusin efectivo del agua Los subndices 0, t y e se refieren a las condiciones iniciales, a cualquier

tiempo t y al equilibrio, respectivamente. l: mitad del espesor Para tiempos largos la ecuacin queda reducida

= 0

=8

2 [

2

42]

DIFUSIVIDAD MSICA EN EL SECADO DE LA TRUCHA

.. ..0.

=8

2(

.2

42 )

..: humedad de la trucha en un tiempo (

..)

.: humedad de equilibrio de la trucha (

..)

.0: humedad inicial de la trucha (

..)

.: difusividad efectiva del agua (2/)

l : mitad del espesor de la placa (m) t: tiempo(s)


RESULTADOS Y DISCUSIONES

RESULTADOS DE DESHIDRATADO OSMOTICO DE LA TRUCHA

I. Tiempo

(horas)

Peso inicial

(g)

Peso despus

del salmuerado

(g)

Peso

despus de

la estufa

(g)

%

Humedad

0 5.927 ------------------

>

1.612 72.802

0.5 5.899 5.868 1.760 70.013

1 5.998 5.934 1.810 69.497

1.5 6.058 5.914 1.834 68.997

2.0 6.364 6.207 1.958 68.451

2.5 4.740 4.680 1.505 67.843

3.0 5.685 5.636 1.837 67.405

3.5 5.110 5.063 1.665 67.107

4.0 5.376 5.290 1.744 67.034

4.5 5.740 5.679 1.872 67.034

Tiempo

(horas)

Tiempo

(segundos)

% Humedad HUMEDAD (2/ . )

E Ln

0 0 72.802 2.676741 1.000000 0.000000

0.5 1800 70.013 2.334778 0.468435 -0.758358

1 3600 69.497 2.278366 0.380745 -0.965626

1.5 5400 68.997 2.225494 0.298558 -1.208791

2.0 7200 68.451 2.169673 0.211786 -1.552180

2.5 9000 67.843 2.109743 0.118628 -2.131764

3.0 10800 67.405 2.067955 0.053671 -2.924884

3.5 12600 67.107 2.040161 0.010465 -4.559682

4.0 14400 67.034 2.033428 0.000001 -

4.5 16200 67.034 2.033428 0.000001 -

Hallando el logaritmo natural a cada trmino, la frmula quedar:

() = (

) = (

)

Reemplazamos H = 67.034 (la humedad de la trucha ya no varia)

H0 = 72.802

E = 2.033428

2.676741 2.033428= Ln (

8

2)

2 D

4l2

Linealizando:


Ln E = Ln (8

2)

Def . 2

(2L)2

= 0.0003082 0.1787

= 0.8345

0.0003082 =Def .

2

(2L)2

Hallando el coeficiente de difusividad:

Def =(0.0003082)(20.008)2

2

Def = 7.99416109

2

RESULTADOS DEL SECADO DELA TRUCHA

La temperatura de secado fue de 65C.Los resultados obtenidos se muestran

en la siguiente tabla:

y = -0.0003082x - 0.1787 R = 0.8345

-5.000000

-4.000000

-3.000000

-2.000000

-1.000000

0.000000

1.000000

0 5000 10000 15000

Ln(E

)

tiempo (s)

DIFUSIVIDAD

DIFUSIVIDAD

Lineal (DIFUSIVIDAD)


Ing.M.Sc.Acosta Lpez Edgar Rafael

Tiempo (min) Tiempo (s) Prdida de Peso (g) Prdida de agua (g) Humedad (g) Humedad (g H20/g MS) E LN(E)

0 0 84.22500 27.7656 56.45940 2.03342986 1.00000000 -3.20961E-09

15 13500 80.02500 4.2000 52.25940 1.88216354 0.88842250 -0.118307856

30 27000 76.12100 3.9040 48.35540 1.74155790 0.78470857 -0.242442881

45 40500 73.51000 2.6110 45.74440 1.64752067 0.71534456 -0.33499095

60 54000 69.99700 3.5130 42.23140 1.52099721 0.62201796 -0.474786316

75 67500 67.32700 2.6700 39.56140 1.42483505 0.55108655 -0.595863401

90 81000 65.95900 1.3680 38.19340 1.37556545 0.51474417 -0.664085262

105 94500 64.03100 1.9280 36.26540 1.30612701 0.46352479 -0.768895419

120 108000 62.68500 1.3460 34.91940 1.25764975 0.42776686 -0.84917696

135 121500 61.07200 1.6130 33.30640 1.19955629 0.38491579 -0.954730706

150 135000 59.56400 1.5080 31.79840 1.14524448 0.34485415 -1.064633696

165 148500 58.05700 1.5070 30.29140 1.09096868 0.30481909 -1.188036839

180 162000 56.87800 1.1790 29.11240 1.04850607 0.27349769 -1.296462103

195 175500 55.69000 1.1880 27.92440 1.00571931 0.24193720 -1.419077094

210 189000 54.58200 1.1080 26.81640 0.96581381 0.21250199 -1.548803907

225 202500 53.51400 1.0680 25.74840 0.92734895 0.18412943 -1.692116336

240 216000 52.52200 0.9920 24.75640 0.89162129 0.15777589 -1.846579667

255 229500 51.52400 0.9980 23.75840 0.85567753 0.13126295 -2.030552692

270 243000 50.53800 0.9860 22.77240 0.82016596 0.10506881 -2.253139825

285 256500 49.55200 0.9860 21.78640 0.78465439 0.07887466 -2.539895221

300 270000 48.64800 0.9040 20.88240 0.75209612 0.05485894 -2.902990174

315 283500 47.80000 0.8480 20.03440 0.72155473 0.03233091 -3.431731549

330 297000 47.02000 0.7800 19.25440 0.69346241 0.01160938 -4.455942285

345 310500 46.69200 0.3280 18.92640 0.68164924 0.00289570 -5.844526835

360 324000 46.61400 0.0780 18.84840 0.67884000 0.00082355 -7.101884957

375 337500 46.58300 0.0310 18.81740 0.67772351

390 351000 46.58300 0.0000 18.81740 0.67772351


Ing.M.Sc.Acosta Lpez Edgar Rafael

GRFICA

Ln E = Ln (8

2)

Def . 2

(2L)2

= 1.6407105 + 0.709

= 0.7687

Hallando el coeficiente de difusividad:

1.56407105 =Def .

2

(2L)2

Def =(1.6407105)(20.008)2

2

Def = 4.2556841010

2

Discusiones:

Segn PUENTE L., LASTRETO S., MOSQUEDA M., SAAVEDRA J.,

CORDOVA A. (2010). El proceso de osmosis llega a su trmino una vez que

los potenciales qumicos del alimento y la solucin llegan al equilibrio.

En nuestra prctica ello acurre a las 4.5 horas(el porcentaje de humedad

se mantiene constante).

Segn FLORES, C. (1977) menciona: La variacin en el peso decrece

gradualmente en el tiempo porque al sistema fruta jarabe tiende al equilibrio a

medida que transcurre la deshidratacin osmtica. Cuanto mayor sea la

y = -1.6407E-05x + 0.709 R = 0.7687

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 100000 200000 300000 400000

Ttu

lo d

el e

je

Ttulo del eje

DIFUSIVIDAD

DIFUSIVIDAD

Lineal (DIFUSIVIDAD)


temperatura de un jarabe, la presin osmtica ejercida por una determinada

solucin es mayor y por lo tanto, se incrementa la salida de agua hacia fuera de

la clula.

En nuestra prctica haba una ligera disminucin del peso de cada

trucha(los trozos de trucha eliminan debido a la solucin de salmuera).

Segn Andrs, A. (2001) menciona La deshidratacin osmtica se ha utilizado

como un pre-procesamiento o paso previo al secado y refrigeracin de

alimentos, incluyendo frutas y vegetales, carnes y productos marinos.

En nuestra prctica la muestra de trucha fue deshidratada

osmticamente con una solucin de sal, antes de ser secada con aire

caliente.

Segn JASON, A. C. (1958)La difusividad en el secado de MUSCULO DE

PESCADO es de Def = 3.401010

2

Este valor es mayor al obtenido en nuestra prctica, esto se puede

deber al mayor contenido de sal que tiene nuestra trucha.

Segn DEL VALLE Y NICKERSON (1968) La difusividad en el secado del PEZ

ESPADA tiene un rango de 2.510102

8.91010

2

En este caso nuestra difusividad est dentro del rango mencionado por

el autor, lo que nos indica una correcta realizacin de nuestro trabajo.

La deshidratacin osmtica tiene un efecto negativo en la cintica de secado

por aire caliente, pues disminuye la velocidad de prdida de agua (al existir un

menor gradiente inicial) y adems, el soluto absorbido durante la etapa de DO

bloquea las capas de la superficie del producto, aadiendo una resistencia

adicional al cambio de masa (Lenart, 1991). En nuestra prctica realizada se

pudo comprobar ello pues el tiempo de secado por aire caliente fue de 6.5

horas mientras que el tiempo requerido en la DO fue de 4.5 horas, lo cual

comprueba el efecto negativo de la velocidad de prdida de agua por DO y

reafirma la hiptesis planteada por el autor mencionado anteriormente.


CONCLUSIONES

El coeficiente de difusividad del agua de la trucha a la salmuera es

de Def = 7.99416109

2

El coeficiente de difusividad del vapor de agua de la trucha en el aire

caliente es de Def = 4.2556841010

2

.

En el deshidratdo osmtico se reducio la humedad de 72.802% a

67.034%.


BIBLIOGRAFA

ANDRS, A.; RODRGUEZ, S.; BARAT, J.; FITO, P. La aplicacin de

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Coeficiente de Difusividad Masica