La caracterización fisicoquímica del camote (Tabla 9) indica un contenido de humedad de 68. 01 ± 1.70 %. Este valor se encuentra dentro del intervalo 64.0 – 74.0 % reportado por Lim (2016); Pagalo et al. (2010) y Wang y Zhu (2017). Reyes et al. (2017) reporta un valor de 73.5 % de agua para camote amarillo. El contenido de cenizas fue de 2.06 ± 0.28 g/100g, superior al 1.1 g/100g reportado por Reyes et al. (2017) y al 1.53 ± 0.1 g/100g reportado por García et al. (2016). Entre los minerales presentes en el camote destacan el potasio, fósforo, calcio y hierro. El contenido de potasio es 18 veces superior que en el arroz cocido y superior a la mayoría de hortalizas, la relación potasio/sodio es elevada resultando adecuada para dietas de personas con elevada presión arterial (Benavides, 2011). La acidez titulable del camote fue de 0.0943 ± 0.010 % expresado como ácido cítrico, inferior al 0.13 – 0.45% reportado por Rangel et al. (2017). Los sólidos solubles fueron de 4.52 ± 0.64 °Brix, mientras que los azúcares reductores fue de 3.29 ± 0.17 %. Rangel et al. (2017) reporta un valor de sólidos solubles de 5.29 °Brix. Linares et al. (2008) y Martí et al. (2011) consideran que el camote es rico en glucosa, sacarosa y fructosa, que le confieren su dulzor característico. Los sólidos solubles o contenido de azúcar miden e incluye los carbohidratos, ácidos orgánicos, proteínas, grasas y minerales del fruto, siendo un indicador de su grado de dulzor (Damodaran y Parkin, 2017). En cuanto a la capacidad antioxidante, esta fue de 12.22 ± 1.40 mg/100g (calculado como % de captación de radicales libres del 2,2 difenil-1- picrilhidrazilo, DPPH, en forma de radical libre). Valverde (2014) evaluó tres variedades de Ipomoea batata con una menor formación de radicales tanto superóxido como hidroxilo en función a la concentración del extracto. Los resultados indican que a una misma concentración (25 ml) de camote la variedad morada se obtuvo un mayor porcentaje de inhibición de radicales hidroxilos en 90.8 % frente a porcentajes de 81.4% y 84.8% en las variedades amarilla y naranja respectivamente.
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Las cinéticas de eliminación de agua (% WL) y ganancia de sólidos (%SG) (Figuras 2 y 3 respectivamente), siguen una tendencia logarítmica en función al tiempo, siendo el tratamiento con ultrasonido el de mayor actividad, seguido del tratamiento con agitación y testigo. De esta manera, se logró eliminar un máximo de 54.42, 32.55 y 25.86 % de agua en los tratamientos con ultrasonido (40 kHz), agitación (100 rpm) y testigo (sin movimiento) respectivamente; mientras que para la ganancia de sólidos se obtuvo un máximo de 18.31, 11.21 y 9.01% en los tratamientos de ultrasonido, agitación y testigo respectivamente. Cabe indicar que estos datos corresponden al tratamiento 8 (Tabla 6) a una temperatura de 45 °C y una solución de panela del 60 % p/p.
Los resultados indican que, si bien es cierto que la agitación favorece la eliminación de agua y ganancia de sólidos (Amani et al., 2007) comparado con el tratamiento testigo, la aplicación de ultrasonido mejora considerablemente la eliminación de agua y ganancia de sólidos.
Marceliano (2018) en la deshidratación osmótica de aguaymanto (Physalis peruviana), reporta una eliminación máxima de agua de 46.62, 34.53 y 23.67% respectivamente con la aplicación de ultrasonido (panela al 60 % p/p, temperatura de 60 °C y ultrasonido a 40 kHz), agitación (panela al 60 % p/p, temperatura de 60 °C y agitación a 100 rpm) y sin movimiento (panela al 60 % p/p y temperatura de 60 °C) respectivamente. Para la ganancia de sólidos bajo las mismas condiciones reporta una ganancia máxima de 14.25, 7.79 y 4.63% para los tratamientos con ultrasonido, agitación y sin movimiento respectivamente.
Por otra parte, en la deshidratación de chiclayo (Cucurbita ficifolia) Rondo (2019) reporta una pérdida máxima de agua del 60.30 y 26.66% para la deshidratación osmótica con ultrasonido (panela al 60 % p/p, temperatura de 45 °C y ultrasonido a 40 kHz) y sin movimiento (panela al 60 % p/p, temperatura de 45 °C) respectivamente, mientras que para
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la ganancia de sólidos en las mismas condiciones reporta un máximo de 19.07 y 9.92% respectivamente para los tratamientos con ultrasonido y sin movimiento respectivamente. El movimiento del agua y de los solutos a través de los alimentos de origen vegetal está relacionado con la compacticidad (Giangiacomo et al., 1987) la que a su vez depende del enmarañado biomolecular que presenta, el tipo de piel, la cantidad de espacios intercelulares y la presencia de gases en ellos, el contenido inicial de sólidos solubles e insolubles (Lenart y Flink, 1984), la presencia de sustancias pécticas y la actividad enzimática de la fruta. Se ha observado que diferencias en la estructura de la materia prima, especialmente porosidad, afectan a los mecanismos de transporte implicados en la deshidratación osmótica, de forma que cuanto mayor es la porosidad de la fruta mayor es la ganancia de sólidos (Forni et al., 1996).
En la deshidratación osmótica de pera en soluciones de sacarosa de 25 – 65% y temperatura de 20 – 60 °C, Djendoubi et al. (2013) reportan que la pérdida de agua y ganancia de sólidos se incrementa al aumentar la temperatura y concentración de la solución. En la deshidratación osmótica de mango empleando una solucion de sacarosa a 66 °Brix, a 45 °C y 100 rpm, Bernardi et al. (2009) reportan una pérdida de agua de 53.1% y una ganancia de sólidos de 21.5%. En la DO de sapota (Achras sapota) en jarabe de sacarosa con agitación manual, Kedarnath et al. (2014) reportan una pérdida de agua entre 23.84 – 36.66% y ganancia de sólidos entre 3.80 – 6.40% desde el nivel más bajo (30 °Brix y 30 °C) y alto (50 °Brix y 50 °C) respectivamente. En cubos de carambola sometidos a deshidratación osmótica en soluciones combinadas de sacarosa y glicerol a 66 °Brix y 50 °C, en tres horas de proceso, Barman y Badwaik (2016) reportan una pérdida máxima de 73.76% de agua y ganancia de sólidos de 9.79%. el ultrasonido facilita la eliminación de agua desde el tejido
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vegetal, gracias a la formación de canales microscópicos y el fenómeno de cavitación que origina la liberación de energía la cual favorece el proceso difusivo (Fuente et al., 2006).
Estudios realizados por Saurel et al. (1994) mostraron una capa de soluto-barrera en la superficie del material alimenticio cuando se incrementa la concentración de la solución osmótica. Esto mejora el efecto de deshidratación y reduce la pérdida de nutrientes durante el proceso. Una capa similar se forma también en el caso de soluciones osmóticas con solutos de alto peso molecular incluso a bajas concentraciones.
Estudios realizados por Lazarides (1994) en manzanas en altas concentraciones de soluciones de azúcar (45 y 65 °Brix) por 3 horas, mostró una rápida pérdida de agua (30% de incremento) al mismo tiempo; sin embargo, hubo una severa pérdida de la solución osmótica en términos de una mucho mayor captación de sólidos (80% de incremento), lo cual indica que la estructura del material alimenticio estudiado, influye directamente en la rapidez con la que se realiza la difusión.
En las Tablas 10, 11 y 12 se presentan los coeficientes de difusividad promedio, tanto para pérdida de agua como ganancia de sólidos en los tratamientos con ultrasonido, agitación y testigo respectivamente. En el tratamiento con ultrasonido (40 kHz) los coeficientes de difusividad variaron entre 3.2239 – 6.0523 x 10-10 m2/s y entre 1.5943 – 2.6502 x 10-10 m2/s para el agua y sólidos respectivamente. En el tratamiento con agitación (100 rpm) los coeficientes de difusividad variaron entre 2.3146 – 4.2366 x10-10 m2/s y entre 1.2390 – 2.1928 x 10-10 m2/s para el agua y sólidos respectivamente (Este último valor, expresado como el promedio de los tres tratamientos centrales). En tanto que en el tratamiento sin movimiento (testigo) los coeficientes de difusividad variaron entre 1.5049 – 2.7095 x10-10 m2/s y entre 1.0799 – 1.8112 x 10-10 m2/s para el agua y sólidos respectivamente. Al respecto, Marceliano (2018) en la deshidratación osmótica de aguaymanto reporta valores
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entre 2.76 – 5.90 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y entre 2.62 – 4.92 x10-10 m2/s para ganancia de sólidos con la aplicación de ultrasonido (panela al 60 % p/p y 60 °C), en la aplicación de agitación (100 rpm, panela al 60% p/p y 60 °C) reporta valores entre 1.66 – 4.69 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y entre 1.55 – 4.23 x10-10 m2/s para ganancia de sólidos, y en el tratamiento sin movimiento (panela al 60 % p/p y 60 °C); reporta valores entre 1.16 – 2.20 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y entre 1.03 – 2.06 x10-10 m2/s para ganancia de sólidos. En la deshidratación osmótica de chiclayo, Rondo (2019) reporta valores entre 3.90 – 7.01 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y entre 1.87 – 3.31 x10-10 m2/s para ganancia de sólidos en una solución de panela al 60%, una temperatura de 45 °C y ultrasonido a 40 kHz.
En la deshidratación osmótica de frutas y vegetales, Nahimana et al. (2011) reportan que los coeficientes de difusividad efectiva varían entre 1.4 – 42.2 x 10-10 m2/s para el agua y entre 0.4 – 36 x 10-10 m2/s para el soluto osmótico. Además, indica que la variabilidad se debe a que el material vegetal es heterogéneo, las membranas celulares difieren en su resistencia a la transferencia de masa y en su composición, siendo las estructuras las compactas las que ofrecen mayor resistencia a la transferencia de masa.
Luchese et al. (2014) evaluaron el efecto del ultrasonido (frecuencia, 20 kHz; amplitud, 80%; durante 30 min) en la transferencia de masa durante la deshidratación osmótica (ODU) y compararon los resultados con un proceso sin ultrasonido (OD). Los resultados mostraron que después de 10 h, la pérdida de humedad fue de 47.6 y 46.1% para OD y ODU respectivamente. Los resultados para los sólidos mostraron una ganancia de 2.01 y 2.05 (g de glucosa/g de fruta) para OD y ODU respectivamente. Las relaciones entre los valores iniciales y finales de los carotenoides fueron de 0.74 y 0.78 para OD y ODU,
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respectivamente. La difusividad de masa efectiva del agua calculada fue de 3.24x10-10 m2/s para OD y 3.34x10-10 m2/s para ODU.
Shamei et al. (2012) investigaron el efecto de los pretratamientos osmóticos (con o sin ultrasonido) en combinación con los métodos de secado con aire caliente o asistido por microondas sobre la textura, microestructura, color y actividad del agua de los arándanos secos. Los pretratamientos osmóticos se realizaron en una solución ternaria (sacarosa-NaCl- agua) a tres temperaturas diferentes: 30, 40 y 50 °C. Las concentraciones de soluciones osmóticas fueron 40, 50 y 60% de sacarosa y 0, 4 y 8% de NaCl. Además, se investigó la influencia de los dos niveles de frecuencia de ultrasonido (35 y 130 kHz) en las propiedades de calidad. Los resultados mostraron una menor dureza y actividad de agua (aw) cuanto mayor fueron los valores de temperatura, sacarosa y sal. La aplicación de ultrasonidos redujo la dureza y el peso de las muestras. Con el aumento de la frecuencia de ultrasonido, la dureza (N) y aw disminuyeron. La energía de microondas redujo el tiempo de secado con una modificación de la estructura, la resistencia de la textura y el color del producto final. De acuerdo con Mokhtarian et al. (2014), la temperatura es la variable de mayor influencia en la deshidratación osmótica; en consecuencia, un incremento en la temperatura acompañado de un incremento en la solución osmótica producirá una mayor pérdida de agua y ganancia de sólidos, y su consecuente reducción de peso. El incremento de la temperatura reduce la viscosidad de la solución osmótica y la resistencia externa a la transferencia de masa. Por tanto, la salida de agua desde el material vegetal se acelera (Phisut, 2012). El empleo de la agitación es otro factor que favorece la transferencia de masa en la deshidratación osmótica, puesto que homogeniza la solución en contacto con el material vegetal, impidiendo que se forme una película de agua de baja presión osmótica alrededor
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de las muestras en deshidratación. En contraparte, Raoult et al. (1989) establecen que la ganancia de sólidos en sistemas agitados es inferior a los sistemas no agitados.
La aplicación de ultrasonido en soluciones de alta concentración de agente osmótico, acelera considerablemente la velocidad de transferencia de materia, lo que resulta en cortos tiempos de proceso (Rodríguez et al., 2009). Cuando las muestras vegetales son sometidas a pretratamiento con ultrasonido antes de la deshidratación osmótica, en la primera hora, se logra la mayor transferencia de agua desde el producto hacia la solución osmótica. En tanto que a tiempos mayores la velocidad se ve reducida considerablemente atribuyéndole este comportamiento a la degradación celular lo que ocasiona resistencia a la difusión (Fernandes et al., 2008). Oladejo y Ma (2016) indican que a frecuencias entre 20 – 35 kHz de ultrasonido, la pérdida de agua es mayor que a frecuencias superiores. Además, establece que el uso de los ultrasonidos reduce la cantidad de soluto a emplear para la deshidratación osmótica.
El análisis de varianza (Tablas 12, 13, 17, 18, 22 y 23) indican un efecto estadísticamente significativo (p < 0.05 y R2 cercano a 1) por parte de la temperatura y concentración de panela, tanto de manera lineal, cuadrática e interaccionada sobre el coeficiente de difusividad para la pérdida de agua y ganancia de sólidos en los tratamientos de ultrasonido y agitación. No obstante, en el tratamiento testigo para la pérdida de agua, las variables ejercen efecto estadísticamente significativo de manera lineal, cuadrática e interaccionado, en tanto que para la ganancia de sólidos solamente ejercen efecto estadísticamente significativo la temperatura de manera lineal y la concentración de panela de manera lineal y cuadrática. Este efecto se corrobora en los gráficos de Pareto de las Figuras 4,5, 8, 9, 12 y 13 donde las variables cuya barra traspase (hacia la derecha) el nivel de significancia de 0.05 ejerce un efecto estadísticamente significativo sobre la difusividad efectiva.
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Con la ayuda de las Tablas 14 y 15 donde se muestran los coeficientes para la predicción de la difusividad efectiva para el agua y sólidos con los que se establece los modelos matemáticos que rigen este comportamiento (YWU y YSU respectivamente) en la deshidratación osmótica de cubos de camote en ultrasonido (40 kHz) a concentraciones de panela entre 30 – 60 % p/p y temperaturas entre 30 – 60 °C. Cada combinación posible se puede observar en los gráficos de contornos presentado en las Figuras 6 y 7 para la difusividad del agua y sólidos respectivamente. En las Tablas 19 y 20 se muestran los coeficientes para la predicción de la difusividad efectiva para el agua y sólidos que permiten establecer los modelos matemáticos que rigen este comportamiento (YWA y YSA respectivamente) en la deshidratación osmótica de cubos de camote en agitación (100 rpm) a concentraciones de panela entre 30 – 60 % p/p y temperaturas entre 30 – 60 °C. Cada combinación posible se puede observar en los gráficos de contornos presentado en las Figuras 10 y 11 para la difusividad del agua y sólidos respectivamente. Finalmente, las Tablas 24 y 25 se muestran los coeficientes para la predicción de la difusividad efectiva para el agua y sólidos que permiten establecer los modelos matemáticos que rigen este comportamiento (YWT y YST respectivamente) en la deshidratación osmótica de cubos de camote sin movimiento (testigo) a concentraciones de panela entre 30 – 60 % p/p y temperaturas entre 30 – 60 °C. Cada combinación posible se puede observar en los gráficos de contornos presentado en las Figuras 14 y 15 para la difusividad del agua y sólidos respectivamente.
En las Tablas 16, 21 y 26 se presentan el error medio relativo (EMR) tanto para el coeficiente de difusividad del agua y de los sólidos en la deshidratación osmótica del camote en ultrasonido, agitación y sin movimiento respectivamente. En todos los tratamientos realizados se observa un error medio relativo absoluto inferior al 10%, concordando con lo
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indicado por Azuara et al. (1996) que señala un máximo del 10% en el EMR para que un modelo matemático posea un buen ajuste a los datos experimentales.
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5. CONCLUSIONES
La caracterización fisicoquímica del camote reporta un contenido de sólidos del 32%, una concentración de minerales (como cenizas totales) de 2.06 g/100g, una acidez titulable de 0.0943 % (expresado como ácido cítrico), una cantidad de sólidos solubles equivalente a 4.52 °Brix, un contenido de azúcares reductores de 3.29 % y una capacidad antioxidante de 12.22 %.
La cinética de deshidratación osmótica demostró que la pérdida de agua y ganancia de sólidos se incrementa con el tiempo, siendo mayor en las primeras 2 horas del proceso, llegando a perder después de las 7 horas el 54.42, 32.55 y 25.86% en los tratamientos con ultrasonido, agitación y sin movimiento respectivamente. La ganancia de sólidos en los mismos tratamientos fue de 18.31, 11.21 y 9.01 % respectivamente.
La difusividad efectiva fue mayor en el tratamiento con ultrasonido, seguido del tratamiento con agitación y del tratamiento sin movimiento, tanto para la pérdida de agua como para la ganancia de sólidos. De esta manera, en ultrasonido se obtuvo coeficientes de difusividad efectiva entre 3.22 – 6.05 x 10-10 m2/s y entre 1.59 – 2.65 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y ganancia de sólidos respectivamente. En agitación se obtuvo coeficientes de difusividad efectiva entre 2.31 – 4.24 x 10-10 m2/s y entre 1.24 – 2.19 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y ganancia de sólidos respectivamente. En tanto que en el tratamiento sin movimiento (testigo) se obtuvo coeficientes de difusividad efectiva entre 1.50 – 2.71 x 10- 10 m2/s y entre 1.08 – 1.81 x 10-10 m2/s para la pérdida de agua y ganancia de sólidos respectivamente. En tanto que el análisis de varianza realizado, indica que existe influencia significativa (p > 0.05) por parte de las variables independientes (temperatura y concentración de panela) analizadas, tanto de forma lineal como cuadrática, sobre el coeficiente de difusividad promedio para el agua y sólidos tanto en el tratamiento con ultrasonido, agitación y testigo.
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En todos los tratamientos analizados, el ultrasonido es el que mejora considerablemente la difusividad de agua y sólidos, seguido de la agitación en comparación con los tratamientos sin movimiento. Igualmente, el incremento de la temperatura y concentración de solución osmótica de panela favorece la pérdida de agua y ganancia de sólidos.
Analizando las curvas de contorno se puede establecer un óptimo para lograr una máxima eliminación de agua y ganancia de sólidos en la deshidratación osmótica del camote en soluciones de panela. De esta manera, en el tratamiento testigo (sin movimiento) se tiene un óptimo de concentración de panela entre 45 – 50 % p/p y un intervalo de temperatura entre 53 – 60 °C. En el tratamiento con agitación (100 rpm) se tiene un óptimo de concentración de panela entre 47 – 53 % p/p y un intervalo de temperatura entre 43 – 49 °C. Mientras que para el tratamiento con ultrasonido (40 kHz), el óptimo de concentración de panela esta entre 53 – 57 % p/p y la temperatura entre 47 – 51 °C.
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