UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
Deshidratado osmótico de la mashua (Tropaeolum tuberosum) a diferentes concentraciones de jarabe y
tiempo
PRESENTADO POR:
Bach. COLLAZOS LOBATÓN, MELISSA ELIZABETH Bach. MACHUCA PACUA, JEAN IVAN
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
TARMA – PERÚ 2021
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS - TARMA
CAMPUS UNIVERSITARIO: PROLONGACIÓN AV. TUPAC AMARU N° 3085 – Tarma Teléfono: 064-323918 web: http://www.uncp.edu.pe
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ACTA DE SUSTENTACIÓN DE TESIS
DEL BACHILLER: Don. MACHUCA PACUA JEAN IVÁN
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
En la plataforma Microsoft Teams, en el canal oficial “Sala de sustentaciones de tesis pregrado - FACAP” de la Facultad de Ciencias Aplicadas de la Universidad Nacional del Centro del Perú, a los treinta días del mes de diciembre del año dos mil veintiuno.
Con la presencia del jurado examinador conformado por los siguientes catedráticos:
PRESIDENTE (AI) : Dr. Marco Antonio José Paredes Pérez SECRETARIA : Mg. Rocío Pomasunco Huaytalla VOCAL : Mtro. Claudio Paulino Limaymanta Sulca VOCAL : Dr. Bécquer Frauberth Camayo Lapa VOCAL : Dra. Nancy Parraga Melgarejo
El Presidente del jurado examinador de la sustentación de tesis, siendo las …………. horas ordenó dar comienzo al acto de Sustentación ante el Jurado nombrado por RESOLUCIÓN N° 095-2021/D/FACAP/UNCP/T, hace de conocimiento que toda la sustentación será grabada.
El sustentante procedió a la exposición de la tesis titulada: “DESHIDRATADO OSMÓTICO DE LA MASHUA (Tropaeolum Tuberosum) A DIFERENTES CONCENTRACIONES DE JARABE Y TIEMPO”; la cual fue asesorada por el Mtro. Claudio Paulino Limaymanta Sulca.
Los señores miembros del Jurado procedieron a realizar las preguntas del caso, las que fueron absueltas por el sustentante. Acto seguido el Señor Presidente dispuso que el sustentante se sirva abandonar la sesión, los miembros del jurado se trasladan a la sala de deliberación para su respectivo veredicto. Se procedió a la calificación cuantitativa y obligatoria de acuerdo al Art.180 ,181 y 182 del Reglamento Académico General UNCP (V. 2) 2020 con el siguiente resultado:
Por consiguiente, el resultado final del proceso de sustentación es:
Aprobado por unanimidad con mención de excelencia
El jurado, una vez regresado a la “Sala de sustentaciones de tesis pregrado - FACAP” de la plataforma Microsoft Teams, invita a la sustentante a retornar a la sala para escuchar el resultado lo que fue anunciado por el Señor Presidente, y acto seguido se da por terminada la sustentación, siendo las 17:25 horas.
... ...
Dra. Nancy Parraga Melgarejo Dr. Bécquer Frauberth Camayo Lapa VOCAL VOCAL
... ... ...
Mtro. Claudio Paulino Limaymanta Sulca Mg. Rocío Pomasunco Huaytalla VOCAL SECRETARIA
…….………
Dr. Marco Antonio José Paredes Pérez PRESIDENTE (AI)
N° ASPECTO COGNITIVO PUNTAJE
1 Absuelve las preguntas de los jurados, con claridad, relacionando sus resultados con el marco teórico.
4
2 Absuelve las preguntas del jurado con claridad, resaltando sus hallazgos con datos cuantitativos y/o cualitativos.
5
3 Sustenta con claridad la comprobación de las hipótesis. 4
SUB TOTAL 13
N° ASPECTO PROCEDIMENTAL PUNTAJE
4 Manejo adecuado del material de exposición. 2
5 Presentación apropiada del material de exposición. 2
6 Manejo del escenario. 2
7 Expone el trabajo de tesis o suficiencia profesional en el tiempo asignado. 3
SUB TOTAL 09
N° ASPECTO ACTITUDINAL PUNTAJE
8 Tono de voz apropiado. 2
9 Postura adecuada. 2
10 Maneja adecuadamente el lenguaje. 2
11 Su presentación personal es adecuada. 2
12 Su comportamiento es apropiado. 2
SUB TOTAL 10 PUNTAJE TOTAL 32
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
Deshidratado osmótico de la mashua (Tropaeolum tuberosum) a diferentes concentraciones de jarabe y
tiempo
Sustentada ante el siguiente jurado:
--- Presidente del Jurado
--- ---
Secretario Jurado
--- ---
Jurado Jurado
ASESOR:
Msc. Claudio Paulino, Limaymanta Sulca https://orcid.org/0000-0001-9579-2693
DEDICATORIA
Dedico con mucho amor y constante dedicación a mi hijo Ángelo, persona que más quiero, que me dio fortaleza para seguir adelante y ofrecerle una mejor vida, venciendo dificultades y muchas vicisitudes que la vida nos depara. A mis padres y a mis hermanos, seres queridos que siempre supieron darme valor para seguir adelante y no rendirme, con su apoyo y consejos para la culminación de una etapa más en mi vida.
Dedico también a mis amigos estas pequeñas palabras, porque representan una familia en mi vida por los cortos 5 años que estuvimos juntos en las aulas universitarias, tratando de conseguir nuestras metas de ser profesionales, gracias a todos.
Melissa Elizabeth.
A las personas que fueron parte de mi inspiración y apoyo incondicional para lograr metas, dedico este escalón a mis maestros de la UNCP y en especial a mi madre Domitila.
Jean Machuca.
AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente a Dios quien permitió que logre finalizar y cumplir esta meta, ofreciéndome mucha tranquilidad y perseverancia, permitiéndome superar algunos problemas que nos ofrece la vida para la culminación de la investigación A la Universidad Nacional del Centro del Perú, por haberme ofrecido una buena preparación académica y lograr el título profesional, a los docentes de la Facultad de Ciencias Aplicadas, por los conocimientos y enseñanzas impartidas durante nuestra formación.
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ... 4
AGRADECIMIENTO ... 5
RESUMEN ... 5
SUMMARY ...¡Error! Marcador no definido. ÍNDICE GENERAL ... 6
INDICE DE TABLA ... 8
INDICE DE FIGURA ... 10
INDICE DE ANEXOS ... 11
INTRODUCCIÓN ... 12
CAPITULO 1 ... 15
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 15
1.1. Determinación del problema ... 15
1.2. Formulación del problema ... 16
1.3. Objetivos de investigación ... 17
1.3.1. General ... 17
1.3.2. Específicos ... 17
1.4. Justificación e importancia ... 17
1.5. Delimitaciónes ... 18
CAPITULO 2 ... 19
MARCO TEÓRICO ... 19
2.1. Antecedentes De Investigación ... 19
2.2. Bases Teóricas ... ¡Error! Marcador no definido. 2.2.1. Teorías básicas ... 22
2.2.2. Desarrollo de la Variables ... 23
2.3. Definición de Términos Básicos ... 26
2.4. Hipótesis de la Investigación ... 29
2.5. Variable de Investigacion ... 81
CAPÍTULO 3 ... 30
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ... 30
3.1. Enfoque O Paradigma De Investigación ... 30
3.2. Tipo de investigación... 30
3.3. Nivel de investigación ... 30
3.4. Metodo de la investigación ... 34
3.5. Diseño de investigación ... ¡Error! Marcador no definido. 3.6. Población y Muestra o Unidades De Estudios ... 36
3.7. Técnicas, Instrumentos De Recolección De Datos ... 40
3.8. Técnicas De Procesamiento De datos ... ¡Error! Marcador no definido. CAPÍTULO 4 ... 41
RESULTADOS ... 41
4.1. descripcion y análisis de resultados ... 41
4.2. análisis estadísticos ... 41
4.3. Prueba De Hipótesis O Estimación Puntual ... 42
4.4. discusión de resultados. ... 59
CONCLUSIONES... 70
RECOMENDACIONES ... 73
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 74
INDICE DE TABLAS
1. Análisis fisicoquímico de la mashua fresca ... 42 2. Caracterización fisicoquímica de la mashua deshidratada osmóticamente . 42 3. ANOVA de la mashua deshidratada osmóticamente ... 43 4. Comparación de medias de Tukey en la vitamina C de la mashua deshidratada osmóticamente ... 44 5. Análisis de varianza para el contenido de vitamina C en función al tiempo . 45 6. Comparación de medias para el contenido de vitamina C en función al tiempo
... 45 7. ANOVA de proteína de la mashua deshidratada en función a la concentración de solución. ... 46 8. Comparación de medias de proteína de la mashua deshidratada en función a la concentración de solución. ... 47 9. ANOVA de la proteína de la mashua deshidratada en función al tiempo de inmersión en la solución hipertónica. ... 48 10. Prueba de comparación de medias de Tukey para la proteína de la mashua deshidratada en función al tiempo de inmersión en la solución hipertónica.
... 49 11.Análisis de varianza para el contenido de humedad de la mashua deshidratada... 50 12. Prueba de comparación de medias del contenido de humedad de la mashua deshidratada... 50 13. ANOVA de la cantidad de humedad en relación al tiempo ... 51 14. Prueba de comparación de medias de Tukey para la cantidad de humedad en función al tiempo.... 52 15.ANOVA de la cantidad de pH en relación a la concentración de la solución hipertónica ... 53 16. Comparación de medias de Tukey para el pH en función a la concentración de la solución hipertónica. ... 54 17. ANOVA para el pH en función a los tiempos de inmersión en la solución hipertónica ... 55 18.Comparación de medias para el pH en función a los tiempos de inmersión en la solución hipertónica. ... 55 19.ANOVA para los °Brix en función a la concentración de las soluciones ... 56 20.Prueba de medias de Tukey para la cantidad de °Brix en función a la concentración de las soluciones. ... 57
21.ANOVA para los °Brix en función a los tiempos de inmersión ... 58 22.Comparación de medias para los °Brix en función a los tiempos de inmersión.
... 58 23. Porcentaje de disminución de peso de la mashua (%) ... 60 24. Pérdida de agua de la mashua (%) en el proceso de deshidratación osmótica
... 61 25.Ganancia de sólidos de la mashua (%) en el proceso de deshidratación osmótica ... 62
INDICE DE FIGURAS
1. Fruto de la mashua ... 23
2. Explicación gráfica del proceso de ósmosis ... 27
3. Diseño experimental ... 34
4. Deshidratación osmótica de la mashua ... 40
5. Gráfico de la comparación de medias de la vitamina C a diferentes concentraciones de solución osmótica ... 44
6. Comparación de medias de la vitamina C en función del tiempo para cada uno de los tratamientos. ... 46
7. Gráfica de comparación de medias de proteínas en función a la concentración de solución ... 47
8. Gráfica de comparación de medias de proteínas en función al tiempo de inmersión ... 49
9. Gráfico de medias de la humedad en relación a la concentración de solución ... 51
10. Gráfico de comparación de medias de la humedad en función al tiempo de inmersión ... 52
11. Gráfico de medias de la cantidad de pH en función a la concentración de.. 54
12. Gráfico de medias de la cantidad de pH en función a los tiempos de inmersión ... 56
13. Comparación de medias para el contenido de °Brix en función a la concentración de la solución ... 57
14. Gráfico de la prueba de medias en el contenido de °Brix en función a la concentración de la solución ... 59
15. Pérdida de peso (g) de la mashua en la osmodeshidratación... 60
16.Pérdida de agua (%) de la mashua en el proceso de deshidratación osmótica ... 61
17. Incremento de sólidos solubles (%) en la mashua en la osmodeshidratación. ... 63
INDICE DE ANEXOS
MATRIZ DE OPERACIONALIZACION………..……99
RODAJAS DE MASHUA FRESCA ... …….….100
PESADO DE LAS RODAJAS DE LA MATERIA PRIMA ... 100
MATERIALES Y REACTIVOS PARA EL ANALISIS FISICOQUIMICO ... 83
INMERSIÓN DE LAS CONCENTRACIONES EN EL EQUIPO DE BAÑO MARIA………. ... 83
MUETRAS EN LA ESTUFA PARA EL ANALISIS QUIMICO PROXIMAL ... 84
RESUMEN
El trabajo de investigación presenta como objetivo principal, estimar el efecto de la deshidratación osmótica en las propiedades fisicoquímicas, química y transferencia de masa entre la solución osmótica y los trozos de mashua (Tropaeolum tuberosum), con dos factores de estudio: Concentración de la solución osmótica (45°, 50° y 55 °Brix) y tiempos de inmersión (2, 4, 6 h) con tres ensayos y tres repeticiones, empleando pesos de 150 g de trozos de mashua por tratamiento. Para los análisis estadísticos se aplicaron el ANOVA y la prueba de Tukey (α = 0.05) entre los tratamientos. Los tratamientos se dieron a una temperatura constante de 40°C y espesor de los trozos de 4 mm, durante la deshidratación osmótica las concentraciones de la solución y el tiempo de inmersión, presentaron mayor efecto sobre las características fisicoquímicas, químicas y transferencia de masa para la solución concentrada a 45 °Brix en un tiempo de 2 horas. Que representa el tratamiento 1.
Palabras clave: Deshidratación osmótica, cinética, solución osmótica, grosor de láminas.
SUMMARY
The main objective of the research work is to estimate the effect of osmotic dehydration on the physicochemical, chemical and mass transfer properties between the osmotic solution and the pieces of mashua (Tropaeolum tuberosum), with two study factors: Concentration of the solution osmotic (45°, 50° and 55 °Brix) and immersion times (2, 4, 6 h) with three tests and three repetitions, using weights of 150 g of mashua pieces per treatment. For statistical analyses, ANOVA and Tukey's test (α = 0.05) were applied between treatments. The treatments were given at a constant temperature of 40 ° C and thickness of the pieces of 4 mm, during the osmotic dehydration the concentrations of the solution and the immersion time, had a greater effect on the physicochemical, chemical and mass transfer characteristics for the concentrated solution at 45 °Brix in a time of 2 hours. What does treatment 1 represent
Keywords: Osmotic dehydration, kinetics, osmotic solution, film thickness.
INTRODUCCIÓN
En la era del incremento de la tecnología en muchos de los campos industriales, específicamente en la agroindustria, se viene procesando un sinnúmero de productos innovadores alimenticios con insumos artificiales que por el excesivo consumo conlleva a obtener enfermedades oncológicas en el organismo humano;
frente a ello los investigadores buscan obtener alimentos naturales para los consumidores, que de manera natural sea beneficioso para la salud, es así que gran cantidad de la producción mundial de los frutos andinos se están empleando en la producción de alimentos funcionales. Estos productos andinos son la base alimenticia del habitante de los andes peruanos, que no pueden salir de esta costumbre alimenticia, pero pueden darles un valor agregado a estos productos utilizando una tecnología óptima. Alguno de estos alimentos es la mashua, que cuenta con grandes cantidades de vitaminas y proteínas. En la década de los 80, la mashua inicia un incremento en su valor económico como cultivo, por sus características organolépticas, medicinales y poder nutritivo en cuanto a vitamina C, proteínas, grasas y fibras (Brito, 2002).
La presente investigación, estudia la osmodeshidratación de la mashua, metodología que es utilizada ampliamente en productos hortofrutícolas, el cual hace que reduzca el contenido de humedad desde un 70% a un 80% en base húmeda;
y aumente la cantidad de sólidos solubles. El producto final que se obtiene por la osmodeshidratación no es estable para su preservación; los componentes químicos mejoran, luego de secar con aire caliente o un congelado, así como la calidad organoléptica; este método de deshidratado es de gran impacto por que se trabaja con bajas temperaturas (20 ºC – 60 °C), evitando daños en las cualidades nutritivas del producto.
CAPÍTULO 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Determinación del problema
El Perú es un país megadiverso en donde se presentan muchas variedades de la mashua, sembradas en las zonas altas de los andes peruanos en cantidades que se puedan exportar y utilizarlas en el Perú.
La población mayoritaria del Perú, desconoce de muchas de las bondades nutritivas que contiene la mashua, lo que causa un consumo bastante limitado en muchas provincias del Perú, así como también la limitada tecnología en maquinaria para que este fruto sea procesada adecuadamente.
De acuerdo con Alminagorta (2012), la mashua no representa un alimento que tenga mucha preferencia por el poblador peruano, a la vez que sus bondades nutritivas y funcionales no están muy difundidas por nuestro amplio territorio, así como sus principales componentes que son las proteínas, vitaminas como el ácido ascórbico, el fósforo y algunos minerales como el calcio, el magnesio y los carbohidratos (INIAP, 2011).
El no consumir alimentos que no aportan nutrientes a nuestro organismo, producen funciones oxidativas por la generación de radicales libres, que son sustancias que dañan las células humanas y generan la vejez celular, tanto, así como en el metabolismo alimentario, la respiración pulmonar, el cáncer, males cardiacos, inflamaciones urinarias, daños en las articulaciones óseas, daños cerebrales, y muchos otros males. (Espinoza et al., 2002)
La mashua negra y amarilla poseen altísimas cantidades de antocianinas, que es el pigmento natural de color azul-púrpura que presenta este tubérculo. El consumir mashua, es consumir principalmente el colágeno corporal, produciendo una síntesis, lo que impide que los oxidantes perjudiquen el tejido
conectivo, inflamaciones y/o alergias. La antocianina que contiene la mashua morada, aporta en la mejora de la visión, que fortalece la micro circulación ocular y los capilares, resguarda al corazón, por contener altas cantidades de antioxidantes, vitaminas C y E, beneficiosas para malestares cardiovasculares; muy esencial para fortalecer la circulación de la sangre, malestares gripales por estaciones de frío, lesiones físicas, cansancio visual y vitalizador de la piel revitalizando el colágeno del organismo. (Espinoza et al., 2002)
La mashua deshidratada osmóticamente en solución concentrada con azúcar a diferentes concentraciones, son trozos en forma circular que son sumergidas en almíbar para disminuir y conservar su humedad para luego ser almacenados en refrigeradoras, en este proceso el azúcar ingresa por las membranas celulares del fruto lo que protege al tubérculo de la contaminación microbiana que, en condiciones ambientales, el fruto pasaría a descomponerse. Este método de secado para el conservado de frutos y vegetales no es muy aplicado en muchas investigaciones por desconocer la teoría que es muy importante para este trabajo, es por ello que muchos investigadores optaron por nuevos estudios sobre el tema y generen productos innovadores con altos valores nutritivos que permitan en el ser humano tener beneficios en su salud consumiendo alimentos de calidad.
(Rossi. 2012)
La deshidratación por ósmosis es una técnica bastante aplicada para el conservado de alimentos vegetales, en esta técnica los trozos de frutas o frutos enteros son colocadas en una solución concentrada con sal o azúcar, que hace que se genere una presión osmótica, la cual produce un gradiente de potencial químico con el agua del fruto y la solución concentrada permitiendo que salga el agua del fruto hasta llegar al equilibrio del potencial químico del agua en ambas partes de la pared celular del fruto o vegetal (Molano et al, 1996).
1.2. Formulación del problema
¿Cuál es la influencia de las soluciones concentradas y el tiempo en las propiedades fisicoquímicas, químicas y transferencia de masa de la mashua (Tropaeolum tuberosum), en la deshidratación osmótica?
1.3. Objetivos de Investigación 1.3.1. General
Cuantificar las propiedades fisicoquímicas, químicas y transferencia de masa de la mashua (Tropaeolum tuberosum), luego de la deshidratación osmótica empleando soluciones concentradas y diferentes tiempos.
1.3.2. Específicos
• Caracterizar las propiedades fisicoquímicas y químicas de la mashua fresca.
• Cuantificar las propiedades fisicoquímicas y químicas luego de la deshidratación osmótica de la mashua.
• Evaluar los cambios en los porcentajes de pérdida de peso, pérdida de agua, ganancia de sólidos y coeficiente de difusión por efecto de las soluciones concentradas de azúcar y diferentes tiempos de inmersión.
1.4. Justificación e importancia
Se justifica la investigación, porque los tubérculos andinos como la mashua, contienen importantes compuestos con actividad biológica como los flavonoides, fenoles, prebióticos, probióticos y fitohormonas. El adecuado consumo de los componentes biológicos de la mashua favorece la disminución de enfermedades cardiovasculares y del aparato digestivo, fortalece el sistema inmunológico y reproductor, neutraliza la acción de los radicales libres que dañan las células y permite la desintoxicación de componentes dañinos.
El aprovechamiento de cultivos andinos de interés agroalimentario es un tema de investigación nacional, por el valor nutricional que contienen, sin embargo, estos no son consumidos por falta de difusión. Las razones de promover su producción y conservación se basan en fundamentos nutricionales, ecológicos y socioeconómicos.
La aplicación de los principales componentes químicos y sus propiedades nutricionales y funcionales de la mashua contribuirán a fomentar su consumo y permitirán orientar sus posibles aplicaciones, beneficios y versatilidad de la mashua generando una gran oportunidad para la creación de recetas,
medicinas, etc., originando así una opción para la sociedad en general, tanto consumidores, profesionales del ámbito gastronómico, como los productores de este tubérculo, que tienen una nueva alternativa de cultivo y siembra para comercializar, llevando a este producto tradicional de los Andes centrales peruanos, a conocerse en todo el mundo.
La globalización y la competitividad son aspectos que obligan a crear, e innovar el mercado, y con este nuevo producto a obtener se pueden preparar diversos alimentos nutritivos, haciéndolos parte de la dieta diaria de la población, o usándolas como nuevas tendencias de cocina en la sostenibilidad alimenticia de nuestra sociedad.
1.5. Delimitaciones
Los tubérculos de mashua se adquirieron en el mercado mayorista de la provincia de Tarma.
1.5.1. Delimitación espacial
Los análisis experimentales se realizaron en el laboratorio de análisis instrumental de la Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la Facultad de Ciencias Aplicadas de la UNCP.
1.5.2. Delimitación Temporal
El trabajo de tesis se desarrolló en un tiempo de dos años, tiempo que está estipulado en la Ley Universitaria, presentándose diversas dificultades en los laboratorios y epidemias a nivel mundial.
1.5.3. Delimitación cuantitativa
Se utilizaron 5 kg de tubérculos de mashua, presentando estos un grado de madurez adecuado, las cuales se dividieron en partes iguales (3 tratamientos) de acuerdo a los objetivos del trabajo de tesis. Los trozos para cada tratamiento presentaron una masa de 150 g y que luego del proceso se determinaron los análisis fisicoquímicos, químicos, másicos y estadísticos.
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de investigación
En el desarrollo del trabajo de tesis, se revisaron diversas bibliografías como trabajos de investigación ya elaboradas en años anteriores por muchos investigadores en referencia al tema.
• Castro Quintero, G; y Zapata Montoya, J. (1999), “Deshidratación Osmótica de Frutas y Vegetales”, aplicaron la deshidratación por ósmosis para conseguir alimentos de humedad media, para ser mejorados por otras técnicas. Esto para conservar en mayor tiempo la vida útil y optimizar las propiedades organolépticas en los alimentos (Levi et al., 1983; Molano et al., 1996). Se usa instrumentos de laboratorio más sencillos y reactivos químicos que son de naturaleza orgánica fácilmente obtenida en los mercados la sacarosa, glucosa, fructosa y sales por su bajo costo, esto permite que pequeños empresarios puedan obtener diferentes productos con baja inversión. Se recomienda que el producto obtenido sea consumido en tiempos cortos de producción, de acuerdo al tipo de soluto utilizado como sustancia deshidratante (Yang, Wills y Yang, 1987; Maestrelli, 1997).
• Maldonado; Santapaola y Shing (2008), estudiaron sobre la “Cinética de la transferencia de masa durante la deshidratación osmótica de yacón (Smallanthus sonchifolius)”, los principales objetivos de la tesis fue realizar una evaluación de: 1) La cinética de osmodeshidratación en solución concentrada con azúcar; 2) Los valores experimentales
aplicando la ecuación de Peleg; 3) el coeficiente de difusión aplicando la ley matemática de Hawkes y Flink. Se empleó frutos de yacón en trozos de 3x3x0,3 cm. Se realizó la deshidratación osmótica con solución concentrada al 40% (p/p), con aw = 0,97. Las pruebas se realizaron a temperatura constante de 25 °C con agitado continuo de 105 rpm. Se determinaron las pérdidas de masa de los trozos de yacón, cantidad de ganancia de sólidos y pérdida de agua. Los resultados de pérdida de agua y ganancia de sólidos son: k1: 8,2 g y k2: 0,53 g; k1: 234 g y k2: 2,6 g. En el proceso de deshidratación osmótica las mayores cantidades de difusión másica, agua y solutos se da en la primera hora a hora y media, con cantidades de 9,5 [g.100 x g–1 MF] y 68,8 [g.100 g–1MF] que corresponden a la ganancia de sólidos y perdida de agua respectivamente. Este método de deshidratado es muy satisfactorio como un pre tratamiento para la conservación del producto en un buen tiempo.
• Sierra García, Rubén (2010). “Deshidratación osmótica de la arveja china (pisum sativum l.) mediante dos metodologías, directa e indirecta, como alternativa tecnológica al sector hortofrutícola del país”. Investigó la osmodeshidratación de la arveja china (Pisum sativum L). Se realizaron ensayos previos de 3 horas y una relación materia prima y solución de 1:1; aplicando metodologías como la deshidratación osmótica directa y solución osmótica de NaCl a concentración de 20% p/v en un laboratorio para el deshidratado de la arveja. La solución osmótica de cloruro de sodio se concentró al 20% en relación peso/volumen para la deshidratación osmótica directa, se removió el 64,60% de humedad, teniendo como humedad inicial el 88,85% mediante un análisis y culminando con un 35,45% de humedad. Luego se aplicó un secado complementario con aire seco de 22 a 25% de humedad utilizando una estufa de bandejas, hasta llegar a la humedad requerida inferior al 8%, siendo este la mínima humedad permitida por la Agencia de Protección Ambiental de la USA dado el año de 1995, para productos alimenticios deshidratados. Se realizó un análisis organoléptico con jurados no entrenados, donde la arveja osmodeshidratada tuvo una aceptabilidad del 81% y una preferencia media del 19%.
Yupanqui (2010). Estudió la “Influencia de la sacarosa y glucosa en la deshidratación osmótica del mango criollo (mangifera indica L.) de Satipo”. Los objetivos a evaluar fueron los agentes osmóticos, el tiempo eficiente de deshidratado osmótico en ambos tratamientos y la evaluación organoléptica en los atributos de color, sabor y apariencia general del mango deshidratado, respondiendo la hipótesis planteada. Las rodajas de mango se procesaron mediante ósmosis directa utilizando dos agentes osmóticos: La glucosa empleada como soluto osmótico para obtener una solución concentrada a 60°Brix, influye aceptablemente en las características organolépticas de las rodajas de mango deshidratado osmóticamente. Las soluciones concentradas de sacarosa y glucosa con concentraciones de 70° Brix, a una temperatura ambiente de18°C, con un tiempo de inmersión de 7 horas, que previamente presentaron las propiedades fisicoquímicas: Humedad de 84,4%, pH 4,7; acidez de 0,43%
y 13,5 ºBrix. La solución hipertónica de glucosa con gran poder osmótico, se obtuvo el mango deshidratado con una humedad de 58,15% y sólidos solubles de 41 ºBrix. La mejor deshidratación se realizó a las 5 horas en sacarosa y 6 horas en glucosa. En el análisis estadístico a un 5% de significancia el ensayo B permite un mejor color, sabor y apariencia.
• Bambicha; Agnelli y Mascheroni (2012). Investigaron la “Optimización del proceso de deshidratación osmótica de calabacita (Cucurbita moschata) en soluciones ternarias”. Aplicaron el método de superficie de respuesta (MSR), que presentó la mejor condición para obtener la mayor pérdida de agua (WL), de peso (WR), menor ganancia de sólidos (SG), humedad normalizada (NMC) y variación de color (CC) en el deshidratado osmótico de la calabacita, utilizando soluciones concentradas con agua/sacarosa/cloruro de sodio, con 32 ensayos (n), y un diseño de composición central que estimó la influencia de las variables: Soluciones concentradas de sacarosa de 40 °Brix, 50 °Brix y 60 ºBrix, soluciones concentradas de cloruro de sodio de 3, 6 y 9 g/100g y tiempos de inmersión de 1, 2 y 3 horas. El modelo estadístico aplicado presentó gran relación empleando los valores experimentales (p > 0.05). Durante el proceso de deshidratación osmótica, las mejores condiciones óptimas
fueron a los 60 °Brix de solución de sacarosa y 6.39% de sal y mejor tiempo de proceso de 2 h y 24 min.
• Cerdán Guevara y López Ninaquispe (2016). Investigaron el “Efecto de las concentraciones del soluto en el deshidratado osmótico del aguaymanto (physalis peruvian)”. El objetivo general fue, evaluar la influencia de la concentración del soluto en la osmodeshidratación del aguaymanto (Physalis peruvian), en la región Lambayeque.
Se estudiaron los diversos agentes osmóticos en la osmodeshidratación de frutas, para obtener el agente osmótico específico para la experimentación, empleando para ello la sal y el azúcar como agentes osmóticos para la deshidratación osmótica del aguaymanto, siendo el más óptimo la sal.
Se utilizaron diversos trabajos de investigación para tener conocimiento sobre los parámetros y ecuaciones a emplear para calcular la pérdida de humedad, llegando a obtener un rango de porcentaje de humedad máximo de 82,20% a 57,50%, esto se obtuvo aplicando la solución osmótica salina con concentrado al 30%, también se obtuvo la proporción de ganancia de sólidos en un rango de 17,65% a 40,05%; que se muestran en los gráficos de curvas de difusividad y las fórmulas matemáticas se obtuvieron un D(30%) = 4 x 10‾⁹ cm2/s, para la humedad pérdida y un D(30%) = 2,5 x 10‾⁹ cm2/s para sólidos solubles ganados, empleando para ello la primera y segunda ley de Fick de la difusión molecular.
2.2. Bases Teóricas
2.2.1. Teorías básicas
La mashua (Tropaeolum tuberosum)
Tubérculo andino que presenta desarrollo anual, presenta follaje tupido, su coloración cambia de verde amarillento a verde oscuro a lo largo de la maduración. Los tallos aéreos presentan forma cilíndrica que están dispersos por entrenudos y bastante ramificados, son de crecimiento vertical, que va variando a semi horizontal y algunas veces trepadora (Fuentes, 2006; Nieto, 2004;
Arbizu & Tapia, 1992). Los frutos son de forma alargada, cilíndrica o cónica, longitud de 5 a 15 cm se puede ver en la figura 1, con
colores diversos entre morado, amarillo y rojo, de textura harinosa, con gran contenido de almidón (Ames, 1997; Nieto, 2004; Agüero, 2009). La mashua contiene isotiocianatos que le dan sabor acre y picante (Perú ecológico, 2007).
El fruto de la mashua es bastante nutritivo con un 20% de sólidos y proteína promedio de 16% en fruto seco. La cantidad de proteína puede variar de acuerdo a la especie (National Research Council, 1989). Presenta elevadas cantidades de aminoácidos (lisina), que es una vitamina bastante limitada en diversos cereales y leguminosas (Espinoza et al., 2002).
Figura 1
Fruto de la mashua
Deshidratación por ósmosis
Técnica empleada para minimizar la cantidad de humedad de frutas y vegetales, a la vez también para aumentar el contenido de sólidos solubles de estos vegetales y proporcionarles mayor tiempo de vida util. El método consiste en sumergir trozos de frutas o enteras, así también como de hortalizas y tubérculos en soluciones concentradas con azúcar y sales u otros solutos. El proceso de deshidratado ocurre por el fenómeno de ósmosis entre el agua del fruto y el agua de la solución hipertónica hasta que las concentraciones entre ambos lleguen a equilibrarse. (Barbosa &
Vega. 2000).
Este deshidratado en un método bastante aplicado como un periodo intermedio en la conservación de alimentos vegetales. La técnica se lleva a cabo colocando el fruto sólido en soluciones concentradas que generan altas presiones osmóticas entre el
alimento y la solución hipertónica; se emplean para ello, solutos tales como azúcar, sacarosa, fructosa, sales, o solventes como etanol, glicerol y sorbitol, que producen dos flujos en contracorriente: flujo de agua del alimento hacia la solución concentrada, y un ingreso de sólidos solubles hacia el alimento.
Existe un intercambio de sustancias del fruto o verdura con la solución concentrada, como sales minerales, pigmentos y sustancias aromáticas. La utilización de esta técnica en la industria de alimentos es obtener la fruta medianamente deshidratada, y el agente osmótico queda como residuo sin valor al final del proceso.
(Torreggian. 1996).
En la osmodeshidratación se emplearon dos etapas: La primera se denomina “deshidratación”, en donde el agua se pierde en mayor cantidad que la ganancia de sólidos que es mínima, debido a ello la masa total del fruto o vegetal se reduce en el tiempo; la segunda fase se denomina “impregnación”, en donde el fruto gana sólidos en menor cantidad que la salida de agua y el peso del sólido aumenta con el tiempo. En este proceso de deshidratación se da un lixiviado de los sólidos del alimento como azúcar, ácidos orgánicos, vitaminas y minerales (Raoult y Wack. 1994). Los flujos de difusión molecular ocurren a altas presiones debido a la concentración de la solución. (Guilbert et al. 1996).
La deshidratación por ósmosis es una operación que se desarrolla de manera original, en donde el agua que contiene el fruto llega a equilibrarse, así como también estequiométricamente los pesos moleculares del agua llegan a equilibrarse en ambos lados de la membrana celular del fruto. (Carrillo. 1995).
El fenómeno de ósmosis es el movimiento de los componentes desde una zona de alta energía molecular hasta una zona de menor energía molecular. El intercambio de agua a través de la pared celular se llega a interrumpir con aplicación de presión en la solución al lado de mayor concentración del soluto, este fenómeno es denominado presión osmótica, propiedad de la solución. Por lo cual se comprueba lo siguiente:
• La presión osmótica es directamente proporcional a la temperatura y a la concentración de la solución hipertónica.
Los sólidos solubles que ingresan al fruto, deben ser compatibles con las propiedades sensoriales del fruto; es por ello que los azúcares son los solutos más considerados para la deshidratación por ósmosis de las frutas. (Zapata y Castro. 1999).
Con la aplicación de esta técnica, se hace mucho mejor el rendimiento de la reducción de la humedad hasta un 50%, así como del peso inicial del fruto; a diferencia del secado con secador solar y aire caliente, se reduce mucho mejor el tiempo con la deshidratación osmótica representando un ahorro en la energía eléctrica. Los frutos deshidratados por ósmosis y después secados mediante aire caliente hasta contener una humedad óptima de conservación, mantienen mejor sus propiedades sensoriales y mejor calidad que los frutos secados solo con aire caliente. (Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos. 1991).
Variables que influyen en la deshidratación por ósmosis.
Los frutos deshidratados por ósmosis, realizan resistencia al intercambio de masa en la pared celular que es una membrana semi permeable, estas variables son:
• Forma del fruto; esto es muy importante al momento de aplicar el fenómeno de ósmosis entre el fruto y la solución concentrada, los frutos pueden tomar diferentes formas geométricas y de acuerdo a ello es posible el intercambio de agua, sales, y azucares naturales como la glucosa y fructosa.
• Variables de proceso: Concentración de la solución hipertónica, agente osmótico, temperatura, presión, tiempo de inmersión, geometría, relación alimento: solución, agitación y tipo de tejido, que realizan gran influencia en la cinética de transferencia de masa. Al aumentar la temperatura al proceso, varía la permeabilidad de la pared celular y la viscosidad de la solución. (Rastogi et al., 2002).
2.2.2 Desarrollo de las variables Variables independientes
a) Concentración de la solución (45, 50 y 55 °Brix).
Solución preparada en base a diferentes cantidades de azúcar, en la cual es agregada los trozos de mashua fresca; se utiliza la sacarosa por su eficacia sensorial en los productos vegetales (frutas). (Chenlo et al., 2006 y Sharma. 2003).
b) Tiempo de permanencia (2, 4 y 6 horas)
El tiempo de permanencia del fruto en la solución hipertónica es muy importante, ya que evalúa el intercambio de masa, pérdida de peso, pérdida de humedad, ganancia de sólidos solubles.
Variables dependientes:
a. Análisis fisicoquímico:
• pH
• Brix
• Acidez
b. Análisis químico proximal:
• Proteínas
• Vitamina C
c. Cinética de transferencia de agua
• Transferencia de masa 2.3. Definición de términos básicos
2.3.1. Agente osmótico (azúcar)
El azúcar es un compuesto químico bastante utilizable en la industria de alimentos en la preparación de néctares, mazamorras, yogur, gaseosas, etc.
Los azúcares reductores tienen fuerte efectividad en la preparación de productos como la panadería, pastelería y bebidas, porque son los que le dan coloración y sabor al alimento. La mayor cantidad de azúcar en un alimento, hace que el producto tome una coloración marrón y este sea amargo. La industria alimentaria demanda bajos contenidos de azúcares en su preparación, cantidades menores al 0,1% del peso fresco, que es la cantidad aceptable para la elaboración de hojuelas y
otros alimentos, pero cuando la cantidad es mayor al 0,33% es inaceptable. (MINAG, 1996).
2.3.2. Soluciones concentradas con agentes osmóticos
Solución preparada en base a azúcares, sales u otros agentes osmóticos, éstas ejercen una fuerte presión por ósmosis en las paredes celulares del fruto a deshidratar. Para llegar al equilibrio osmótico el agua del fruto sale hacia la solución concentrada en un tiempo adecuado, que ocasiona que el fruto pierda humedad y peso, ganando el fruto pequeñas cantidades de sólidos solubles. En la figura 2 se puede observar el fenómeno de difusión a diferentes concentraciones.
La baja concentración de una solución hipertónica, hace que la presión osmótica se oponga al flujo de agua por medio de la pared celular semipermeable, por lo que se puede decir que, a mayor concentración y temperatura, mayor es el flujo de agua.
Figura 2
Explicación gráfica del proceso de ósmosis
2.3.3. Vitaminas
Micronutrientes que son esenciales para la supervivencia del hombre, no generan energía al consumirlos en todos los alimentos, pero en pequeñas cantidades es buena para la salud humana. Muchas vitaminas pueden sintetizarse de distintas maneras (endógenas, triptófanos y bacterias intestinales) en el organismo humano como la
vitamina D, niacina, K2, B1 y B2, etc. La sinterización de las vitaminas en el organismo humano, no son suficientes para realizar muchas actividades diarias o en la salud, estas se consiguen a través de los alimentos diarios.
2.3.4. Cinética de la transferencia de masa
El fenómeno determina la pérdida de masa, incremento de sólidos y merma de agua en un determinado periodo de tiempo (Hidalgo et al., 2009). La merma de agua hace que se encoja el fruto. Cuanto más lento se encoja el fruto, mayor es el ingreso de sólidos, lo que no es adecuado. Si el encogimiento es más rápido, existe un adecuado deshidratado del fruto. (Cornejo et al., 2000).
En la naturaleza ocurre todo de forma natural, es así que, la naturaleza se encarga de que todo ocurra hasta que llegue al equilibrio todo proceso. En la deshidratación osmótica ocurren los fenómenos de transporte de manera natural, debido a la presión osmótica que genera la solución concentrada en la pared celular del fruto hasta llegar al equilibrio. En los procesos de difusión molecular, los fluidos se desplazan de una zona de mayor concentración, hacia una zona de menor concentración; este proceso fue estudiado por Fick y otros científicos. (Holman, 1999).
2.3.5. Tiempo de permanencia
Variable de mucha importancia en la deshidratación por ósmosis, ya que las variaciones de masa en este proceso se dan en las primeras 2 horas; el máximo ingreso de sólidos se da en la primera media hora y el equilibrio llega en tiempos no muy prolongados. Las mayores concentraciones de solución y temperaturas, permiten que durante ocurra el proceso de deshidratado los frutos no permanezcan por mucho tiempo en la solución hipertónica hasta que el proceso llegue a su equilibrio final; por lo que, los periodos menores de permanencia del fruto en la solución no sea el más adecuado. El tiempo de proceso óptimo se tomará de acuerdo a las condiciones que se le den al proceso hasta obtener el producto final (Cornejo et al., 2000).
2.3.6. Transferencia de agua (difusión de Fick)
De acuerdo a las condiciones que se le den al proceso de deshidratado osmótico, esta permitirá una mayor transferencia de masa (pérdida de agua, ganancia de sólidos, pérdida de humedad) por el alimento, también se tomará en cuenta la forma, propiedades, estructura de la pared celular y la composición del alimento durante el proceso de deshidratado. (Colina, 2010).
2.4. Hipótesis de la investigación 2.4.1. Hipótesis general
Las soluciones concentradas y el tiempo, afectan las propiedades fisicoquímicas, químicas y transferencia de materia en la deshidratación por ósmosis de la mashua.
2.4.2. Hipótesis de trabajo (estadística)
Ho: µ1= µ2 = µ3, Las soluciones concentradas y el tiempo no afectan las propiedades fisicoquímicas, químicas y la transferencia de masa mediante la deshidratación osmótica.
H1: µ1≠ µ2 ≠ µ3, Las soluciones concentradas y el tiempo, afectan las propiedades fisicoquímicas, químicas y la transferencia de materia mediante la deshidratación por ósmosis.
2.5. Variables de investigación
➢ Variable independiente:
• Concentración
• Tiempo
➢ variable dependiente
• Evaluación química (proteínas, vitamina C)
• Cuantificación fisicoquímica (pH, acidez, Brix)
• Transferencia de masa
CAPÍTULO 3
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
3.1. Enfoque de investigación
El enfoque de la investigación se desarrolla mediante un enfoque cuantitativo, que presenta como objetivo la explicación del deshidratado osmótico, para finalmente esta pueda ser predecida y controlada (Guba & Lincoln, 1994).
Esta investigación cuantitativa se encargará de recopilar la información requerida y luego comprobar las hipótesis planteadas mediante los análisis estadísticos con los resultados numéricos obtenidos, que permitirá plantear el comportamiento de las mismas de manera teórica para luego ser explicadas con la investigación. (Hernández et al., 2010).
3.2. Tipo de investigación
La investigación es básica de carácter cuantitativo, por que utiliza la teoría de las ciencias naturales como la física, química y fisicoquímica en el proceso de evaluación de la deshidratación por ósmosis de la mashua, aplicando para ello la estadística. (Ñaupas, Mejia y Novoa, 2014).
3.3. Nivel de investigación
En la investigación se aplicará el nivel descriptivo y explicativo, se empleará este nivel para describir y explicar las propiedades químicas y fisicoquímicas de la deshidratación por ósmosis de la mashua. (Hernández et al., 2010).
3.4. Métodos de investigación
La metodología aplicada en el trabajo fue el método científico y experimental y que a través de la observación sistemática se obtendrán nuevos conocimientos para realizar las medidas, experimentar, formular, analizar y comprobar la hipótesis. (Hernández et al., 2010).
3.4.1. Lugar de ejecución
El trabajo de investigación se ejecutó en el laboratorio de análisis instrumental y analítico de la Carrera Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la FACAP – UNCP de Tarma.
3.4.2. Análisis de la materia prima (mashua fresca) a) Análisis fisicoquímico
pH: Medido con el potenciómetro, AOAC (1998) Acidez: Analizado por titulación, AOAC (1998)
Sólidos solubles (°Brix): Medido con el refractómetro, AOAC (1998)
b) Análisis químico de la materia prima (mashua fresca) Vitamina C: Análisis por espectrofotometría. AOAC (2000) Proteína: Método de proteína total. AOAC (1990)
3.4.3. Análisis de la mashua deshidrata osmóticamente a) Análisis fisicoquímico
pH: Medido con potenciómetro, AOAC (1998) Acidez: Método de titulación, AOAC (1998)
Sólidos solubles (°Brix): Medido con el refractómetro, AOAC (1998)
b) Análisis químico
Vitamina C: Análisis por espectrofotometría. AOAC (2000) Proteína: Método de la proteína total. AOAC (1990)
3.4.4. Evaluación de los parámetros de la cinética de deshidratación entre la solución osmótica y la mashua
Luego de llevado a cabo el proceso de deshidratación osmótica, se realizaron los cálculos de la transferencia de masa, los cuales fueron:
Porcentaje de humedad, pérdida de peso, ganancia de sólidos solubles, etc. Se hicieron los siguientes cálculos:
A) Evaluación de la proporción de pérdida de peso
Para determinar la pérdida de masa de la mashua deshidratada, se pesó inicialmente los trozos de mashua frescos (previo a la inmersión en la solución azucarada) y el peso final (inmediatamente después de sacarlo de la solución azucarada) para cada uno de los ensayos. Se empleó la siguiente fórmula:
Pérdida de peso: %𝑃𝑝 =𝑝𝑖−𝑝𝑓
𝑝𝑖 𝑥 100 Donde:
Pp = Pérdida de peso
pi = Peso inicial de la mashua fresca (g) pf = Peso final de la mashua deshidratada (g) B) Cálculo del porcentaje de incremento de sólidos
Para calcular la diferencia de sólidos solubles, se mide el peso y solidos solubles iniciales de la muestra y una vez que la muestra se sumergió en la solución concentrada a un determinado tiempo, se retiró la muestra de la inmersión, se midió el peso y solidos solubles finales del producto, los cuales fueron medidos utilizando el refractómetro para cada uno de los tratamientos.
Se midió los sólidos iniciales de la mashua fresca, posteriormente los sólidos finales para los tres tratamientos, estos valores fueron expresados en °Brix. Para evaluar la ganancia de sólidos se empleó la siguiente ecuación:
Ganancia de sólidos: %𝐺𝑠 = (𝑝𝑓.𝑆𝑓)−(𝑝𝑖.𝑆𝑖)
𝑝𝑖 𝑥100 Donde:
pi = Peso inicial de la mashua fresca al momento de muestrear (g) pf = Peso final de la mashua deshidratada (g)
Si = Sólidos iniciales de la mashua fresca (°Brix) Sf = Sólidos finales de la mashua deshidratada (°brix) C) Cálculo del porcentaje de pérdida de agua
La evaluación de la pérdida de agua de la mashua fresca en la deshidratación osmótica, se realizó con la medición de la humedad inicial de la mashua fresca y luego se midió la humedad final después de la deshidratación, para cada uno de los ensayos. Se determinó los pesos inicial y final de los trozos de mashua.
La pérdida de agua se determinó, utilizando la siguiente fórmula:
Primero hallamos el porcentaje de humedad, mediante la humedad inicial
%𝐻 =𝑃𝑖−𝑃𝑓
𝑃𝑖 𝑥100
Donde:
Pi = Peso inicial de los trozos de mashua fresca antes del secado Pf = Peso final de los trozos de mashua después del secado Luego se determina la pérdida de agua en base a los pesos y humedades:
%𝑃𝐴 = (𝑃𝑖. 𝐻𝑖) − (𝑃𝑓. 𝐻𝑓) 𝑃𝑖 𝑥100
Donde:
PA = Pérdida de agua, en porcentaje Pi = Peso inicial de la mashua fresca (g) Pf = Peso final de la mashua deshidratada (g)
Hi = Humedad inicial de la mashua, como fracción (ml/g) Hf = Humedad final de la mashua, como fracción (ml/g)
D) Determinación del coeficiente de difusividad por la Ley de Fick Se utilizaron diversas ecuaciones matemáticas para la evaluación del coeficiente de difusividad, luego del proceso de deshidratación por ósmosis, para su cálculo se empleó la primera y segunda ley de Fick, teniendo en cuenta el tiempo, la forma del producto, el espesor y la razón de las humedades.
Esta relación fue empleada por muchos investigadores, para evaluar la difusividad efectiva. La ecuación empleada para una geometría en forma de lámina o placa es:
𝐾 =𝜋2𝐷𝑒𝑓 4𝐿20 Despejando:
𝑋∗ = 𝑒
−(𝜋2𝐷𝑡 4(𝑧
2)2)
𝑙𝑛𝑋∗ = 𝑙𝑛𝑒
−(𝜋2𝐷𝑡 4(𝑧
2)2)
𝑙𝑛𝑋∗ = − (𝜋2𝐷𝑡
4(2𝑧)2)
D = coeficiente de difusión [cm2/s]; t = tiempo [s]
X* = razón de humedades z = espesor (cm)
3.5. Diseño de la investigación
En la investigación, se aplicó un diseño DCA con un diseño factorial de A x B con 3 ensayos y 3 repeticiones, teniendo 9 resultados que sirvieron para plantear y comprobar la hipótesis, las cuales fueron evaluadas con el ANOVA de un factor.
3.5.1. Metodología experimental
En el trabajo de investigación se aplicó un enfoque experimental, en la cual se manipularon las concentraciones de las soluciones, así como el tiempo de duración, para ver la influencia de éstas en la transferencia de masa, propiedades fisicoquímicas y coeficientes de difusión. Quiere decir que, al realizar un experimento se realiza un cambio de valor en una variable (variable independiente) y ver la influencia en la otra variable (variable dependiente).
Figura 3.
Diseño experimental
Dónde:
C1: Concentración de la solución (45 °Brix) C2: Concentración de la solución (50 °Brix)
Mashua
Tm Tm Tm Tm Tm Tm Tm Tm Tm
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
AQ
AF
t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 t3
C1 C2 C3
C3: Concentración de la solución (55 °Brix) t1: Periodo de inmersión 1 (2 horas)
t2: Periodo de inmersión 2 (4 horas) t3: Periodo de inmersión 3 (6 horas)
AQ: análisis químico (vitamina C y proteína) AF: análisis fisicoquímico (pH, acidez y °Brix) Tm: Transferencia de masa
3.6. Población y muestra Población.
Frutos de la mashua recopilados de la provincia de Tarma.
Muestra.
Para la realización del trabajo de investigación, se emplearon 5 kg de mashua de la provincia de Tarma.
Técnica de Muestreo: Se aplicó un muestreo no probabilístico o por conveniencia.
Equipos, materiales e insumos
Para los respectivos análisis se utilizaron los equipos, materiales e insumos de los laboratorios de la Carrera Profesional de Ingeniería Agroindustrial.
Los estudiantes que realizan la investigación hacen uso del laboratorio por el tiempo de 1 mes o más de acuerdo a la dimensión de la tesis, generalmente es 2 años hasta terminar la tesis.
EQUIPOS.
• Balanza analítica: Ohaus.
• Espectrofotómetro: Shimadzu. UV-Visible.
• Estufa para secado: Memerth
• Destilador de agua.
• Pack de titulación.
• Refractómetro digital. Escala: 40 - 80 °Brix.
• Potenciómetro: pH 2 a 16 pH.
MATERIALES.
• Vasos de precipitación de 50,100, 150, 250 y 500 mL).
• Termómetro de 150 °C.
• Embudos de vidrio o plástico
• Varillas de metal o vidrio.
• Tubos de ensayo y gradillas.
• Papel filtro Whatman N° 4.
Reactivos
• Acetato de sodio (CH3-COONa), q. p.
• Ácido ascórbico, 0.1 %, q. p.
• Acido oxálico, 0.4 %, q. p.
• Indicador orgánico: 2,6 diclorofenolindofenol, q. p.
• Indicador orgánico: Fenolftaleína, 1.0 %
• Hexano (C6H6).
• Hidróxido de sodio (NaOH) 0,1
3.7. Técnicas, instrumentos y procedimientos de recolección de información Durante el desarrollo del trabajo de investigación se empleó el análisis químico, fisicoquímico e instrumental siguiendo un modelo de diagrama de flujo para la recolección de datos e información del fruto fresco y del fruto procesado.
a. Análisis para la materia prima (mashua fresca) 1. Métodos de análisis
• Análisis de vitamina C (AOAC 2000)
El análisis se realizó dada la metodología recomendada por la (AOAC. 2000, 967.21), aplicando la titulación. Técnica que aplica para la reducción del indicador orgánico 2, 6 dicloro fenol indofenol utilizando solución concentrada de ácido ascórbico. La cantidad de este ácido es proporcional a la capacidad del extracto del ensayo y así reducir la muestra estándar que contiene los colorantes, por titulación.
• Análisis de Proteínas (AOAC 1990)
Al analizar la proteína, se empleó la técnica de Kjeldahl, que cuantifica la masa nitrogenada total del producto, que aúne a las no proteínas y a las proteínas reales. Este método nos ayuda a determinar la proteína real del alimento, con la finalidad de evaluar su valor nutricional y calidad del alimento.
• Análisis de humedad: (AOAC 2005)
La humedad se presenta en mayor cantidad en las frutas y verduras, más no así en otros tipos de alimentos que presentan humedad en menor porcentaje. Esta técnica permite dar valor de calidad al alimento, permitiendo conocer su adulteración en el proceso.
2. Análisis Fisicoquímico
• Valoración del pH, (AOAC 2005)
La cuantificación del pH y de la acidez del fruto son cantidades que determinan la calidad del producto por el cambio químico que ocurre en él. El pH baja a 4 si ocurre una fermentación acida y se incrementa cuando el fruto despide amoniaco.
• Valoración de sólidos solubles (AOAC 2005)
El índice de refracción se mide con el refractómetro, dando los
°Brix (1 °Brix es la densidad de una solución de sacarosa al 1 % en peso, que resulta un índice de refracción).
• Valoración de la acidez (AOAC 2005)
Existen diferentes reactivos para realizar la titulación en la determinación de la acidez, con ácidos o bases y que al llegar al punto final ocurre un cambio en la coloración del indicador orgánico como la fenolftaleína y se reporta por la presencia de ácidos presentes como el ácido cítrico presente en los frutos.
3.8. Técnicas de Procesamiento de datos
Para procesar la información se realizó un DCA con 3 repeticiones para cada tratamiento, se aplicó el análisis de varianza para comprobar si la hipótesis nula es verdadera o falsa, es decir, verificar si las medias poblacionales son iguales o diferentes (se compara las varianzas muestrales). Se trabajó con un ANOVA al 95% de confianza y si existiese diferencia significativa, se realiza una comparación de medias de Tukey al 5% entre los tratamientos.
La hipótesis estadística desea comprobar si:
Ho: μ1 = μ2 = μ3
HA: μ1 ≠ μ2 ≠ μ3
3.8.1. Procedimiento para la recolección de datos
En el proceso deshidratación por ósmosis de la mashua ocurren muchos fenómenos como: pérdida de agua, humedad, masa, ganancia de sólidos. Al realizar los análisis y cálculos respectivos, se obtienen los datos que son extraídos de las diferentes operaciones unitarias que se realizan en el proceso.
Para una mejor explicación del proceso, se realizaron algunos cálculos en la preparación de la solución hipertónica.
Preparación de las soluciones osmóticas
Las soluciones concentradas se prepararon utilizando como agente osmótico a la sacarosa, la cual detallamos a continuación:
a) Solución concentrada a 45 °Brix. Se pesaron 90 g de azúcar rubia para luego agregarlo a un vaso de precipitación de 500 mL, que contenía 120 mL de agua destilada, calentando la mezcla a una temperatura de 40 °C con agitación continua hasta la solubilización del azúcar.
b) Solución concentrada a 50 °Brix. Siguiendo el procedimiento anterior, se pesaron 110 g de azúcar para después adicionarlo a un vaso de 500 ml que contenía 120 ml de agua destilada, calentando la mezcla a una temperatura de 40 °C con agitación hasta la solubilización de la sacarosa.
c) Solución concentrada a 55 °Brix. Se pesaron 130 g de azúcar para agregar a un vaso de pp de 500 ml que contenía un volumen de agua destilada de 120 ml hasta llegar a la concentración deseada.
3.8.2. Descripción del proceso
Recepción. Se obtuvo 5 kg de mashua amarilla en estado de madurez óptimo.
Selección. Se seleccionó los frutos sanos de mashua por inspección simple.
Pesado 1. Se pesó 1 kg de mashua en una balanza analítica.
Lavado. Se efectuó la limpieza con chorros de agua a presión para eliminar la presencia de partículas extrañas adheridas a las paredes de la mashua.
Pelado. La cáscara se retiró manualmente con un cuchillo de acero inoxidable y colocados en un recipiente de plástico con agua.
Cortado. La mashua se cortó en trozos de 4 mm de espesor y separadas en 3 partes de 150 g cada una y colocadas en vasos de precipitación de 500 ml.
Escaldado. Se sumergieron los trozos de mashua en agua caliente a 70 °C por 2 minutos, para ablandar y facilitar el ingreso de sólidos.
Drenado 1. Se drenaron los trozos de mashua mediante un colador.
Preparación de la solución. Se prepararon soluciones de azúcar rubia comercial en agua caliente, con concentraciones de 45, 50 y 55 °Brix de sólidos solubles.
Sumergido. Se introdujeron los trozos de mashua en la solución hipertónica.
Reposo y agitado. Se dejó en reposo durante 6 horas, agitando cada 10 minutos.
Análisis. Durante la deshidratación se realizaron mediciones de peso en la mashua y ºBrix en el jarabe cada 30 minutos.
Drenado 2. Se drenaron los trozos de mashua mediante un colador.
Inmersión. Se hizo una inmersión de 1 minuto en agua fría para eliminar los residuos y evitar las subsecuentes adherencias.
Figura 4.
Deshidratación osmótica de la mashua
MASHUA
PESADO 1 SELECCIONADO
PELADO LAVADO Y DESINFECCIÓN
CORTADO
ESCALDADO
DRENADO 1
SOLUCIÓN OSMÓTICA
DESHIDRATACIÓN
DRENADO 2
INMERSIÓN AGUA FRIA
SECADO
ENVASADO
Colocar en agua hervida a 70 °C por un tiempo de 2
minutos
Solución osmótica a concentraciones de 45, 50 y
55 °Brix
5kg.
1kg.
Trozos de 4 mm.
