La materia (Tabla 7) prima tuvo una humedad inicial de 91.74%, valor inferior a los 93.2% y 93.65% que reportan Reyes et al. (2009) y Arévalo y Arias (2008) respectivamente. El contenido de cenizas fue de 0.48%. Al respecto Arévalo y Arias (2008) y Reyes et al. (2009) reportan un contenido de cenizas en la pulpa del 0.5% en tanto Antonio et al. (2018) reportan 0.49%. La acidez titulable de las muestras, expresado cómo % de ácido cítrico, fue de 0.27%. Este valor fue superior al 0.08% reportado por Arévalo y Arias (2008). El pH de la pulpa fue de 6.17, superior al 5.42 reportado por Arévalo y Arias (2008) e inferior al 6.6 reportado por Antonio et al. (2018). En cuanto a los sólidos solubles de la pulpa, los 8.6 °Brix cuantificados fue superior a los 5.28 °Brix reportado por Arévalo y Arias (2008). El contenido de azucares reductores fue de 9.32 mg/100g, valor superior a los 5.7 mg/100g que reporta Antonio et al. (2018).
En las figuras 2 y 3 se puede observar que la pérdida de agua es rápida en las dos primeras horas, tanto en el tratamiento con ultrasonido como el testigo, siendo el comportamiento de la curva de tipo logarítmica. En las mismas condiciones de concentración de panela y temperatura, el tratamiento con ultrasonido favorece en mayor proporción la perdida de agua del chiclayo, llegando a valores superiores al 60%. Al respecto, Djendoubi et al. (2013) reportan que en la DO de pera (paralelepípedo, 1 x 0.8 x 0.8 cm3) en soluciones de sacarosa
de 25 a 65%, tiempo de 30 – 390 minutos y temperatura entre 20 – 60 °C ejercen un efecto lineal significativo en la pérdida de agua y ganancia de sólidos los cuales se incrementa con el incremento de la concentración y la temperatura. Nowacka et al. (2018) en la DO de arándanos con ultrasonido a una frecuencia de 21 kHz en una solución osmótica de sacarosa al 61,5% p/p a 40°C durante 72 horas, lograron eliminar el 58.6 % de agua indicando que la aplicación de ultrasonido mejora significativamente la transferencia de masa durante el
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ultrasonido (40 kHz) en una solución osmótica de panela al 60% p/p y 60°C, al cabo de 7 horas de proceso reporta una pérdida de agua del 46.62%, superior al 23.67% en el tratamiento testigo (sin ultrasonido) en las mismas condiciones de tiempo, temperatura y concentración de solución osmótica. Además, indica que los procesos difusivos dependen mucho de la concentración de la solución osmótica y su temperatura.
Por otro lado, la aplicación de ultrasonido también mejoró considerablemente la ganancia de sólidos por parte del chiclayo llegando una ganancia superior al 19% (Figura 3). Barman y Badwaik (2016) al deshidratar osmóticamente cubos de carambola reportan que una frecuencia ultrasónica de 25 kHz durante 30 minutos en una solución combinada en iguales cantidades de soluciones de sacarosa y glicerol a 66 °Brix en una relación fruta/jarabe de 1/10 con una temperatura de 50 °C y 180 minutos ocasionando una pérdida del 73,76% de agua y una ganancia de 9,79% de sólidos.
Nowacka et al. (2018) en la DO de arándanos con ultrasonido a una frecuencia de 21 kHz en una solución osmótica de sacarosa al 61,5% p/p a 40°C durante 72 horas, reportan una ganancia de sólidos de 18.4%. Marceliano (2018) reporta ganancias de sólidos de 4.63% y 14.25% en los tratamientos testigo y ultrasonido respectivamente en una concentración de panela al 60% p/p a 60 °C en un tiempo de 7 horas.
Goula et al. (2017) reportan que la pérdida de agua en la DO con ultrasonido es mayor que otras técnicas como la agitación. La aplicación de ultrasonido en una frecuencia de 20 kHz, por 30 minutos en la DO de aguaymanto en solución de sacarosa a 55 °Brix y 55 °C con una relación fruta/jarabe de 1/3 por 10 horas ocasiona una ganancia de sólidos del 2.05% y una pérdida de agua del 46.1 % (Luchese et al., 2014). Esto debido a que el ultrasonido facilita la difusión del agua desde el tejido vegetal, gracias a la formación de canales microscópicos (Fuente et al., 2006). Además, el trabajar con una relación fruta/jarabe alta (1/10), se promueve una alta ganancia de sólidos y pérdida de agua (Tortoe, 2010).
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De acuerdo a Nahimana et al. (2011) los coeficientes de difusividad efectiva en la DO de frutas y vegetales varían entre 1.4 – 42.2 x 10-10 m2/s para el agua (De,w) y entre 0.4 – 36 x
10-10 m2/s para el soluto (D
e,s) osmótico. Esta variación se atribuye a las diferencias
existentes en la composición y estructura del alimento y las condiciones de procesamiento. Además, establece que las frutas y verduras son en gran parte heterogéneas, y sus membranas celulares y/o composición de paredes celulares tienen diferentes resistencias a la transferencia de masa. Las estructuras compactas o aquellas con propiedades de difusión selectiva ofrecen más resistencia a la transferencia de masa que las estructuras porosas. Comparando las Tablas 8 y 9, es notorio que la DO aplicando ultrasonido resulta en una mayor trasferencia de agua y sólidos. Este efecto se puede asociar con la formación de canales microscópicos debido a la pérdida de adhesión celular que produce espacios entre las células (Goula et al., 2017).
En la DO del chiclayo sin ultrasonido (Tabla 8) la difusividad del agua varió entre 1.948 – 3.376 x 10-10 m2/s y para los sólidos varió entre 1.329 – 2.316 x 10-10 m2/s. Encontrándose dentro de los intervalos indicados por Nahimana et al. (2011).
Mokhtarian et al. (2014), consideran que la variable más importante que afecta la cinética de transferencia de masa durante la deshidratación osmótica es la temperatura. Por tanto, un aumento de temperatura y concentración de la solución osmótica provoca un aumento en la pérdida de peso, la pérdida de agua y la ganancia de sólidos (Narang y Pandey, 2013). También se establece que un aumento de temperatura disminuye la viscosidad de la solución osmótica, disminuyendo la resistencia externa a la velocidad de transferencia de masa en la superficie del producto. Por tanto, facilita la salida de agua de la fruta y favorece la difusión de soluto en la misma (Phisut, 2012).
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El coeficiente de difusividad del agua en la DO de chiclayo por ultrasonido (Tabla 9) se encuentra entre 3.897 – 7.099 x 10-10 m2/s mientras que para sólidos se encuentra entre 1.870 – 3.308 x 10-10 m2/s.
Derossi et al. (2008) reportan valores de 4.10 x10-10 y 1.81 x 10-10 m2/s para De,w y De,s
respectivamente en la DO de manzana (Granny Smith) en forma cilíndrica de 15 mm de diámetro sumergidas en una solución de sacarosa 2.5 molar y 25 °C con una relación fruta:jarabe de 1:20 y agitación de 400 rpm. Souraki et al. (2014) reportan valores de coeficiente de difusividad en los intervalos de 4.736 – 6.949 x 10-10 m2/s para el agua y
valores entre 3.977 – 5.488 x 10-10 m2/s para sólidos en la deshidratación osmótica de tomate empleando soluciones de sal como agente deshidratante.
Marceliano (2018) reporta valores de De,w entre 2.765 – 5.900 x 10-10 m2/s y de De,s entre
2.617 – 4.925 x 10-10 m2/s en la DO de aguaymanto asistido por ultrasonido en soluciones de panela con concentraciones entre 30 y 60% p/p con temperaturas entre 30 y 60 °C en un tiempo de deshidratación de 7 horas. Azoubel y Murr (2004) deshidrataron osmóticamente tomates en soluciones de diferentes concentraciones de sal y sacarosa a 25 °C con una relación fruta/jarabe de 1/10 y encontraron una De,w entre 4.3 – 17.7 x 10-10 m2/s. Khoyi y
Hesari (2007) estudiaron la deshidratación osmótica de albaricoque usando las condiciones: concentración de sacarosa (50, 60 y 70 °Brix), temperatura (30, 40, 50 y 60 °C) y la proporción de solución y muestra (5:1, 10:1 y 15:1) y reportando que la difusividad efectiva del agua variaba entre 11.2 y 41.4x10-10 m2/s. Silva et al. (2012) avaluaron la pérdida de agua durante la deshidratación osmótica de acerola (Malpighia punicifolia) durante 12 h en una solución de sacarosa de 65 °Brix a 27 °C sin agitación, usando diferentes proporciones fruta/jarabe (1/4, 1/10 y 1/15) y el valor obtenido fue 1.76 x 10-10 m2/s para la relación de 1/10. Las diferencias en De,w se puede atribuir al grado de madurez de la fruta, forma
estructural y las condiciones experimentales (Luchese et al., 2015).
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Según Rodrigues et al. (2009) a altas concentraciones de agente osmótico, el ultrasonido acelera la velocidad del movimiento del agua fuera del tejido y puede resultar en tiempos significativamente más cortos. De acuerdo con Fernandes et al. (2008), en el proceso de deshidratación osmótica (pretratado con ultrasonido) durante los primeros 30 min produce una disminución en la difusividad del agua debido a la mayor incorporación de azúcar; sin embargo, se demuestra un aumento en la difusividad del agua cuando el proceso de DO se lleva a cabo durante más de 1 h, probablemente como consecuencia de la degradación de las células que reduce la resistencia a la difusión del agua.
Por otro lado, Oladejo (2016) en la DO de camote reporta que la frecuencia de ultrasonido de 20 a 35 kHz provoca un aumento en la pérdida de agua y la reducción de peso, pero a medida que el ultrasonido aumenta a 50 kHz, la pérdida de agua y la reducción de peso disminuye, sugiriendo que una menor frecuencia de ultrasonido favorece la deshidratación osmótica. Los hallazgos de este trabajo también muestran que el uso del ultrasonido durante la deshidratación osmótica ayuda a reducir la cantidad de materia prima (sacarosa) necesaria para lograr el resultado optimizado.
En la deshidratación osmótica sin movimiento (tratamiento testigo) las Tablas 10 y 11 indican un efecto estadísticamente significativo (p < 0.05) por parte de las variables independientes (concentración de panela y temperatura) tanto de forma lineal, cuadrática y la interacción de ambos sobre los coeficientes de difusividad, a excepción que para De,s
donde la interacción de la concentración de panela y temperatura posee un efecto estadísticamente no significativo (p > 0.05). No obstante, tanto para la difusividad de agua y sólidos el coeficiente de correlación (R2) próximo a uno indica un alto grado de concordancia entre los datos analizados y el modelo matemático. Esto se corrobora con los
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La Tabla 14 presenta el error medio relativo para agua y sólidos mostrando valores de 2.813 y 5.657% respectivamente. Indicando que los datos experimentales pueden ajustarse a las ecuaciones obtenidas, ya que los valores de EMR son inferiores a 10% (Azuara et al., 1996). Las curvas de contorno, presentadas en las Figuras 6 y 7 muestra que, a mayor temperatura y concentración de panela, la difusividad para el agua y sólidos respectivamente es mayor. Esto se ve influenciado por la presión osmótica ejercida por el aumento de la concentración de la panela y la temperatura que dilata la estructura celular permitiendo una mayor difusividad gracias a la disminución de la tensión superficial de agua (Tortoe, 2010). En el tratamiento con ultrasonido (Tablas 15 y 16), para De,w el efecto de la concentración
de panela (% p/p) y temperatura (°C) de manera lineal, cuadrática e interaccionada es estadísticamente significativo (p < 0.05) con un coeficiente de correlación (R2) muy próximo a 1. Mientras que para De,s existe un efecto estadísticamente significativo por parte
de las variables independientes de manera lineal y cuadrática, mas no interaccionada. Este efecto se corrobora en las Figuras 8 y 9 donde se observa un mayor efecto por parte de la concentración de panela, seguido por la temperatura y por la interacción de las dos variables, tanto para De,w y De,s.
La Tabla 19 presenta el error medio relativo para agua y sólidos mostrando valores de - 3.441% y 5.029% respectivamente indicando que los modelos matemáticos poseen un buen ajuste (Azuara et al., 1996) para la predicción de De,w y De,s.
Tal como se presenta en las curvas de contorno en las Figuras 10 y 11, la difusividad efectiva para el agua y sólidos respectivamente, aumenta al aumentar la concentración de panela y la temperatura del medio. Nieuwenhijzen et al. (2001) consideran que el aumento en la concentración de la solución, incrementa la transferencia de masa entre la solución y la superficie de la muestra. Esto debido a que cuanto mayor es la concentración de la solución, mayor es el tiempo de equilibrio. Se atribuye al hecho de que a medida que aumenta la
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concentración, se observa que las soluciones osmóticas son más viscosas y, por lo tanto, los solutos tienen más dificultades en la penetración, siendo la viscosidad de la solución un factor limitante (Oladejo et al., 2013).
Giraldo et al. (2003) establecen que las propiedades de la transferencia de masa en tratamientos de DO con solución de sacarosa se ven muy afectadas por la concentración de la misma. Bellary y Rastogi (2012) determinaron el efecto de las soluciones hipotónicas e hipertónicas en la DO sobre la impregnación de curcuminoides en rodajas de coco. El resultado reveló que la tasa de impregnación estaba directamente relacionada con la concentración de la solución, así como con la presión osmótica dentro de la matriz de alimentos sólidos debido a la presencia de solutos solubles endógenos.
El aumento en la ganancia de sólidos y la pérdida de agua cuando las muestras se sumergieron en una solución de alta temperatura se debe al aumento en la velocidad de difusión. Además, la muestra de fruta tiene una estructura porosa de modo que la alta temperatura también liberaría el aire atrapado del tejido dando como resultado una eliminación más eficaz del agua por la presión osmótica. Esto mejora la eliminación de agua y la absorción de sólidos. Sin embargo, el aumento de la temperatura disminuye la viscosidad de la solución osmótica, disminuye la resistencia externa a la velocidad de transferencia de masa en la superficie del producto. Por lo tanto, facilita la salida de agua de la fruta y en altas tasas de difusión de soluto en fruta (Phisut, 2012).