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PROYECTO DE TESIS
1. GENERALIDADES
1.1. Título:
Estudio comparativo de la cinética de Transferencia de Masa durante la Deshidratación Osmótica de filetes de Caballa (Scomber japonicus peruanus J.H) utilizando modelos matemáticos predictivos.
1.2. Personal Investigador:
1.2.1. Investigador:
- Apellidos y Nombres : Jara Vélez, Joe Richard
-Departamento : Ciencias Agroindustriales
-Facultad : Ciencias Agropecuarias
-Categoría : Bachiller
-Código : 0352400102
1.2.2. Asesor:
Apellidos y Nombres : Ing. Mg. Raúl B. Siche Jara
1.3. Tipo de Investigación
1.3.1. De acuerdo a la Orientación : Aplicada
1.3.2. De acuerdo a la Técnica de Contrastación: Experimental
1.4. Régimen de Investigación
Libre
1.5. Institución a la que Pertenece el Proyecto:
Universidad Nacional de Trujillo: Escuela de Ingeniería Agroindustrial de la Facultad
de Ciencias Agropecuarias. Ciudad Universitaria, Av. Juan Pablo II s/n, Trujillo.
1.6. Localidad e Institución donde se Ejecutará el Proyecto:
Instituciones:
Laboratorio Multifuncional de la Sede Valle Jequetepeque de la Universidad Nacional
de Trujillo.
1
Laboratorio del campus experimental de Agropecuaria de la Sede Valle del
Jequetepeque de la Universidad Nacional de Trujillo.
1.7. Cronograma de Ejecución del Proyecto:
Cuadro Nº 01: Cronograma en Meses de Ejecución del Proyecto
Actividades / Etapas Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6
Revisión Bibliográfica
Elaboración del Proyecto
Experimentación
Análisis de Resultados
Redacción del Informe
Presentación y Sustentación
1.8. Duración Total del Proyecto:
-Fecha de Inicio : 01 de Junio 2007
-Fecha de Término : 31 de Novienbre 2007
1.9. Horas Semanales dedicadas al Proyecto:
40 horas semanales
1.10. Recursos Disponibles:
1.10.1. Personal:
-Autor : Br. Jara Vélez, Joe Richard
-Asesor : Ing. Mg. Siche Jara, Raúl B.
1.10.2. Materiales y Equipos:
– Material de Vidrio: Varilla de vidrio, vasos de precipitación, termómetro,
matraces, probetas, buretas, pipetas, fiolas.
– Material de Escritorio: Papel, lapiceros, perforador, engrapador, lápices,
– Resaltador, calculadora, etc.
– Material Bibliográfico: Libros, revistas, boletines, tesis.
– Otros Materiales: Papel filtro, papel absorbente.
2
– Equipos: Balanza analítica, estufa, baño maría, termómetro (0-150 ºC),
incubador, balanza mecánica. Recipientes de acero inoxidable.
1.10.3. Locales:
– Laboratorios (Multifuncional y campo experimental de
Agropecuaria) de la Sede Valle Jequetepeque de la Universidad Nacional de
Trujillo.
– Bibliotecas de la Universidad Nacional de Trujillo (Sede Central
y Sede Valle Jequetepeque).
1.11. Recursos No Disponibles:
Cuadro Nº 02: Relación de Recursos No Disponibles
Materia Prima: Cantidad Costo (s/).
Caballa
Sub. Total
40 Kg 100.00
100.00
Reactivos:
Cloruro de Sodio (NaCl)
Sub. Total
15 Kg. 9.00
9.00
Gastos de Trabajo de Campo:
Pasajes y Gastos de Campo
Búsqueda Bibliográfica
Sub. Total
Global
Global
350.00
100.00
450.00
Otros Servicios :
Internet
Asesoría Estadística
Copias fotostáticas
Encuadernación y Empastado
Otros
Sub. Total
50 horas
Global
Global
10 unidades
Global
50.00
100.00
50.00
120.00
100.00
420.00
Total General 979.00
1.12. Financiamiento:
Autofinanciamiento
3
2. PLAN DE INVESTIGACIÓN.
2.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA
2.1.1. Antecedentes:
La deshidratación osmótica de pescado fue estudiado por Poligne & Colligman
(2000) que trabajando con filete de anchoveta, sometiéndolas simultáneamente a
salado e inmersiones acido acético, gluconico y una mezcla de estos. El proceso fue
optimizado para obtener una misma característica en términos de contenido de sal y
pH. También se evaluaron la influencia del tipo de ácido sobre las cualidades
microbiológicas y fisicoquímica del producto, después de condimentada.
El efecto de la influencia de la temperatura sobre el coeficiente de difusión del agua
en sentido axial y radial del músculo de “longissimus dorsi” fue estudiado por
Gisbert (2001). Las difusibidades en sentido axial (en sentido de las fibras
musculares) y radiales (en sentido transversal de las fibras) fueron determinadas en
cuatro temperaturas (6, 9, 12, 16 ºC) y dos humedades relativas (75 y 80%). Las
muestras fueron previamente saladas (antes del secado) en salmuera para obtener una
concentración de 0.1Kg/kgss. El coeficiente de difusión de agua fue calculado
empleándose la segunda ley de Fick. Se concluyo que la difusión axial fue
significativamente mayor (6.66 x10-11 m2/s medidas las cuatros temperaturas) que la
difusión radial (1.48x10-11 medidas las cuatros temperaturas.)
El modelamiento cinético de la deshidratación osmótica en filete de sardina usando
los modelos de Zugarramudi Elupin fueron realizados con solución de salmuera en
diferentes concentraciones (15 a 24 %), temperatura (30 a 38 ºC) y tiempo (20 a 240)
de procesamiento. Los autores concluyeron que los modelos aplicados a los datos
experimentales en relación al contenido de agua y cloruro de sodio fueron aceptables
a un nivel de confianza de 95%( Corzo & Bracho, 2005).
Al estudiar la cinética de transferencia de masa durante el marinado del salmón
mediante diferentes métodos (convencional, inmersión en solución de sal y azúcar
con y sin aplicación de vacío) para evaluar la posibilidad de establecer un nuevo
4
método de marinado aplicable a la industria que sea económicamente rentable en
cuanto proceso y al tiempo de elaboración se obtuvo que el método de impregnación
con pulso de vacío es muy recomendable, ya que reduce los tiempos de procesos,
aspecto de interés de la industria, donde estos son inversamente proporcionales a los
beneficios económicos(Dihui & Juming, 2000).
En le estudio de las operaciones combinadas de deshidratación osmótica a vacío,
humeado liquido y secado de filetes de bonito se determino las condiciones optimas
del proceso, las cuales fueron: tiempo de pulso de 10minutos, razón de circulación
de salmuera de 2,5 m3/h, altura de deshidratación osmótica sobre la bandeja de 4cm,
temperatura de solución osmótica de 5ºC, presión de vacío en el sistema de 150mbar,
y tiempo de procesamiento de 60 minutos para obtener un valor de concentración de
NaCl de 2,9% NaCl en el filete de pescado deshidratado. Se analizó las curvas de
evolución de sal en la deshidratación osmótica por pulso al vacío (PVOD) siendo la
difusividad efectiva del cloruro (Def) 9,46 x 10-10 m2/s, con un valor de difusividad
efectiva de cloruro de 8,55 x 10-10 m2/s obtenidas en las mismas condiciones sin
aplicación de vacío (Vivanco, 2006).
El salado es una técnica muy antigua que sirve para conservar los peces; la cual
básicamente existe dos procesos utilizados en el proceso de deshidratación del
pescado: en sal seca, que consiste en aplicar la sal sobre el músculo, y en sal
humedad, que se efectúa con el uso de salmuera. Este segundo proceso esta
despertando el interés industrial, por permitir un fácil control, implicando un
producto de mejor calidad. Este proceso es conocido clásicamente como
deshidratación osmótica, y en algunos casos utilizan el nombre de deshidratación e
impregnación por inmersión (Collignan & Raoult- Wack, 1994).
2.2. REVISION LITERARIA.
2.2.1. Descripción de la caballa:
2.2.1.1. Caballa - Scomber scombrus
Pez marino alargado, de cabeza puntiaguda y boca ancha, con finas bandas
onduladas de color azul acero, el vientre es amarillo plateado con numerosos
puntos oscuros manchando el mismo, que vive en bancos en la mayoría de los
mares y particularmente en Pacífico, Mediterráneo y Atlántico (Castro, 1991)
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Figura 1. Caballas ( Scomber scombrus)
2.2.1.2. Variedades:
Entre las más corrientes, se cuenta la caballa común (scomber scombrus) y la
caballa española (scomber japonicus). La primera, mide de 30 a 50 cm., y pesa
de 500 a 1000 gr (Castro, 1991).
2.2.1.3. Salud y nutrición:
La caballa contiene ácidos grasos Omega-3 y es una excelente fuente de vitamina
B12. También tiene fama de indigesta por su gran contenido en grasa, pero sólo si
se toma en cantidades desmesuradas. Ingerida de forma discreta, no causa ningún
problema y, además, ayuda a mantener un porcentaje aceptable de colesterol
(IMARPE, 2007).
2.2.1.4. Situación nacional e internacional de la Caballa:
En muchas regiones del mundo, preferentemente en países en desarrollo, el pescado
representa, para grupos notorios de la población, el alimento más importante de la
dieta diaria, tanto en cantidad como en calidad, particularmente como suministro de
proteínas; pero también en caso como, representa una importante fuente de energía,
vitamina y minerales, además de significar una importante actividad económica y
fuente de trabajo para la población.
Se estima que cerca del 30% de la captura marítima total del mundo es subutilizada y
no llega a ser empleada como alimento humano, al ser descartado en tierra como
fauna acompañante de otras pesquerías o empleada en harina de pescado (ITP,
1998).
La pesquería marítima en la costa peruana está sustentada mayormente por la captura
de recursos pelágicos (94 % del total), siendo las especies más representativas:
6
Anchova (Engraulis ringens), Sardina (Sardinops sagax sagax), Jurel (Trachurus
picturatus murphy), Caballa (Scomber japonicus peruanus); y en menor escala:
samasa (Anchoa nasus ), machete (Ethmidium maculatum) y machete de hebra
(Ophistonema libertate) (IMARPE, 2007).
Según la FAO (2002), en 1993 la producción mundial pesquera esta alrededor de
101.417.500 toneladas, siendo 84.249.000 toneladas. De origen marina y 17.168.500
toneladas. De origen continental, siendo la China, Perú, Chile los principales países
en captura total de pescado. En el cuadro1. se presenta la utilización de producción
pesquera mundial, con una relación estable en relación a los productos curados. En el
cuadro 2. se presenta la producción de pesca por país de una media de tres años
1999-2001, teniendo en cuenta su uso alimentario, importación, exportación,
suministro, población y el consumo per cápita.
Cuadro1. Utilización de la producción pesquera mundial (X mil TN).
Utilización (Peso en vivo)
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
TOTAL MUNDIAL DE PRODUCCIÓN PESQUERA.
PARA CONSUMO HUMANO:
FRESCO
CONGELADO
CURADO
EN CONSERVA
PARA OTROS FINES:
REDUCCIÓN
VARIOS USOS
122.886
91.719
46.872
25.011
8.867
10.969
31.167
25.973
5.194
118.090
93.482
48.454
24.774
9.676
10.579
24.608
19.645
4.962
127.110
95.295
49.969
24.837
9.700
10.778
31.815
25.679
6.136
130.957
96.716
50.819
25.215
9.646
11.032
34.241
27.675
6.566
130.627
99.521
52.300
26.214
9.917
11.091
31.106
24.005
7.101
132.993
100.639
52.491
26.974
9.686
11.487
32.354
25.334
1.020
132.524
104.247
54.345
28.076
9.832
11.994
28.277
21.377
6.900
Fuente: FAO (2005).
Actualmente la pesca se constituye como una actividad de mucha significación
económica - social para el país, al grado que las fluctuaciones que puedan ocurrir en
su desenvolvimiento productivo, tienen un rápido reflejo en las proyecciones macro
- económicas del país. Es por ello que la mejoría en la estabilización de las normas
7
económicas ha impulsado al mercado pesquero a producir y requerir mayor cantidad
de subproductos marinos, como el pescado seco, salpreso o ahumado (cuadro 3).
Cuadro 2. Consumo aparente medio de pescado en los años: 1999 -2001
PAIS PRODUCION
USO NO
ALIMENTA-
RIO
(Toneladas)
IMPORTA-
CIONES
(toneladas)
EXPORTA-
CIONES
(toneladas)
SUMINISTRO
ALIMENTARIO
(toneladas)
POBLACION
(miles)
CONSUMO
PERCAPITA
(Kg/año)
BRASIL
CHINA
PERÚ
JAPON
CHILE
PORTUGAL
NORUEGA
USA
ESPAÑA
922.658
42.881.720
9.032.601
5.736.261
4.793.243
202.958
3.165.862
5.269.104
1.415.244
60.635
8.286.151
8.302.807
1.399.142
3.558.506
15.021
1.100.534
1.053.699
259.940
305.536
1.924.279
34.701
4.348.160
27.846
514.088
421.729
3.217.755
1.639.331
76.295
3.576.505
246.786
290.547
1.075.165
127.564
2.280.929
1.394.450
1.012.034
1.110.313
32.947.400
521.716
8.394.732
233.160
574.535
223.805
6.069.375
1.788.705
171.795
1.282.320
25.950
127.024
15.223
10.015
4.473
285.001
40.744
6.5
25.7
20.1
66.1
15.3
57.4
50
21.3
43.9
Fuente: FAO (2005).
Cuadro 3. Transformación de productos pesqueros 2002-2007 (miles de toneladas)
DESTINO 2002 2003 2004 2005 2006 2007 *
PESCA MARITIMA
ENLATADO
CONGELADO
CURADO
HARINA DE PESCADO
ACEITE CRUDO
PESCADO CONTINENTAL
CONGELADO
CURADO
35,2
85,7
14,7
1.839,2
188,9
0.3
6.9
91,6
99,5
15,4
1.124,4
206,2
0,4
7,1
45,3
143,6
15,1
1.971,5
349,7
0,5
8,5
55,5
144,8
13,6
1.930,8
290,4
0,7
8,4
106,5
217,6
14,0
1.340,5
274,5
8,9
27,6
49,9
2,6
74,6
7,0
1,6
Fuente: ITP (1998).
Si bien es cierto que en los últimos años ha habido una alza en la producción
comercial y en el consumo masivo de pescado (Figura 2), este mismo factor ha
impulsado a renovar nuevas metodologías y técnicas en el proceso de elaboración de
8
productos a base de pescado de alta calidad y que sean adecuado a las exigencias del
consumidor moderno.
Figura 2. Desembarque de la pesca en estado fresco: 1991-2007.
Fuente: Ministerio de la Producción- Vicenisterio de Pesquería (2007)
* Información del índice Mensual de la Producción Nacional Enero-febrero 2007.
La preservación de pescado mediante la aplicación de técnica de salado y secado es
una actividad tradicional y muy arraigada entre los pobladores artesanales del norte
del país, con especial notoriedad la realizada por los pescadores de la zona de
Sechura. El uso de esta técnica continúa creciendo en muchos lugares de la costa,
dando lugar a alimentos de uso popular y de relativa gran estabilidad al medio
ambiente. Con dichas aptitudes, estos productos son apropiados para ser distribuidos
en lugares que no disponen de medios de refrigeración o en zonas remotas y de
difícil acceso y que son precisamente algunas de las condiciones prevalecientes en
ciertas regiones del Perú (ITP, 2002).
Actualmente en algunos lugares de nuestro país, productos salados húmedos a partir
de especies pelágicas grasas como la caballa, jurel, sardina, bonito, lisa, etc.,
erróneamente son expuestos a proceso de oreado al ambiente y posteriormente
empacados a granel en grades canastas o haciendo pilas ala espera de
comercialización. Estas producen una cierta deshidratación o perdida de humedad y
con la adición de algo más de sal dan lugar a productos más estables, aunque a costa
de una deterioración de las grasas (rancidez). En casos extremos se oxidan
adquiriendo sabores rancios y desagradables.
9
Aunque la deshidratación osmótica ha sido utilizada desde muchos años atrás,
generalmente se ha trabajado en forma empírica y en la información experimental se
trata con modelos que son validos solamente para reproducir en condiciones de
secado semejantes a las del trabajo del cual fueron obtenidas.
El uso de nuevas tecnologías permite cada vez más que los productos marinos sean
diversificados, acompañados de las tendencias actuales mundiales de alimentos
prácticos y de fácil manejo.
2.2.2. Causa y factores que determinan el deterioro del pescado:
Según el ITP (1998) las causas del deterioro de la caballa fresca son:
A. Acción de las enzimas:
Las enzimas son sustancias naturales presentes en el pez. A la muerte de este, las
enzimas continúan actuando sobre las proteínas, las grasa, los azucares de los
músculos y sobre muchos compuesto específicos, produciendo su degradación y,
consecuentemente, la del propio pecado.
Esta degradación es conocida como autólisis que significa auto destrucción.
B. Acción bacteriana:
Las bacterias presentan normalmente la causa que produce los efectos más notables
en el deterioro del pescado. Ellas se encuentran naturalmente en la piel, agallas y
tracto digestivo, siendo su número y tipo un reflejo de las bacterias del medio
ambiente donde se encuentra el pescado; que a la muerte del pez se multiplican
rápidamente e invaden la carne del pescado; el deterioro y descomposición de la
carne.
C. Acción permanente del oxigeno del aire:
Este elemento que esta normalmente en contacto directo con la naturaleza, produce
oxidación o deterioro del producto.
Por otro lado, los factores que influyen en el proceso del deterioro de la caballa fresca
según Vivanco (2006) son:
A. La temperatura:
Influye directamente sobre la velocidad de crecimiento de las bacterias y la actividad
de las enzimas musculares y vísceras y; por lo tanto sobre la vida comercial del
pescado.
10
B. La higiene:
Deficiente higiene en la manipulación del pescado produce incremento en el número
de bacterias originalmente presentes en el pescado recién capturado.
Consecuentemente, puede esperarse un incremento en la velocidad de deterioro y
una aceleración de la perdida de calida del pescado.
C. La manipulación del pescado:
Una correcta manipulación contempla un tratamiento cuidadoso, libre de golpes,
magulladuras o acciones que pueden producir cortes y daños del pescado y de esta
manera; la posibilidad del ingreso o contaminación del músculo con bacteria u otros
contaminantes.
2.2.3. Salado
Los métodos de salado son:
2.2.3.1. Método de salado según el contacto solución producto:
Tradicionalmente se distinguen cuatro métodos de salado del pescado (ITP, 2002):
A. Salado en seco o en pila seca:
El pescado se pone en contacto directo con los cristales de sal y se apila alternando
capas de sal y de pescado en contenedores .en este proceso la salmuera fluye fuera
del contenedor. Se usa en pescados magros.
B. Salado húmedo:
En este proceso la salmuera resultante que se produce en el salado en los
contenedores no se deshecha la cual queda junto con el pescado hasta llegar a
cubrirlo todo. Se usa para pescados grasos.
C. Salado en salmuera:
En este proceso se coloca el pescado en una solución de salmuera preparada. Se usa
fundamentalmente en productos que necesitan un salado bajo o ligero. Este método
se usa en pescados grasos.
D. Salado mixto:
Este método consiste primero en una técnica de salado y posteriormente introducido
en una solucionen salmuera. De esta manera, la sal fija adherida ala superficie del
pescado previene la dilución de la salmuera; se disuelve en agua proveniente de
pescado, formándose una cantidad de salmuera, sin provocar la dilución.
11
2.2.3.2. Método de salado la temperatura en que se realiza el proceso: Desde el punto de
vista de la temperatura, se distinguen tres procedimiento (Vivanco, 2006):
A. Temperatura ambiente:
Como su nombre indica, no se efectúa un refrigerado artificial del pescado. Se aplica
fundamentalmente durante los meses de frió.
B. Temperatura en refrigeración:
En este caso el pescado es salado y después es sometido a refrigeración, a
temperaturas entre 0 y 5 ˚C. Este procedimiento se aplica para detenerlos procesos de
autólisis y descomposición bacteriana en el tejido muscular del pescado. Aquí se
mantiene una buena calidad de la materia prima.
C. Temperatura en frío:
En este método, el pescado es congelado previamente, con la finalidad de prevenir la
contaminación en la camada interior del músculo.
2.2.4. Deshidratación osmótica (DO):
La deshidratación es un proceso de contra difusión simultaneo de agua y
soluto(Saputra, 2001) donde ocurre tres tipos de transferencia de masa en contra
corriente: flujo del agua del producto a la disolución, transferencia de soluto de la
disolución al producto y, transferencia de soluto del producto a la disolución
(azúcares, NaCl , ácidos orgánicos, minerales y vitaminas que forman parte del
sabor, olor y color ) (Sablani & Rahman,2003; Van Nieuwenhuijzen et al, 2001).este
ultimo flujo se desprecia para todos los efectos de modelación ya que aunque es
importante en las características organolépticas del alimento, es muy pequeño
comparado con los otros dos flujo.
El proceso de deshidratación osmótica se caracteriza por periodo dinámico y
periodos de equilibrio. En el periodo dinámico, la velocidad de transferencia neta
varían hasta alcanzar el equilibrio donde la tasa neta de transferencia es cero. La
cinética del proceso esta determinada por la aproximación al equilibrio, por la
presión osmótica diferencial inicial entre el alimento y el agente osmótico y por la
velocidad de difusión del agua y del soluto (Azuara et al., 2002) y estas velocidades
de difusión están controladas usualmente por el transporte de humedad en el
producto y por la estructuradle alimento (porosidad) (Saputra, 2001).
12
Ponting et al. (1996) confirman la tendencia del aumento de la tasa de ósmosis con el
aumento de la temperatura. Entretanto, sobre los 45ºC a 50º C existe el riesgo de
oscurecimiento de la muestra y el deterioro del sabor (Videv et al. ,1990; Vial,
Guilbert y Cuq, 1994).
Este proceso también es interesante debido a su potencial aplicación en la industria
de los alimentos, por lo que la deshidratación osmótica debe ser utilizada como pre-
tratamiento en procesos que efectivamente reduzcan la actividad de agua (secado con
aire caliente, vacío, congelación, pasteurización) pues mejora considerablemente la
calidad del producto (Parjoko et al., 1996; Azoubel, 1999).
2.2.5. Transferencia de masa:
2.2.5.1. Fundamentos de la transferencia de masa:
A. Definición General de la transferencia de masa:
La transferencia de masa cambia la composición de soluciones y mezclas
mediante métodos que no implican necesariamente reacciones químicas y se
caracteriza por transferir una sustancia a través de otra u otras a escala
molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente
composición, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una región de
alta concentración y pasa a un lugar de baja concentración.
El proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia de
calor y de momentum están caracterizados por el mismo tipo general de
ecuación. En esta ecuación la velocidad de transferencia de masa depende de
una fuerza impulsora (diferencia de concentración) sobre una resistencia, que
indica la dificultad de las moléculas para transferirse en el medio. Esta
resistencia se expresa como una constante de proporcionalidad entre la
velocidad de transferencia y la diferencia de concentraciones denominado:
"Difusividad de masa". Un valor elevado de este parámetro significa que las
moléculas se difunden fácilmente en el medio (Mendoza, 2001)
B. Clasificación general de la transferencia de masa:
Según Geankoplis (1998) hay dos modos de transferencia de masa:
a. molecular: La masa puede transferirse por medio del movimiento
molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas),
debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede
13
ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están
moviendo.
b. convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del
fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o
turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de
moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo.
Tales como densidad, viscosidad, etc.
Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno
puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un
problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La
transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo
principio, descrito por la ley de Fick.
C. Generalidades del transporte de masa molecular:
El transporte molecular ocurre en los 3 estados de agregación de la materia y es
el resultado de un gradiente de concentración, temperatura, presión, o de
aplicación a la mezcla de un potencial eléctrico.
El mecanismo real de transporte difiere en gran medida entre gases, líquidos y
sólidos, debido a las diferencias sustanciales en la estructura molecular de estos
3 estados físicos (Geankoplis, 1998):
Gases: los gases contienen relativamente pocas moléculas por unidad de
volumen. Cada molécula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda
interactuar y las fuerzas moleculares son relativamente débiles; las moléculas
de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener
colisiones con otras moléculas. El comportamiento ideal de los gases es
explicado por la teoría cinética de los gases.
Líquidos: los líquidos contienen una concentración de moléculas mayor por
unidad de volumen, de manera que cada molécula tiene varias vecinas con las
cuales puede interactuar y las fuerzas intermoleculares son mayores. Como
resultado, el movimiento molecular se restringe más en un líquido. La
migración de moléculas desde una región hacia otra ocurre pero a una
velocidad menor que en el caso de los gases. Las moléculas de un líquido
vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las moléculas
vecinas.
14
Sólidos: En los sólidos, las moléculas se encuentran más unidas que en los
líquidos; el movimiento molecular tiene mayores restricciones. En muchos
sólidos, las fuerzas intermoleculares son suficientemente grandes para
mantener a las moléculas en una distribución fija que se conoce como red
cristalina.
2.2.5.2. Principio molecular del fenómeno:
El principio químico de esta técnica se basa en el principio de osmosis. La
osmosis es el paso de un líquido a través de una membrana semipermeable,
impulsado por la diferencia en concentraciones de dos soluciones. Si creamos
una diferencia de concentración de un soluto (la sal en este caso) entre dos
soluciones separadas por una membrana semi permeable (la membrana celular
del pescado en este caso), el desequilibrio de potencial químico causa la entrada
de agua desde la solución menos concentrada a la más concentrada en sal, a fines
de retornar al equilibrio. Si volvemos a nuestro ejemplo del pescado, la solución
muy concentrada (hipertónica) es simplemente la sal o salmuera, y la solución
con poca sal es el líquido presente en las células del pescado (células musculares
en su mayoría). Después de un tiempo, las células pierden su agua interior y
ganan un poco de sal (Vivanco, 2006)
Figura. 3. principio molecular del fenómeno de transporte.Fuente: Genina (2002).
El efecto neto de los flujos de salida de agua y ganancia de sólidos ha sido
estudiado por diversos autores, por ejemplo, utilizando cubos de gel de agar
15
expuestos a diferentes condiciones de temperatura y concentración de la solución
osmótica. Se han identificado dos etapas en el proceso de DO. En la primera,
denominada deshidratación, la pérdida de agua es mayor que la ganancia de
sólidos y en una segunda etapa, llamada impregnación, se obtiene una ganancia
de sólidos mayor a la pérdida de agua. En esta segunda etapa, la masa total del
sólido aumenta con el tiempo (Próspero, 1996).
El fenómeno de deshidratación osmótica se ha tratado de explicar a partir de los
conceptos fundamentales de transferencia de masa al establecer el origen de las
fuerzas impulsoras difusivas involucradas. El mecanismo de impregnación se
considera que es producto de la casi saturación de las capas exteriores o
superficiales; la mayoría de las explicaciones y el modelado y cálculo de los
parámetros que los describen han sido calculados a partir de la segunda ley de
Fick. Es importante mencionar que algunos de los trabajos publicados han sido
realizados con substancias modelo, lo cual lleva muchas veces implícito el
estudio de estructuras homogéneas. Sin embargo, es bien conocida la no
homogeneidad de las estructuras de los productos naturales, lo cual genera
resistencias complejas durante el proceso de transferencia de masa. (Martinez-
Ochoa, 2004).
La transferencia de masa depende de las propiedades del tejido, especialmente
del espacio intercelular presente. Cuando el material (fruta, legumbre, pescado, u
otros) es inmerso en una solución osmótica, el proceso de deshidratación es
fuertemente dependiente de las características de la microestructura biológica
inicial, como la porosidad (Islam & Flink, 1982; Lenart & Flink, 1984) y de las
variables de proceso (pre tratamiento, temperatura, naturaleza y concentración
del agente osmótico, agitación, aditivos, tiempo de proceso) que ejercen
influencia sobre la transferencia de masa y sobre la calidad del producto final
(Lereci,1985).
2.2.6. Variables que influyen en la transferencia de masa en la DO:
2.2.6.1. Agente Deshidratante:
De acuerdo con Torreggiani (1993) el tipo de agente utilizado, afecta el proceso
significativamente la cinética de deshidratación osmótica, ya que el aumento del
peso molecular del soluto provoca un decrecimiento en la ganancia de sólidos y
16
una mayor remoción de agua del producto, favoreciendo la pérdida de peso. Por
otro lado agentes deshidratantes de bajo peso molecular favorecen la ganancia
de sólidos, ocasionando una mayor impregnación de solutos en la muestra.
2.2.6.2. Temperatura:
La temperatura constituye un parámetro importante sobre la cinética de
deshidratación osmótica, ya que temperaturas más altas proporcionan un
aumento de velocidad de transferencia de masa. Para Torreggiani (1993) la
temperatura mas óptima de proceso depende del producto estudiado a pesar de
que la tasa osmótica aumenta con la temperatura, temperaturas encima de 45 ºC
puede ocasionar en las características del producto como color, sabor, aroma.
El efecto de la temperatura en la cinética de deshidratación osmótica de guayaba
fue estudiado por Sanjinez-Argandona et al. (2002) los autores constatan que
altas temperaturas proporcionan una mayor tasa de pérdida de agua, mas no fue
observada la influencia de la temperatura en la incorporación de sólidos.
2.2.6.3. Tiempo:
El tiempo del tratamiento es un factor que afecta directamente el proceso de
deshidratación osmótica. Según Lenart (1996) la tasa de remoción de agua y de
penetración de solutos son mayores en la etapa inicial de deshidratación, debido
a la mayor fuerza osmótica de deshidratación entre el alimento y la solución
hipertónica, observándose una disminución de velocidad de ósmosis con el
tiempo. Por lo tanto la deshidratación osmótica debe ser conducida a un tiempo
pequeño, debiendo alcanzar un alto grado de deshidratación con la menor
ganancia de sólidos posibles, ya que tiempos muy largos de proceso propician un
producto rico en solutos provenientes de la solución deshidratante.
2.2.6.4. Concentración de la solución:
La transferencia de masa es favorecida por el aumento de la concentración de la
solución deshidratante. El uso de agentes deshidratantes altamente concentrados,
próximos a la saturación, provoca un efecto mayor en la pérdida de agua del
producto, reduciendo la pérdida de soluto hidrosolubles como vitaminas y sales
minerales (Ferrari, 2005).
El efecto de la solución deshidratante fue evaluado por Rastogi Y Raghavarao
(2004) en la deshidratación osmótica de piña y por Lima et al. (2004) estudiando
17
la deshidratación osmótica de cubos de melón a 35ºC con concentraciones de
sacarosa variando de 45 a 65 º Brix por 5 horas.
2.2.6.5. Relación producto solución:
La estabilidad de la transferencia de masa se ve influenciada por la proporción o
relación de producto solución ya que aquí hay que tener en cuenta que la
concentración de la solución en el proceso de deshidratación osmótica puede
disminuir considerablemente ocasionando, si la relación es muy baja, datos
experimentales no deseado y errores. La estabilidad de un proceso depende de la
relación producto solución. Si la salmuera no es restablecida en el proceso se
recomienda que el volumen de la solución sea muy elevada en comparación con
el producto (Lenart, 1996).
2.2.7. Aplicaciones de la deshidratación osmótica.
A continuación se resumen las posibles aplicaciones de la DO como pre tratamiento
para operaciones de conservación y acabado de alimento.
- La deshidratación osmótica, como tratamiento preliminar para los procesos de
secado: al someter el producto a un proceso de deshidratación osmótica antes del
mismo, permiten aumentar la capacidad de los secadores y el rendimiento de los
productos finales. Esto conduce a un ahorro de energía, a la reducción (o
eliminación) del escalde, así como a mejorar la calidad de los productos
naturales, especialmente aquellos con características termolábiles.
En los mismos productos la actividad final del agua debe ser tomada en cuenta.
Por ejemplo, si ésta se mantiene hasta un valor de 0.6, el proceso de secado se
realiza bajo las condiciones normales de transferencia de masa; sin embargo, si la
actividad del agua es inferior, debe considerarse la reducción de la velocidad de
transferencia de masa de tipo convectivo, debido a la saturación de la capa
superficial del producto que impide la entrada de agua.
Al combinar los procesos de DO y secado, la velocidad de rehidratación de los
productos normalmente disminuye con relación a la de aquellos expuestos
exclusivamente a un proceso de secado de tipo convectivo.
- 7La deshidratación osmótica, como tratamiento preliminar a la conservación de
alimentos por congelación: Permite trabajar con temperaturas de proceso no tan
bajas, disminuir el consumo de energía, aumentar la velocidad de proceso, así
como modificar la estructura y características sensoriales del producto. Todo lo
18
anterior es resultado de la disminución del contenido de agua. Por otro lado, al
reducir el contenido de agua se reduce también el volumen del producto, el
volumen del empaque y, como consecuencia, los costos de distribución.
Para explicar el proceso de congelación de frutos sometidos a un tratamiento
previo de deshidratación osmótica se ha recurrido a la teoría de la transición
vítrea. Según esta teoría, si el alimento es almacenado a una temperatura inferior
a la de transición vítrea, el agua contenida en la fase del suero concentrado
permanece inmovilizada y por lo tanto no interviene en el proceso de deterioro
del alimento. Así, si mediante el proceso de deshidratación osmótica se
disminuye la concentración de agua, entonces la temperatura de congelación
puede ser disminuida a niveles de sobre enfriamiento
2.2.8. Modelos de transferencia de masa en la Deshidratación Osmótica.
Los Modelos de transferencia de masa en la deshidratación osmótica son variados,
pero debido al objetivo de este trabajo, se describe a continuación los modelos que se
utilizarán en el presente estudio.
2.2.8.1 Modelo de Crank (1964):
Consiste en un grupo de soluciones de la ley de difusión de Fick para diferentes
geometrías, condiciones limites y condiciones iniciales desarrolladas por Crank.
Este modelo ha sido empleado por muchos autores ya que es el modelo
fenomenológico más conocido par representar el mecanismo difusional (Giraldo
et al., 2003; Park et al., 2002; Walizsewiski et al., 2002; Rodríguez et al., 2003;
Azuara et al., 2002; Salvatori et al., 1999; El-Aouar et al., 2003).
Con el modelo de Crank se estima la difusividad efectiva (De) del agua y del
soluto, simulando los experimentos con condiciones limites y resolviendo las
ecuaciones analítica o numéricamente, pero las suposiciones que se hacen no
siempre son fáciles de lograr lo que implica grandes limitaciones (Parjoko et al.,
1996). Las limitaciones del modelo de difusión de Fick para propósitos prácticos
son: (1) se asume un cuerpo semi infinito, por lo tanto la transferencia de masa es
unidireccional, (2) se asume que el agente osmótica es un medio semi infinito,
por lo tanto se requiere una relación disolución/ producto muy grande, (3)
aunque tiene en cuenta la forma y las dimensiones, solo hay soluciones analíticas
para laminas planas, cilindros, cubos y esferas, entonces se requiere de técnicas
numéricas para materiales irregulares, (4) el punto de equilibrio tiene que
19
calcularse experimentalmente, (5) se asume que solo se presenta el mecanismo
de difusión para la extracción de agua, (6) no hay efecto de los sólidos ganados
ni de los solutos perdidos sobre la perdida de agua, (7) se desprecia el
encogimiento debido a la transferencia de masa y (8) se desprecia la resistencia
externa a la transferencia de masa, pero esto no se puede lograr a bajas
temperaturas ni a altas concentraciones de soluto (Parjoko et al., 1996).
La difusividad efectiva explica al mismo tiempo la variación de las propiedades
físicas del tejido y la influencia de las características de la disolución y de las
variables de proceso, por lo tanto, observando simplemente la magnitud De no se
entiende explícitamente el impacto de los diferentes parámetros sobre el proceso
de deshidratación osmótica (Yao y Le Moguer, 1997).
En las ecuaciones (1) a la (4) se presenta la solución para láminas planas semi-
infinitas (Crank, 1964; Barat, 1998; Rastogi y Raghavarao, 2002):
Para tiempos largos:
(1)
Donde el numero de Fourier (Fo) esta dado por
Par tiempos cortos:
(2)
: Integral de la función de error complementaria.
El modelo puede simplificarse usando únicamente el primer término de la serie,
de acuerdo a las ecuaciones (3) y (4), aunque es menos riguroso
matemáticamente.
Para tiempos largos
(3)
Para tiempos cortos
(4)
20
A partir de las ecuaciones (1) a la (4), se determina el Fo para cada punto
experimental y con una grafica Fo vs t se infiere el valor de la difusividad
efectiva De (Rastogi et al., 1997; Shi y Le Moguer, 2002b).
El uso del modelo de Crank se convierte en un procedimiento empírico para
ajustar a los datos experimentales y De en un parámetro cinético fuertemente
dependiente de las condiciones experimentales y del método matemático
(Salvatori, 1999; Shi y Le Moguer, 2002b).
2.2.8.2. Modelo de Azuara (1992a):
Azuara modeló la pérdida de agua y la ganancia de sólidos en la deshidratación
osmótica a partir de los balances de masa, obteniendo ecuaciones que requieren
dos parámetros ajustables (Azuara et al., 1992; Azuara et al., 1998; Azuara et al.,
2002; Walizsewiski et al., 2002, Parjoko et al., 1996, Kaymak-Ertekin y
Sultanoglu, 2002).
Balance de masa para el agua:
(5)
Donde es el agua que es capaz de difundirse que permanece en el alimento
en tiempo t.
Como la perdida de agua es función del agua que es capaz de difundirse y del
tiempo (si se tiene la concentración de la disolución osmótica y la temperatura
constante), entonces:
(6)
Reemplazando (6) en (5) y reorganizando se obtiene
(7)
Haciendo un tratamiento similar, se obtiene la expresión para la ganancia de
sólidos
(8)
y 2s son parámetros que pueden definirse como constante de velocidad
relativas a la perdida de agua y a la ganancia de sólidos respectivamente (Parjoko
et al., 1996).
21
Linealizando las ecuaciones (7) y (8) se obtiene:
(9)
(10)
Con:
(11)
(12)
Las ecuaciones (11) y (12) son propuestas por BERISTIANET al., 1990 (citado
por Parjoko et al., 1996) y son utilizada por la mayoría de los autores para el
calculo de perdida de agua y ganancia de sólidos a partir de datos
experimentales. Estas ecuaciones corresponden a un balance general de agua y de
sólidos respectivamente, suponiendo que no hay salida de soluto.
Representando en forma grafica las ecuaciones (9) y (10) se obtienen los
parámetro que permiten calcular para
cualquier tiempo t a unas condiciones dadas.
Adicionalmente si se obtiene una línea recta en una grafica de vs
, entonces y este es un criterio importante si predomina el
proceso de deshidratación (>1) o en el proceso de impregnación (<1) (Azuara,
1992b).
(13)
Donde M∞w, mod corresponde a la perdida de agua en el equilibrio calculada a
partir de la ecuación (9) y M∞w, exp es el valor obtenido experimentalmente.
El modelo de Azuara es un modelo empírico que se basa en el ajuste de una
ecuación a los datos experimentales. Su mayor ventaja es que no se requiere
llegar al equilibrio para predecirlo. Su mayor desventaja es su validez, que se
limita al rango experimental para el que se obtuvieron los parámetros. Este
22
método al igual que los demás modelos empíricos no tiene en cuenta las
dimensiones, la forma ni la estructura del material.
Nomenclatura:
De : difusividad efectiva, m2 /s
l : longitud característica (semiespesor) , m
M : masa, kg.
∆M: perdida (o ganancia) de masa, kg.
t : tiempo, seg.
x : fracción másica del componente j en el alimento, kg. componente/kg. totales
Superíndice
j : genérico para un componente del alimento.
J=w: agua.
J=ss: sólidos solubles.
J=0 : masa total.
Subíndice
0 : valor inicial.
t : valor en un tiempo t.
∞ : valor en el equilibrio.
2.2.8.3. Ajuste polinómico estadístico:
Frecuentemente, se consideran los valores experimentales para obtener
expresiones empíricas a partir de análisis de regresión. Los ajustes son modelos
empíricos sencillos, válidos solamente para las condiciones experimentales a
partir de las que se obtuvo el modelo, lo que significa que se requiere una
expresión para cada conjunto de datos experimentales a unas condiciones dadas.
Una de las ventajas es que nos permite optimizar teniendo en cuenta los factores
o parámetros que intervienen en el proceso.
Al igual que en otros modelos presentados, los parámetros no tienen significado
físicos; con estos ajustes no siempre se obtienen buenos coeficientes de
correlación. (OCHOA- MATINEZ, 2004).
Para poder obtener los intervalos de los parámetros independiente depende del
espaciamiento, δ, de los valores máximos y mínimos de estos :
23
de donde
ci : valor codificado de los parametrospara la construcción de superficie de
respuesta.
: promedio de los parámetros máximo y mínimos.
δ : espaciamiento entre los parámetro.
De modo general un DCCR con 2 niveles originales, tiene 2k puntos factoriales
+2 x k puntos axiales + un numero arbitrario de puntos axiales.
Cuadro 4. algunos valores de α.
k 2 3 4 5 6
α 1,414
2
1,681
8
2,000
0
2,378
4
2,8284
Figura 4. Esquema del diseño Central Compuesto Rotacional
2.3. JUSTIFICACIÓN
Debido a la gran importancia que tiene la caballa en la dieta alimenticia (pescado salado)
en la parte norte, por no decir en todo el Perú, y al bajo costo y al gran valor nutricional
que tiene, y a la gran cantidad de peces que se pierden tanto, por falta de cuidado o
tratamiento rudo, como por desconocimiento de técnicas de preservación, carencia de
medios para aplicar técnicas o simplemente indiferencia, son motivos por lo cual se
24
pretenden en este trabajo de investigación utilizar la deshidratación osmótica en
salmuera como proceso de secado (pre tratamiento) del filete de pescado, como una
alternativa a las técnicas tradicionales de conservación que se realizan en la zona, como
son el salado directo del pescado y que muchas veces se expone al sol. En estas técnicas
tradicionales el producto pierde su calidad debido a las diferentes reacciones que ocurren
dentro del pescado y a la presencia de micro organismos que se encuentran presente
tanto en el alimento como en el medio ambiente.
En fechas relativamente recientes la DO ha cobrado gran interés debido a las bajas
temperaturas de operación usadas (20-50°C), lo cual evita el daño de productos
termolábiles, además de reducir los costos de energía para el proceso.
Esta técnica nos permite reducir la humedad del producto manteniéndolo así más
estable y con una vida útil mas larga, evitando también el desarrollo de microorganismos
que causen daño al producto final.
La deshidratación osmótica del pescado es una técnica que en años recientes de está
aplicando para productos pesqueros, razón por la cual, este trabajo de investigación
permitiría obtener datos experimentales novedosos, que servirían cómo base para
posteriores investigaciones y futuras aplicaciones. Este proceso serviría como pre
tratamiento para otras operaciones posteriores, como el secado por aire caliente,
ahumado, conservación por congelación, y también como tratamiento preliminar de
recetas típicas como son el ceviche, causa negra, etc.
En este trabajo pretende comparar ajustes de diferentes modelos para un mismo conjunto
de valores experimentales. Esto resultaría muy interesante y novedoso ya que se conocen
muy pocos trabajos de deshidratación osmótica en productos pesqueros.
2.4. PROBLEMA:
¿Cuál será el modelo matemático predictivo que mejor describa la cinética transferencia
de masa en la Deshidratación Osmótica de la caballa (Scomber japonicus peruanus
J.H)?
2.5. HIPOTESIS:
El modelo de Azuara et al., 1992 es el modelo matemático que predice mejor la cinética
de transferencia de masa en la deshidratación osmótica de la caballa.
25
2.6. OBJETIVOS:
2.6.1. Objetivo General:
Estudiar la cinética de transferencia de masa de la Deshidratación Osmótica de filetes
de Caballa (Scomber japonicus peruanus J.H), utilizando como agente deshidratante
Cloruro de Sodio (NaCl).
2.6.2. Objetivos Específicos:
- Evaluar los efectos de la concentración de soluciones de NaCl, temperatura,
relación solución/producto y del tiempo en la humedad y difusividad efectiva
(Def) proceso de deshidratación osmótica de filete de caballa.
- Analizar y modelar la humedad y difusividad efectiva del filete de caballa.
- Determinar el modelo que permita predecir mejor la perdida de humedad y la
difusividad efectiva.
2.6.3. Materiales y métodos:
2.6.3.1. Materiales:
Materia Prima: caballa
Materiales de Vidrio:
-Varilla de vidrio
-Vasos de precipitación
-termómetro
-Matraces
-Probetas
- Pipetas
- Fiolas
Equipos:
-Estufa
-Termómetro (0 – 150ºC)
- Incubador
-Balanza mecánica
-Calculadora
Reactivos:
-Agua destilada
-NaCl
26
Otros: -Papel filtro -papel absorbente
2.6.3.2. metodos:
2.6.3.2.1 Diseño Experimetal:
CABALLA
Fig 4. Esquema experimental para el proceso de deshidratación osmótica del
filete de caballa.
27
Mediciones y Controles
evaluacion sensorial (anexo 3)
Deshidratación osmótica
Concentración (%): 10, 15, 20, 25, 30.Sol/prod: 5/1, 10/1, 15/1, 20/1, 25/1.Temperatura (ºC): 20, 25, 30, 35, 40.Tiempo (min): 200, 225, 250, 275, 300.
-Peso-% humedad final-% de sólido ganados
Filete deshidratado osmóticamente
EVALUACION DE LACINETICA DE TRANSFERENCIA DE MASA
FILETE-Tamaño homogéneo-Peso.-% Humedad
MODELOS MATEMATICOS-Crank, 1964.-Azuara et al., 1992-Ajuste polinomico estadistico
Delineamiento Compuesto Central-Rotacional(DCCR)
2.6.3.2.2. Descripción del diseño experimental:
Se utilizara para el diseño experimental cuatro variables independientes que son
concentración de la solución, temperatura, tiempo de inmersión y la relación
solución-producto. Aquí se trabajará con un Diseño Experimental para cuatro (4)
variables independientes.
En este trabajo la evaluación de la materia prima que es la caballa se evaluará
sensorialmente tal como se describe en el anexo 3, luego se procedera a filetear con
las siguientes dimensiones de 2x1x1cm las cuales se les tomarán medidas del peso
para obtener un peso promedio de los filetes para poder determinar el contenido de
humedad de las muestras, luego se someterán los filetes muestras al proceso de
deshidratación de acuerdo a las condiciones establecidas (cuadro 5) teniendo como
variables independientes a la concentración de la solución, temperatura, tiempo de
inmersión y la relación solución-producto de las cuales los tratamientos
experimentales son obtenidos mediante un delineamiento compuesto central
rotacional(DCCR)(cuadro 6). Después de dicho proceso se procederá a determinar el
peso, humedad y ganancia de sólidos, previo escurrido de los filetes deshidratados,
que con la aplicación de los modelos matemáticos podremos determinar el modelo
matemático que mejor prediga la curva de pérdida de humedad y difusividad
efectiva.
Metodología a utilizar:
En este caso se realizara un DCCR 24+ 8 axiales + 4pc = 28 ensayos. Los valores
usados en el ensayo del planteamiento están representados en el cuadro 5 y en el
cuadro 6 las condiciones de ensayo para las variables repuestas de humedad final y
difusividad.
Cuadro 5: Valores usados en DCCR para la deshidratación osmótica de la caballa.
Variables -2 -1 0 +1 +2
Concentración de la solución osmótica (%)(X1) 10 15 20 25 30
Temperatura (ºC) (X2) 20 25 30 35 40
Tiempo de inmersión (X3 ). 200 225 250 275 300
28
Niveles
Relación solución-producto (X4). 5/1 10/1 15/1 20/1 25/1
Cuadro 6: resultados de DCCR para las respuestas Y1 y Y2 (Humedad final y Difusividad de sólidos solubles)
EnsayosConcent. Sol.Osmótica 1
Temperat.
2
Tiempo deInmersión 3
Relac. Sol. Producto 4
Humedad Final (Y1)
Difus. Solid. Solub.(Y2)
1 -1 -1 -1 +1
2 +1 -1 -1 -1
3 -1 +1 -1 -1
4 +1 +1 -1 +1
5 -1 -1 +1 -1
6 +1 -1 +1 +1
7 -1 +1 +1 +1
8 +1 +1 +1 -1
9 -1 -1 -1 -1
10 +1 -1 -1 +1
11 -1 +1 -1 +1
12 +1 +1 -1 -1
13 -1 -1 +1 +1
14 +1 -1 +1 -1
15 -1 +1 +1 -1
16 +1 +1 +1 +1
17 -2 0 0 0
18 +2 0 0 0
19 0 -2 0 0
20 0 +2 0 0
21 0 0 -2 0
22 0 0 +2 0
23 0 0 0 -2
24 0 0 0 +2
25 0 0 0 0
26 0 0 0 0
27 0 0 0 0
28 0 0 0 0
29
Modelo ajuste polinómico estadístico:
A través de los resultados del planteamiento es posible determinar los coeficientes de
regresión (cuadro 7 y cuadro 8) para las dos respuestas de interés del proceso,
calcular los ANOVA (cuadro 9), y construir las superficies de respuestas.
Cuadro 7: Coeficiente de regresión para la respuesta Y1.
Coeficiente de regresión
Error promedio
T(13) P< valor Lim de conf. -95%
Limite de conf.+95%
Media.(1)X1(L) X1(Q)(2)X2(L) X2(Q)(3)X3(L) X3(Q)(4)X4(L) X4(Q)1LX2L1LX3L1LX4L2LX3L2LX4L3LX4L
Cuadro 8: Coeficiente de regresión para la respuesta Y2.
Coeficiente de regresión
Error promedio
T(13) P< valor Lim de conf. -95%
Limite de conf.+95%
Media.(1)X1(L) X1(Q)(2)X2(L) X2(Q)(3)X3(L) X3(Q)(4)X4(L) X4(Q)1LX2L1LX3L1LX4L2LX3L2LX4L3LX4L
30
Cuadro 9: Análisis de varianza. ANOVA
fuente de variación
G.l. SQ QM Fcalc
RegresiónLineal: RL
1
Residuo: Res
2n
TotalCorregido
Las ecuaciones de Y1 e Y2 en función de los coeficientes de regresión
estadísticamente significativas tendrán la forma:
Donde:
ßo, ß1, ß2, ß3,................= Coeficientes de regresión
El delineamiento compuesto central rotacional (DCCR) que será utilizado en este
análisis nos permitirá evaluar los factores que afectan en la humedad final del filete
de caballa en proceso de deshidratación osmótica.
Se construirá una superficie de respuesta (usando STATISTICA) para definir las
regiones de interés y encontrar los valores óptimos de concentración de la solución,
relación disolvente/producto y temperatura para obtener la humedad final más baja.
Difusividad efectiva en este modelo se calculará mediante la siguiente fórmula de la
ley de Fick:
NA=DA(CA2-CA1)/l
Donde:
NA: velocidad de transferencia de masa del soluto.
CA1: concentración en el punto uno de la solución
CA2: concentración en el punto dos de la solución
DA: difusifidad del soluto.
l: espesor medio de la muestra
Modelo de Crank (1964):
31
Se utilizaran las siguientes formulas:
Para tiempos largos
Para tiempos cortos
A partir de las ecuaciones, se determina el Fo para cada punto experimental y con
una grafica Fo vs t se infiere el valor de la difusividad efectiva De (Rastogi et al.,
1997; Shi y Le Moguer, 2002b).
Modelo de Azuara (1992):
El modelo de Azuara es un modelo empírico que se basa en el ajuste de una ecuación
a los datos experimentales. Su mayor ventaja es que no se requiere llegar al
equilibrio para predecirlo. Su mayor desventaja es su validez, que se limita al rango
experimental para el que se obtuvieron los parámetros. Este método al igual que los
demás modelos empíricos no tiene en cuenta las dimensiones, la forma ni la
estructura del material.
Con:
Representando en forma grafica las dos ultimas ecuaciones se obtienen los parámetro
que permiten calcular para cualquier tiempo
t a unas condiciones dadas.
32
Donde M∞w, mod corresponde a la perdida de agua en el equilibrio calculada a partir
de la ecuación (9) y M∞w, exp es el valor obtenido experimentalmente.
Evaluación fisicoquímica del filete de caballa
Se realizarán los siguientes análisis:
Variación de peso:
Las muestras serán pesadas en balanza analítica antes y después del proceso de
deshidratación osmótica, para el peso inicial y final.
Contenido de sal:
se procederá a pesar la muestra antes del proceso de deshidratación osmótica, las
cuales serán sometida a secado en estufa para determinar el peso de materia seca
incial; luego después del proceso también se le determinará el peso para luego ser
sometido a estufa para determinar el contenido de materia final (anexo 4).
pH:
Se determinará antes y después del proceso con pHmetro Metter Toledo modelo
MP125pH Metter, a 25ºC, calibrado para un intervalo de 4,01 a 7,0.
El producto se comparará con la clasificación que hace el ITP (Anexo 2 ) de
productos salados secos.
33
2.7. DESCRIPCIÓN DE LAS OPERACIONES PARA EL PROCESO DE
DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE LA CABALLA:
Figura 4: Diagrama de Flujo del Proceso.
34
Caballa
Lavado.
Fileteado
Pesado
Preparación de la solución osmótica
Inmersión en solución osmótica
Enjuague, oreado, y pesado
Caballa deshidratada
Lavado.
Eviscerado -Descabezado
2.7.1. Materia prima:
La materia prima que se utilizara en este trabajo es la caballa (Scomber japonicus
peruanus J.H) los pescados serán usados frescos provenientes del mercado de
Guadalupe y transportado al laboratorio sede central del valle del Jequetepeque de la
universidad nacional de Trujillo. Los pescados serán evaluados sensorialmente
(anexo 3), para luego proceder a la siguiente etapa.
2.7.2. Lavado:
Se procede a lavar la caballa en una solución de salmuera al 3% para eliminar
posibles contaminantes que podrían perjudicar en la siguiente etapa.
2.7.3. Eviscerado y Descabezado:
Luego del análisis de la materia prima se procede al corte de la cabeza y víscera, se
efectuara mediante un corte transversal, ligeramente oblicuo, a la altura de la cabeza,
seguido de un corte oblicuo y longitudinal de la sección estomacal, sin que
necesariamente llegue al poro del ano del pescado, las vísceras son seguidamente
removidas evitando que los fluidos estomacales contaminen la parte muscular. Las
vísceras serán eliminadas manualmente
2.7.4. Lavado:
Después de eviscerado se procede a lavar la cavidad abdominal expuesta, con
abundante agua. Se deberá tener cuidado al remover el falso riñón y el peritoneo,
debido a que un rudo manipuleo podría provocar la separación de la espina con la
carne, que daría lugar a defectos en el procesamiento en el producto.
2.7.5. Fileteado:
En los ensayos de laboratorio se procederá a la obtención del filete con piel para
después realizar el corte laminar con las dimensiones: 2x1x1cm. La razón de
mantener en este proceso la pile de la caballa es debida a la gordura, que se
encuentra acumulada entre la piel y el músculo que mejoran la palatabilidad,
intensificando su sabor y aroma permitiendo tener una textura fina.
2.7.6. Pesado:
Las muestras serán pesadas y acondicionas, para el posterior proceso de
deshidratación osmótica.
35
2.7.7. Preparación de la Solución Osmótica:
Se procederá al preparado de las concentraciones de la solución de cloruro de sodio
(NaCl). Las concentraciones de la solución serán de 10, 15, 20, 25 y 30% en peso.
2.7.8. Inmersión en solución osmótica:
Las muestras completamente preparadas serán sumergidas en las soluciones
osmóticas para realizar el proceso de deshidratado. Esta operación se llevará acabo
tanto en condiciones ambientales (20°C) como en incubadora. De esta ultima se
regularán las temperaturas de acuerdo a las condiciones planteadas (cuadro 5) El
tiempo final de inmersión de las muestras del producto serán desde 200, 225, 250,
275, 300.
Figura 5: esquema del equipo para la deshidratación osmótica.
Fuente: Elaboración propia.
2.7.9. Enjuague, oreado y pesado:
Los pesados se realizara en los siguientes tiempos:15, 30, 45, 60, 90, 120,160, 220,
300, dependiendo de la variable tiempo del proceso. Antes de cada pesado se lavan y
orean las muestras para evitar posibles alteraciones en los pesos de las muestras
2.7.10. Caballa deshidratada:
Después de todo el proceso se obtiene un producto deshidratado con un contenido de
agua inferior al producto fresco con un contenido de sal apreciable en el interior del
músculo.
36
3. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
AZUARA, E, BERISTIAN, C, GARCIA, H; Develoment of a Mathematical Model to
Predict Kinetics of Osmotic Dehidration. Journal of Science and Technology.1992
AZUARA, E, BERISTIAN, C, GUTIERREZ, G, H; osmotic dehidration of apples by
Immersion in Concentrated sucrose/maltodextrin Solutions. Journalof Food Processing
Preservation. 1998.
AZOUBEL, P.M; Estudio de la Cinética de Deshidratación por Inmersión y Sacado de
Tomate (Lycopersicon esculentum). 101f .Tesis. Universidad Estatal de Campinas.
Campinas .Brasil. 1999.
BARAT, J; Desarrollo de Un modelo de la deshidratcionosmotica como Operación Basica.
Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia. España. 1998.
BERISTIAN, C; AZUARA, E; CORTES, R; GARCIA, H; Mass Transfer During Osmotic
Dehydration of Pineaple Ring. Internacional Journal of Food Science and
Technology.1990.
CRANK, J. The mathematics of Difusión. University Press. Oxford EUA.1964.
COLLIGNAN, A; RAULT- WACK, A.L. Dewatering and Salting of Cod by Inmersion in
Concentrated Sugar/ Salt Solution. Lebensmittel Wissenschaft and technologie.1994.
CORZO, O; BRACHO, N. Dehydration Kinetcs of Sardine Sheets Using Zugarramurdi
and Lupin Model. Journal of Food Enginering. 2005
FERNANDEZ, D. Determinación de la Difusividad Efectiva de la Sacarosa en la Papaya
(Carica papaya) durante la inmersión en las soluciones azucaradas. Tesis para obtener el
grado de Ingeniero en Industrias Alimentarias. Universidad Nacional Agraria La
Molina.1992.
DIHUI,W; JUMING, T. Salt Diffusivities and Salt Diffussionin Farmed Atlantic Salmon
Muscle as Influenced by Rigor Mortis. Journal of Food Engineering. 2000.
EL-AOUAR; MOREIRA, P; XIDIEH, M; Drying Kinetics of Fresh and Osmotically pre-
treated Papaya (Carica papaya L). Journal of Food Engineering. 2003
FAO. Examen de la Situación de los Recursos Pesqueros Mundiales. Recursos Marinos.
FAO Documento Técnico de Pesca No. 335: 147 p. 1996
FAO. Review of the State of World Fishery Resources: Marine Fisheries. FAO Fisheries
Circular No. 920: 173p. Grainger, R.J.R. & S. Garcia, 1996. Chronicles of Marine Fishery
Landings (1950-1994): Trend Analysis and Fisheries Potential. FAO Fisheries Technical
paper No. 359: 51p. 1997.
FAO. Industria de la Pesca. Disponible en: <http://www.fao.org/fi/publ/publ.asp> 2002.
37
FERRARI, C.; Estudo da transferencia de masa e qualidade do Melao deshidratado
osmoticamente en solusoes de sacarosa e maltose, disertaçao ( Mestre en Engenharia de
Alimentos) ,Faculdade de Engenharia de Alimentos. Universidad Estadual de Campinas,
Campinas 2005.
FERNANDEZ, L.; Deshidratación Osmótica. Disponible en:
http://www.catarina.udalp.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/díaz_m_/capítulo4.pdf
GIRALDO, G; TALENS, P. Influence of sucrose solution concentration on kinetics and
yield during osmotic dehydration of mango. Journal of food Engineering 58,33-43. 2003.
GISBERT, M. Infuencia de la temperatura sobre el coeficiente de difusión de agua axial y
radial en el músculo “Longissimus dorsi” . Congreso Iberoamericano de ingebieria de
alimentos. Valencia-España. 2001.
GEANKOPLIS, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Tercera edición.
Compañía Editorial Continental. México. P 134 – 14, 1998.
GENIMA, P. Deshidratación osmótica: Alternativa para la conservación de frutas
tropicales. Avance y perspectiva. 21: 321-324. Disponible en:
http://www.cinvestav.mx/publicaciones/avayper/sepoct02/deshidratación.pdf. 2002
HENG, F; GUILBERT, S.; CUQ, L. Deshidratación osmótica de papaya. Influencia de las
variables de proceso en la calidad del producto. Sciences des aliments. Vo. X, p 831-848.
1990.
IMARPE – INSTITUTO DEL MAR DEL PERÚ. Áreas de Investigación: De los Recursos
Pelágicos. Disponible en: http://www.imarpe.gob.pe/paita/pelagico.html.
ISLAM, M. N.; FLINK, L. N. Dehydration of potato II. Osmotic concentration and its
effect on air drying behavior. Journal Food Technology, v. 17, p. 387-403, 1982.
ITP – INSTITITUTO TECNOLOGICO PESQUERO DEL PERU. Programa de
Capacitación Artesanal. Curso Nacional de Manipulación y Procesamiento de Pescado
Fresco. Tema II. 1998.
ITP – INSTITITUTO TECNOLÓGICO PESQUERO DEL PERÚ. Programa de
Capacitación Artesanal. Curso Nacional de Manipulación y Procesamiento de Pescado
Fresco. Tema IV. 2002.
KAYMAK-ERTEKIN, F; SULTANOGLU, M. Modelling of mass transfer during osmotic
dehydrationof apples. Journalof food engineering 46, 243-250. 2000.
CSIRKE, J. Retos para la Pesca Mundial de Captura con Posibilidades Limitadas de
Expansión. Disponibles en:
http://www.rlc.fao.org/prior/recnat/recursos/pesca/csirke.htm
38
LENART, A.; FLINK, J. M. Osmotic concentration of potato II. Spatial distribution of the
osmotic effect. Journal Food Technology, v. 19, p. 65-72, 1984.
LENART, A. Osmo-convective drying of fruits and vegetables – technology and
application. Drying Technology, v. 14, p. 391-413, 1996.
LERECI, C. R. Osmotic dehydration of fruit: Influence of osmotic agents on Drying
Behavior and product quality. Journal of Food Science, v.50, p.1217-1219, 1985.
MENDOZA, R; SCHMALKU, M: Los Coeficientes de Difusividad del Agua y Sacarosa
en la Deshidratación Osmótica de Papaya. Universidad de Química y Ciencias Naturales,
La Universidad Nacional de Misiones, Argentina. 2002
OCHOA- MARTINEZ. Modelos matemáticas de transferencia de masa en deshidratación
osmótica, Departamento ingeniería de alimentos, Universidad del Valle. Cali-
Colombia.2005
PARJOKO, N; RAHMAN, M; BUCKLE, K; PERERA, C; Osmotic Dehydration Kinetics
of Pineapple Wedges Using Palm Sugar. Lebensmttel- Wissenschaft Und-technolgie.1996.
PARK, K; BIN, A; BROD, F. Osmotic dehydration kinetics of pear Danjou. Journal of
food Engineering 52, 293 – 298. 2002.
POLIGNE, I; COLLIGNAN, A. Quick mariration of anchovies (Engraulis enchorasicolus)
using acetic and gluconic acids. Quality and stability of the end product. Lebensmittel
Wissenschaft und technologie. ,v. 33. p 202-209. 2000
PONTING, J. Osmotic dehydratio of fruti. Food technology. 1996
RASTOGI, N.K.; RAGHAVARAO, K.S. Water and solute diffusion coefficients of carrot
as a function of temperature and concentration during osmotic dehydration. Journal of
Engineering, v. 34, p. 429-440, 1997
RASTOGI, N.K.; RAGHAVARAO, K. Recent developments in osmotic dehydration:
methods to enhnace mass transfer. 39alpar in food science and tecnologie 13, 48 -59.
2002.
RODRIGUES, M.; IEMMA, A.; Planejamento de Experimentos e Optimizaçao de
Processos, uma estratégia sequencial de planejamentos. Brasil .2003.
SABLANI, S; RAHMAN, M. Effect of sir up concentration, temperatura and sangle
geometry on equilibrium distribution coeficients during osmotic dehydration de mango.
Food research 39alparaíso39o39. 2003
SANJINEZ-ARGANDOÑA, E.J.; NISHIYAMA, C.; HUBINGER, M.D. Qualidade Final
de Melão Osmoticamente 39alparaíso39o em Soluções de Sacarose com Adição de
Ácidos. Pesquisa agropecuária brasileira, 39alparaí, v.37, n.17, p. 1803-1810, 2002.
39
SALVATORI, D; ANDRES, A; CHIRAL, A; FITO, P. Osmoytic dehydration progression
in apple tissue I: Spatialdistribution of solutes and moisture contebt. Jouernalof food
enginnering 42, 125-132. 1999.
SAPUTRA, D. Osmotic dehydrtion of pineaple. Drying technology. 2004.
SHI, J; LE MAGUER, M. Analogical cellular structure changes in solid- liquid contacting
operations. Lebensmittel-Wissenscheft und technologie 35, 444-451. 2002
SHI, J; LE MAGUER, M. Osmotic dehydration of food reviews international18, 305-335.
2002.
TORREGGIANI, D. Osmotic Dehydration in Fruit and Vegetable Processing. Food
Research Intenational. V.26, p. 56-58, 1993.
VAN NIEUWNHUIJZEN, N. Osmotic drying kinetics of cylindrical apple slices of
different sizer. Drying technology. 2001
VIVANCO, David. Estudio de las Operaciones Combinadas de Deshidratación Osmótica
a Vacío, Humeado Liquido y Secamiento en Filete de Bonito. Universidad Estatal de las
Campiñas, Facultad de Ingeniería de Alimentos, Departamento de Ingeniería de
Alimentos. Febrero del 2006.
WALISZEWSKI, K; DELGADO, J; GARCIA; Equilibrium Concentratio and Water and
Sucrose Difussivity in Osmotic Dehidration of Pineapple Slabs. Drying Technology.
2002.
YAO, Z; LE MAGUER, M; Mathematical Modelling and Simulation of Transfer in
Osmotic Dehidration Processes. 1997
40
Anexo 1
ASPECTOS BIOLÓGICOS Y PESQUEROS DE LA CABALLA (IMARPE, 2007)
Nombre Científico: Scomber japonicus
Nombre Común: Caballa, Macarela
Nombre Inglés: Pacific Chub Mackerel
Símil de importancia internacional: Trachurus Symmetricus (USA), T. Trachurus
(Europea), T. Japonicus (Japón).
Distribución geográfica: Desde Manta (Ecuador) hasta 42alparaíso (Chile).
Localización de la Pesquería en el Perú: Paita, Chimbote y Callao.
TABLA A.1. ANALISIS PROXIMAL DE LA CABALLA
COMPONENTE PROMEDIO (%)Fresco crudo En conserva Salada
Humedad 73,8 62,1 65,2Grasa 4,9 14,0 4,9Proteína 19,5 24,8 25,2Sales Minerales 1,2 1,2 4,7Calorías (100 g) 157 272 189
TABLA A.2. CONTENIDO DE ACIDOS AGRASOS DE LA CABALLA
ACIDO GRASO PROMEDIO (%)C14:0 Mirístico 5,4C15:0 Palmitoleico 0,7C16:0 Palmítico 18,4C16:1 Palmitoleico 5,6C17:0 Margárico 0,6C18:0 Esteárico 2,8C18:1 Oleico 20,7C18:2 Linoleico 0,9C18:3 Linolénico traz.C20:0 Aráquico 5,2C20:1 Eicosaenoico 0,2C20:3 Eicosatrienoico 1,8C20:4 Araquidónico 1,4C20:5 Eicosapentanoico 14,1C22:3 Docosatrienoico 0,9C22:4 Docosatetraenoico 1,1C22:5 Docosapentaenoico 2,9C22:6 Docosahexaenoico 16,3
42
TABLA A.3. COMPONENTES MINERALES
MACROELEMENTO PROMEDIO (%)Sodio (mg/100g) 47,8Potasio (mg/100g) 457,4Calcio (mg/100g) 4,3Magnesio (mg/100) 40,4MICROELEMENTO PROMEDIO (%)Fierro (ppm) 37,7Cobre (ppm) 0,9Cadmio (ppm) 0,2Plomo (ppm) 0,3
TABLA A.4. COMPOSICION FISICA
COMPONENTE PROMEDIO (%)Cabeza 17,8Vísceras 12,7Espinas 8,7Piel 3,6Aletas 3,2Filetes 51,2Pérdidas 2,8
TABLA A.5. CARACTERISTICAS FISICO ORGANILEPTICAS: FILETE
TEXTURA FIRMEEspesor (rango, cm) 1,0 – 1,9Longitud (rango, cm) 16,0 - 26,0Peso (rango, g) 30,0 - 300,0
TABLA A.6. DENSIDAD DE LA CABALLA
PRODUCTO DENSIDAD (Kg/ m3)Pescado entero 740Pescado entero con hielo (3:1) 667Filete bloque sin congelar 1036Filete bloque congelado 930
TABLA A.7. RENDIMIENTOS
PRODUCTO %Eviscerado 84-90Eviscerado descabezado 56-64Filete con piel 48-53Filete ahumado en frio 20-24Filete mariposa ahumado 42-46
43
ANEXO 2
CLASIFICACION DE LOS PRODUCTOS SALADOS TRADICIONALES (ITP, 2002)
Tipo de producto Contenido de humedad (%)
Contenido de sal en el músculo (%)
Principales especies utilizadas
Salpreso Mayor de 60 Menor a 10 Caballa, jurel, lisa, mero, peje blanco, ojo de uva, etc.
Salado húmedo 52-57 Mayor de 16 Sardina, caballa, jurel, lisa, bonito, etc.
Salado prensado 43-52 18-22 Caballa, jurel, lisa, tiburones.
Seco salado (tipo bacalao )
32-40 (*) 18-25 Tiburones, merluza, etc.
(*) Existen productos secos con menor contenido de humedad.
44
ANEXO 3
EVALUACIÓN DE FRESCURA EN PESCADO CRUDO ENTERO O EVISCERADO ESPECIE: CABALLA. (Scomber scombrus ) (HUSS, 1995)
GRADOS
ASPECTOSE A B
C
(NO APTO)
PIEL
Colorido fuerte azulado o turquesa; iridiscencia en todo el cuerpo; marca o manchas sobre la piel; distinción clara entre la parte dorsal y la parte ventral.
Pérdidas de los coloridos brillantes y opacamiento de las manchas; un color ligeramente dorado en la superficie de la parte ventral
Coloración dorada tenue en todo el cuerpo; la piel se arruga cuando se dobla el pescado; colores parecen haber sido lavados, eridiscencio en las manchas.
Mucus amarillentos; muy poca distinción entre la parte dorsal y la ventral.
TEXTURA -CUERPO
Tiesa, rígida. Firme. Algo blando. Flácido, fofo.
OJOS Salientes; brillantes; pupilas negras/azuladas con iris marrón metálico; capa externa transparente.
Convexos; pupilas algo nubosas y arrugadas en el iris; capa externa nubosa.
Planos; pupilas nubosas con manchas negras en el iris; capa externa ligeramente amarilla.
Ojos hundidos cubiertos con mucus amarillento.
APARIENCIA DE LAS BRAQUIAS
Color rojo/púrpura oscuro; con sangre; mucus acuosos transparente.
Pérdida de color; con mucus rojo/marrón; extremo descolorido.
Mas pérdida de color con decoloración puntual; incremento de mucus rojo/marrón
Descolorido; abundante mucus amarillento.
OLOR DE Algas frescas, A aceite de A levaduras; a Nabos
45
LAS BRAQUIAS
agudo, yodo; gras recién cortado, metálico; sangre fresca, a aceite bueno.
pescado, imperceptible, confuso no fresco.
frutas acidas descompuestas; fuertemente oleosos.
podridos; queso ácidos; amoniaco; sulfhídrico; aceite rancio.
ANEXO 4
DETERMINACION DE LA GANANCIA DE SOLIDOS EN EL PROCESO DE DESHIDRATACION OSMOTICA
S = Msf – Mso
Donde:
S: ganancia de sal
Msf: materia seca final
Mso: materia seca inicial
Wo: contenido de agua del producto antes del proceso
Wf: contenido de agua del producto después del proceso
46
Deshidratación osmótica
Masa inicial (Mo) Mso= Mo - Wo
Masa final (Mf) Msf = Mf - Wf