LA CONCENTRACIÓN DE JUGOS DE FRUTA: ASPECTOS BÁSICOS DE .

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Revista de la Facultad de Ingeniería U.C.V., Vol. 28, N 3, pp. 65-76, 2013LA CONCENTRACIÓN DE JUGOS DE FRUTA: ASPECTOS BÁSICOS DE LOSPROCESOS SIN Y CON MEMBRANARITA ÁVILA-DE HERNÁNDEZ1 Y JOHNNY BULLÓN-TORREALBA2Dpto. Procesos Agroindustriales, Programa Ingeniería Agroindustrial, Decanato de Agronomía, Núcleo Obelisco,Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado. Barquisimeto-Venezuela. ritaavila@ucla.edu.ve2Laboratorio de Mezclado, Separaciones y Síntesis Industriales, Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,Universidad de Los Andes. Mérida-Venezuela. jbullon@ula.ve1Recibido: enero 2013Recibido en forma final revisado: mayo 2013RESUMENEl consumo de jugos de fruta es beneficioso para la salud. Son alimentos libres de colesterol y presentan antioxidantesnaturales, que les confieren un atractivo especial a los consumidores. Los jugos poseen un 70-95 % de agua, pero sumayor importancia, desde el punto de vista nutricional, es su aporte a la dieta de vitaminas, minerales, enzimas y fibra. Sinembargo, los responsables del valor sensorial y nutricional de estos productos, son termosensibles, y el uso de tratamientosinapropiados para la concentración puede provocar pérdidas considerables de vitaminas, el deterioro del color, delaroma y del sabor. El propósito de este trabajo es presentar una revisión de algunas aplicaciones de los procesos que seutilizan para concentrar jugos de fruta -sin y con membrana- para ejemplificar sus aspectos básicos haciendo énfasis enventajas, limitaciones, condiciones de operación y la calidad del concentrado. Los resultados indican que los procesos conmembrana son una alternativa para superar los inconvenientes de aquellos que no la emplean, porque operan a temperaturasmoderadas, retienen vitaminas y otros componentes importantes, además de ser muy versátiles y modulares.Palabras clave: Membranas artificiales, Jugos de fruta, Calidad del concentrado, Compuestos termosensibles, Recuperaciónde aromas.CONCENTRATION OF FRUIT JUICES: BASICS OF THE PROCESSES WITH ANDWITHOUT MEMBRANEABSTRACTThe consumption of fruit juices is beneficial to health. They are cholesterol free foods and have natural antioxidants thatgive them a special appeal to consumers. Juices have 70-95% water, but more important, from the nutritional point ofview, is their contribution to the diet of vitamins, minerals, enzymes and fiber. However, those responsible for the sensoryand nutritional value of these products are heat sensitive. The use of inappropriate treatment for concentration may resultin significant losses of vitamins, deterioration of color, aroma and flavor. The purpose of this paper is to present a reviewof some applications of the processes used to concentrate fruit juices -with and without membrane- to illustrate their basicaspects emphasizing advantages, limitations, operating conditions as well as the quality of the concentrate. The resultsindicate that the membrane processes are an alternative to overcome the shortcomings of those that not use it, because theyoperate at moderate temperatures, retain vitamins and other important components, and are modular and versatile.Keywords: Artificial membranes, Fruit juices, Concentrate quality, Heat-sensitive compounds, Aroma recovery.INTRODUCCIÓNEl consumo de jugo de frutas es beneficioso para la salud.Es un alimento libre de colesterol, contiene antioxidantesnaturales (Tillotson, 2003) y posee un 70-95 % de agua; perosu mayor importancia es su aporte de vitaminas, minerales,enzimas y carbohidratos a la dieta (Grupo Latino Ltda,2006). El jugo de frutas contiene un 100 por ciento de loscomponentes de la misma, mientras que los concentrados sedefinen en función del contenido de fruta, y éste varía segúnlas normativas vigentes en cada país (Arthey & Ashurst,1996). En Venezuela, la Norma COVENIN 1030-81 (1995)establece que un jugo es “el producto líquido fermentable,pero no fermentado, obtenido por procedimientos65

mecánicos o enzimáticos, a partir de la fruta o vegetalesmaduros, sanos y limpios con color, aroma y sabor típicosde la fruta o el vegetal del que proceden”; por su parteun concentrado, es el “producto obtenido a partir de losjugos de fruta o vegetales, mediante la eliminación porprocedimientos físicos de parte del agua de constitución, alque se le puede restituir aromas recuperados del proceso.”Desde que los consumidores coinciden en demandarbebidas con sabores frescos y libres de aditivos químicos,las industrias de jugo hacen esfuerzos por desarrollarnuevos y mejores productos que garanticen la calidadque se les exige. En consecuencia, se emplean parámetroscomo la turbidez/transparencia, el aroma, la homogeneidad(Vaillant et al. 2001) y el contenido nutricional, parael control y el procesamiento de los jugos de fruta. Estoredefine el concepto de calidad e involucra, además delas características de la fruta, los métodos que se empleanen su producción y comercialización; porque utilizartratamientos inapropiados para producir los jugos puedeprovocar pérdidas de vitaminas (Acevedo & Avanza, 2005),deteriorar el color (Jiao et al. 2004), el aroma (Cassano etal. 2004) y el sabor de los productos (Matta et al. 2004).Considerando las ideas precedentes, el propósito de estetrabajo es presentar una revisión de algunas aplicaciones delos procesos que se utilizan para concentrar jugos de fruta-sin y con membrana- para ejemplificar sus aspectos básicoshaciendo énfasis en ventajas, limitaciones, condiciones deoperación y la calidad del concentrado.TÉCNICAS METODOLÓGICASEl objetivo que se plantea en esta investigación descriptiva,se logra mediante una revisión documental y el posterioranálisis de algunos procesos que se emplean para concentrarlos jugos de fruta y sus aplicaciones.RESULTADOSLA CONCENTRACIÓN Y SU IMPORTANCIA EN LAINDUSTRIA DE LAS BEBIDAS A BASE DE FRUTALos jugos que se comercializan son de dos tipos: losfrescos, que provienen del exprimido de la fruta, y losreconstituidos, que son los que se preparan a partir delos concentrados (Cassano et al. 2003). En especial estosúltimos son de interés industrial porque se utilizan en laformulación de helados, siropes, gelatinas y colados defruta, entre otros productos, y su importancia se resumeen: (i) Los concentrados son microbiológicamente másestables que los jugos naturales, por su baja actividad de66agua (Cassano et al. 2004). En consecuencia, aumenta lavida de anaquel de los productos (Matta et al. 2004); (ii) Sereducen los volúmenes de empaque y almacenamiento, ylos costos de manejo y de transporte (Vera et al. 2009). Enefecto, se puede guardar de 6 a 7 veces más producto si eljugo está concentrado que si está al natural (Gea Wiegand,S/F); y, (iii) Los concentrados, debido a su alto contenido deazúcares, pueden preservarse en ambientes no refrigerados(Gea Wiegand, S/F).PROCESOSQUESEEMPLEANCONCENTRAR JUGOS DE FRUTAPARALa elaboración de jugos de fruta es muy antigua -se remontaa la extracción de los jugos de la vid para la producción devinos-; sin embargo, sus métodos han evolucionado hastaconsolidarse en la industria de los alimentos (Arthey et al.1996), dentro de la que existen diversidad de procesos perocon una misma finalidad: remover de manera selectiva unacantidad de agua del jugo original, mediante un suministrode energía al sistema permitiendo obtener dos fases: unaconstituída por el solvente -que puede ser sólida, líquidao gaseosa-, y la otra, el producto concentrado -siempreen estado líquido- (Pinto et al., 1999), con un gusto yapariencia lo más similar posible al jugo original (Alves &Coelhoso, 2006).En esta revisión esos procesos se dividen en dos grupos: lossin membrana y los con membrana. La primera clasificacióncontempla la evaporación y la crioconcentración, mientrasque la segunda a los que emplean una membrana comomedio de separación para la concentración de los jugos-por ejemplo, ósmosis inversa, ultralfiltración, entre otras-.Adicionalmente, en un punto aparte se reseñan brevementetres casos especiales de concentración: la pervaporación, ladestilación con membrana y la evaporación osmótica.La concentración de los jugos involucra varias etapas. Seinicia con el lavado, molienda y prensado de la fruta paraextraer el jugo crudo. Luego se somete a un tratamientoenzimático y una clarificación, y finalmente se concentra.En un procedimiento con membrana se realizan las mismasetapas, solo que existen diferencias en cómo se logran losobjetivos en cada una de ellas. En la Figura 1, se muestraun diagrama que representa la producción de jugo de fruta.A la izquierda, una secuencia sin membrana y a la derechauna que sí la emplea.LOS PROCESOS SIN MEMBRANA ENCONCENTRADO DE LOS JUGOS DE FRUTAELLos tratamientos térmicos a los que se someten los jugos

de fruta -concentración y pasteurización- operan entre los75-90 C. Si bien su finalidad es retirar parte del agua ypromover la esterilidad comercial, las temperaturas y lostiempos de procesamiento pueden degradar a las sustanciasnutritivas (Jaeger et al. 2002). En otras palabras, durantela transformación industrial algunos de los atributos quedeterminan la calidad de los jugos y de los concentrados,son objeto de una marcada modificación a consecuenciadel daño térmico y la oxidación química que degrada a loscomponentes más sensibles (Cassano et al. 2003) como lasvitaminas, que en presencia de oxígeno se pierden y conel calor reducen su actividad (Matta et al. 2004). Estostratamientos -por ejemplo, 100 C por 20 min- producenun jugo que al embotellarse es muy estable (Matta et al.2004), pero que por los cambios que ocurren el productofinal no se parece a la fruta de donde proviene (Cassanoet al., 2004). Los procesos, además de consumir muchotiempo -de 12 a 36 horas-, en algunos casos requieren eluso de coadyuvantes de filtración y un equipamiento muydiverso que involucra un diseño de varias etapas que altener una mayor demanda de energía, incrementa los costosde producción (Rodrigues et al. 2005). Cabe precisar que enel mercado existen varias clases de concentradores, siendolos más efectivos los de múltiple efecto; sin embargo, sonlas propiedades de la alimentación las que determinan laelección del tipo de evaporador, porque a medida en queun líquido se concentra, sus características físicoquímicasse modifican.Figura 1. Diagrama para el concentrado, sin y conmembranas, de un jugo de fruta (Ávila, 2012)En resumen, la concentración por evaporación presentavarias limitaciones principalmente asociadas con deteriorode los atributos sensoriales -color, sabor, aroma- y delvalor nutricional -vitaminas y otros fitoquímicos- de losconcentrados por efecto del calor. Existen evidencias deque en los primeros minutos de la evaporación la mayoríade los componentes aromáticos de la fruta cruda se pierdeny el perfil aromático de ésta cambia irreversiblemente(Petrotos & Lazarides, 2001). En la Tabla 1, se sistematizanalgunos hallazgos que permiten corroborar el deterioro delos concentrados que se obtienen con procedimientos sinmembrana.Tabla 1. Algunas evidencias reportadas del deteriorode los jugos de fruta concentrados por procesos sinmembrana. (Fuente: Ávila, 2012)FrutaDeterioro reportadoReferenciaSemerucoDurante la evaporación laMatta et al.pérdida de vitamina C, degrada2004.la calidad del producto. Además,se promueve un “sabor a cocido”en el concentrado.GuanábanaEn la concentración de lapulpa por evaporación,los componentes volátilesresponsables de su flavor sepierden.Pinto et al.2005.NaranjaLas temperaturas que se empleanen la evaporación al vacío(mayores a 50 C), degradan elsabor de la fruta y se pierde poroxidación parte de la vitamina C(aprox. 98%).Cisse et al.2005.Los tratamientos térmicospromueven la pérdida delos volátiles responsablesdel aroma y sabor, inclusoen procesamientos de cortaduración, aún con unarecuperadora de aromas.Vaillant et al.1999.PiñaLa alteración físicoquímicadurante el almacenamiento deeste jugo se atribuyen a lostratamientos empleados para suproducción (evaporación).Itoua et al.1991.TomateLa concentración porevaporación causa el deteriorosensorial (color, sabor, aroma)y nutricional (vitaminasmayormente) del concentrado.En la evaporación de este jugo,ocurre: (i) sabor a cocido enel concentrado; (ii) cambiode color por degradación dellicopeno; y (iii) disminución desu poder antioxidante.Petrotos &Lazarides,2001.ParchitaAvalo et al.2009.Vaillant et al.2001.Bottino et al.2002.67

Para superar la agresividad térmica de estos procesos,surge la crioconcentración. Ésta se emplea en jugos conflavor delicados, que tienden a degradarse durante laconcentración. En la crioconcentración, el agua presenteen los jugos se cristaliza a baja temperatura y los cristalesse retiran a medida en que se forman, con lo que seaumenta su contenido en sólidos (Pinto et al., 1999). Sinembargo, tiene la limitación técnica que con el hielo sepierden algunos componentes volátiles responsables delsabor y el olor de la fruta (Arthey & Ashurst, 1996) lo quedisminuye su eficiencia. La crioconcentración se realiza ensuspensión y en película, utilizando crioconcentradores deplacas y progresivos, respectivamente (Ruíz et al. 2008). Lamayoría de sus aplicaciones son en zumos de fruta y leche,lográndose concentraciones de sólidos solubles totales de40 Brix -jugo de naranja- muy inferior a la que se obtienecon evaporación -60 a 65 Brix- y a un costo superior(Cassano et al. 2003) y de un 25% para la leche (Ruíz etal. 2008). Esta técnica no se perfila como un sustituto de laevaporación convencional porque su uso es energéticamentemás costoso (Cassano et al. 2004). En la actualidad lasinvestigaciones en este campo se orientan a la disminuciónde estos costos y hacia aplicaciones con productos de altovalor agregado -mostos, café- cuyos precios en el mercadojustifiquen esta inversión (Ruíz et al. 2008).que las investigaciones que se reseñan son ilustrativas.Tabla 2. Ventajas y limitaciones de algunos procesos conmembranas que se emplean para concentrar jugos de fruta(Fuente: Jiao et al. 2004, Mohanty & Purkait, 2012 yForero & Vélez, 2011)VentajasÓsmosis Inversa (OI) Temperatura moderada.Amplio espectro deaplicaciones industriales.Puede combinarsecon evaporación alvacío y sistemas derecompresión de vapor.Energética yeconómicamenteconveniente encomparación con laevaporación.68 LOS PROCESOS CON MEMBRANAEn una operación con membrana una corriente que sealimenta, se separa en dos: un permeado -clarificado-, conel material que pasa a través de la membrana y un retenido-concentrado-, con el que no la atraviesa. Se utiliza paraconcentrar o purificar una solución o una suspensión-solvente/soluto o de partículas- y para fraccionar unamezcla -separación soluto/soluto- (Weisner & Aptel, 1998).Para que ocurra el transporte de masa se necesita de unafuerza que promueva el flujo y la relación entre ambos lagobierna la naturaleza de las especies a separar y la de lamembrana (Pinto et al., 1999). Las características deseablesen las membranas que se utilizan en las operaciones conalimentos son: (i) proporcionar el grado de separaciónbuscado, a un flujo rápido y durante un uso prolongado;(ii) resistir a la limpieza y desinfección, en el ámbito deuna operación higiénicamente satisfactoria; y, (iii) teneruna larga vida útil, bajo las condiciones de proceso a lasque sean sometidas (Brennan et al. 1998). En la Tabla 2, semuestran las ventajas y las limitaciones de una selecciónde procedimientos con membrana que se emplean paraconcentrar jugos de fruta, como una alternativa parapreservar los atributos nutricionales y organolépticos;y en la sección siguiente, se describen algunas de susaplicaciones para destacar su desempeño. Cabe precisarLimitaciones Membrana susceptible aensuciamiento.Altas presiones deproceso.La alimentación requierepretratamiento parainactivación enzimáticaMáxima concentraciónalcanzada 22-23 Brix.Dificultad paraconcentrar solucionescon elevado contenidode sólidos.Pérdida de componentesaromáticos durante elproceso.Elevado costo dereemplazo de membranasElevado costo operativo.Destilación con membranas (DM) y Ósmosis Directa (OD) Adecuadas para eltratamiento de especiestermosensibles.Se alcanza hasta 60%de materia seca en elconcentrado.Modularidad, posibilidadde ensamble en serie yfácil escalado.Condiciones deoperación (P y T)moderadas.Permite concentrarsoluciones con elevadocontenido de sólidosNo presenta limitacionespor ensuciamiento de lamembrana y el flujo depermeado es constante.Bajo costo de inversión. Baja capacidad deremoción de vapor (3 l/hm2).La alimentación requierepretratamiento parainactivación enzimática.Costos de producciónmayores que los de laevaporación.Elevado costo dereemplazo de membranas

Ventajasaventajan a la evaporación por su bajo costo operativo yporque el tratamiento ocurre a temperaturas moderadas,aspecto muy beneficioso en el caso de los alimentos(Petrotos & Lazarides, 2001).LimitacionesMicrofiltración (MF) y Ultrafiltración (UF) Retiene microorganismos (esterilización al frío).Fácil limpieza y mantenimiento.Preserva componentesresponsables de losatributos organolépticosy nutricionales.Condiciones deoperación (P y T)moderadas.Elevada selectividad.Uso limitado en jugosmuy pulposos.Membranas sensiblesal ensuciamiento y susconsecuencias.Pervaporación (PV) No necesita el uso desolventes.Costo energéticomoderado.Recupera aromaspreservando suintegridad molecular.Selectivo y eficiente. Elevado costode reemplazo demembranas. Complejidad parala interpretaciónmatemática de losfenómenos de transporteque ocurren durante elproceso.Evaporación Osmótica (EO) Proceso simple.Costo energéticomoderado.Recupera aromaspreservando suintegridad molecular.Condiciones deoperación (P y T)moderadas.En síntesis, estos sistemas se consolidan en varios ámbitosindustriales, por su capacidad de operar a temperaturasmoderadas y con un bajo consumo energético, por lo queson un buen ejemplo de tecnología útil y eficiente paramejorar la calidad de los alimentos. Además, su uso norequiere aditivos o solventes y no promueve cambios defase durante el proceso (Cassano et al. 2004).LOS PROCESOS CON MEMBRANA ENCONCENTRADO DE LOS JUGOS DE FRUTAELLos procesos con membrana están sólidamente establecidosen el tratamiento de jugos de fruta como lo demuestran lassiguientes investigaciones. En 2001, Petrotos & Lazaridesemplean a la concentración osmótica para el tratamiento dejugo de tomate. Al comparar los procedimientos utilizadospara concentrar alimentos, los que emplean membranaPor su parte, Jiao et al. (2004), al presentar las aplicacionesde los procesos con membrana en la concentración de jugode frutas, enfatizan las desventajas que tiene la evaporación.En ese sentido, justifican el esfuerzo de las industriasde los alimentos por desarrollar procedimientos que noalteren las propiedades naturales de las frutas, en base delas preferencias que tienen los consumidores hacia jugosprocesados que parecieran recién elaborados. Para darrespuesta a esta necesidad sugieren a la concentración porcongelado, por sublimación y con membrana. Puntualizanque los procesos con membrana se perfilan como los máspromisorios coincidiendo con las ventajas que describenCassano et al. (2004). Sin embargo, una de las limitacionesque tienen éstos es el ensuciamiento de la membrana (Jiaoet al. 2004). El ensuciamiento conduce a una pérdidaprogresiva del desempeño de la membrana -permeabilidad yselectividad- y es el producto de la deposición de partículassuspendidas o disueltas en ésta y en su superficie (Almecijaet al. 2009). Esta condición ha orientado la investigaciónhacia estudios, como los que se muestran a continuacióncon la finalidad de superar este inconveniente. Por ejemplo,Jiraratananon & Chanachai (1996) y Cardoso et al. (2012) enjugo de parchita; Barros et al. (2003) y Laorko et al. (2010)en jugo de piña; Constenla y Lozano (1997), De Bruijn etal. (2002, 2003) y Vladisavljevic et al. (2003) en jugo demanzana; y Cassano et al. (2007) en jugo de kiwi; estasinvestigaciones tienen en co

El propósito de este trabajo es presentar una revisión de algunas aplicaciones de los procesos que se utilizan para concentrar jugos de fruta -sin y con membrana- para ejemplificar sus aspectos básicos haciendo énfasis en ventajas, limitaciones, condiciones de operación y la calidad del concentrado. Los resultados indican que los procesos con

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