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DESARROLLO Y ESTANDARIZACIÓN DE UN PRODUCTO HIPOCALÓRICO A PARTIR DE LA UTILIZACIÓN DEL EXTRACTO DE Stevia rebaudiana
COMO AGENTE EDULCORANTE
RUTH CASTELLANOS GARCÍA MARIA VICTORIA CIFUENTES VIÑA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
BOGOTÁ D.C. 2006
DESARROLLO Y ESTANDARIZACIÓN DE UN PRODUCTO HIPOCALÓRICO A PARTIR DE LA UTILIZACIÓN DEL EXTRACTO DE Stevia rebaudiana
COMO AGENTE EDULCORANTE
RUTH CASTELLANOS GARCÍA MARIA VICTORIA CIFUENTES VIÑA
Trabajo de grado para optar el título de Ingeniero de Alimentos
Director CARLOS ENRIQUE CARDONA FADUL
Ingeniero de Alimentos
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE ALIMENTOS
BOGOTÁ D.C. 2006
Nota de aceptación:
Presidente del jurado
Jurado Jurado
Bogota D.C., 15 de Septiembre 2006
AGRADECIMIENTOS
Las autoras expresan sus agradecimientos a: Carlos Enrique Cardona, Ingeniero de Alimentos; Profesor de la Universidad De La Salle por sus importantes aportes y apoyo en la elaboración de este trabajo. Rafael Guzmán, Químico, Profesor de la Universidad de la Salle por su valiosa orientación. Luz Marina Arango y Patricia Chaparro Profesoras de la Universidad De La Salle por sus asesorias durante todo este proceso. Luz Myriam Moncada, Química, Profesora de la Universidad De La Salle por su fundamental orientación. Facultad de Ingeniería de Alimentos, por su colaboración en el préstamo de las Plantas Piloto de Cereales y Frutas.
CONTENIDO
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INTRODUCCIÓN 17 OBJETIVOS 19 1. MARCO TEORICO 20 1.1 MATERIAS PRIMAS E INSUMOS 21 1.1.1 Edulcorante 22 1.1.1.1 Historia 22 1.1.1.2 Origen en Colombia 23 1.1.1.3 Cultivo de la Stevia 24 1.1.1.4 Obtención del extracto de Stevia 27 1.1.1.5 Propiedades 29 1.1.2 Fruta 32 1.1.2.1 Piña 33 1.1.2.2 Maracuyá 40 1.1.3 Gelificantes 42 1.1.3.1 Pectinas 43 1.1.3.2 Carrageninas 46 1.1.3.3 Carboximetilcelulosa 49 1.1.4 Conservantes 49 1.1.4.1 Benzoato de Sodio 49 1.1.4.2 Sorbato de Potasio 50
1.2 EVALUACIÓN SENSORIAL 51 1.2.1 Pruebas de aceptación 52 1.2.1.1 Objetivos de la prueba de aceptación 52 1.2.1.2 Panel sensorial 54 1.2.2 Prueba de clasificación hedónica 55 1.3 VIDA ÚTIL 56 1.3.1 Factores que la afectan 57 1.3.2 Consideraciones básicas en una prueba de vida útil 58 1.3.3 Tipos y mecanismos de deterioro de los alimentos 58 1.3.4 Metodología y diseños de estudios de vida útil 60 1.3.5 Factor de aceleración Q10 61 2. MATERIALES, EQUIPOS Y METODOLOGIA 63 2.1 MATERIALES 63 2.1.1 Fruta 63 2.1.2 Edulcorante 63 2.1.3 Gelificantes 63 2.1.4 Conservantes 63 2.1.5 Envases 64 2.2 EQUIPOS 64 2.3 MÉTODOS 66 2.3.1 Determinación de sólidos solubles 66 2.3.2 Determinación de pH 66 2.3.3 Determinación de acidez 66 2.3.4 Determinación de humedad 66
2.4 METODOLOGIA 67 2.4.1 Análisis preliminares 67 2.4.2 Elaboración del prototipo 67 2.4.2.1 Evaluación de las materias primas 72 2.4.2.2 Selección de la formulación 72 2.4.2.3 Diseño experimental 72 2.4.3 Análisis sensorial 74 2.4.3.1 Sondeo 74 2.4.3.2 Panel sensorial 75 2.4.4 Proceso de estandarización 77 2.4.5 Determinación del aporte calórico 77 2.4.6 Análisis de vida útil 77 3. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS 80 3.1 ANÁLISIS PRELIMINARES 80 3.2 EVALUACIÓN DE MATERIAS PRIMAS 83 3.2.1 Análisis fisicoquímico de las pulpas a utilizar 83 3.2.2 Caracterización del extracto de Stevia 84 3.3 SELECCIÓN DE LA FORMULACIÓN 84 3.3.1 Determinación de la relación Pulpa – Stevia 84 3.3.2 Elección de pH 87 3.3.3 Determinación de la concentración del gelificante a utilizar 87 3.4 ELABORACION DE LA FORMULACIÓN 90 3.4.1 Ensayos 1 y 2 utilizando Pectina de bajo metoxilo 90 3.4.2 Ensayos 3 y 4 utilizando Carragenina 91 3.4.3 Ensayos 5 y 6 utilizando Carragenina – CMC 92 3.5 ANALISIS ESTADISTICO 93 3.5.1 Diseño factorial 93
3.5.2 Pruebas sensoriales 97 3.5.2.1 Sondeo 97 3.5.2.2 Encuesta final 105 3.6 ESTANDARIZACIÓN DEL PROCESO 113 3.6.1 Formulación para obtener 7.602 Kg. de mermelada 113 3.6.2 Proceso de elaboración del producto 113 3.6.3 Balance de materia 119 3.6.4 Consumo teórico de energía eléctrica y de gas del proceso de obtención de la mermelada 121 3.6.5 Características finales del producto 121 3.7 CALCULO DEL APORTE CALORICO 121 3.7.1 Determinación de azucares 121 3.8 ESTUDIO DE VIDA UTIL 124 3.8.1 Observaciones 124 3.8.2 Calculo de la vida útil 125 CONCLUSIONES 128 RECOMENDACIONES 130 BIBLIOGRAFIA 131 ANEXOS
LISTA DE CUADROS
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Cuadro 1. Características de las variedades de piña cultivadas en Colombia. 35 Cuadro 2. Zonas productoras de piña variedad Cayena Lisa 36 Cuadro 3. Zonas productoras de piña variedad Manzana 37 Cuadro 4. Composición nutricional de piña variedad Perolera. 38 Cuadro 5. Zonas productoras de piña variedad Perolera 39 Cuadro 6. Composición nutricional del maracuya amarillo 41 Cuadro 7. Zonas productoras de maracuya amarillo 42 Cuadro 8. Tipos de Carragenina 46 Cuadro 9. Diseño experimental 73 Cuadro 10. Cronograma de observaciones del estudio de vida útil 78 Cuadro 11. Característica de las mermeladas hipocalóricas
analizadas 80 Cuadro 12. Características fisicoquímicas mermeladas
comerciales 80
Cuadro 13. Evaluación sensorial mermeladas comercial de piña 81 Cuadro 14. Evaluación sensorial mermeladas comercial de
maracuya 82 Cuadro 15. Evaluación sensorial mermeladas comercial de mora 82 Cuadro 16. Caracterización fisicoquímica de las pulpas de piña y
maracuya 83 Cuadro 17. Caracterización fisicoquímica del extracto de Stevia
rebaudiana variedad Morita II 84 Cuadro 18. Caracterización fisicoquímica de las formulaciones
70:30, 80:20 y 9:10 elaboradas con Pectina de bajo metoxilo 85
Cuadro 19. Caracterización fisicoquímica de las formulaciones
90:10 y 95:5 elaboradas con Carragenina 86 Cuadro 20. Características de las muestras con diferente pH
elaboradas con Pectina de bajo metoxilo 87 Cuadro 21. Muestras con diferente concentración de pectina con
una relación Pulpa – Stevia 95:5 88 Cuadro 22. Muestras con diferente concentración de Carragenina
con una relación Pulpa – Stevia 95:5 88 Cuadro 23. Muestras con diferente concentración de Carragenina-
CMC con una relación Pulpa – Stevia 95:5 89 Cuadro 24. Características de las mermeladas elaboradas con
pectina 91 Cuadro 25. Características de las mermeladas elaboradas con
Carragenina 92
Cuadro 26. Características de las mermeladas elaboradas con Carragenina – CMC 93 Cuadro 27. Datos para la realización del análisis factorial 94 Cuadro 28. Análisis de varianza de los dos factores y su
interacción 95 Cuadro 29. Análisis de varianza del factor 1 (Gelificante) 96 Cuadro 30. Evaluación del color de las seis muestras en el sondeo 98 Cuadro 31. Evaluación del olor de las seis muestras en el sondeo 99 Cuadro 32. Evaluación del sabor de las seis muestras en el
sondeo 100 Cuadro 33. Evaluación del dulzor de las seis muestras en el
sondeo 101 Cuadro 34. Evaluación de la acidez de las seis muestras en el
sondeo 102 Cuadro 35. Evaluación de la consistencia de las seis muestras en
el sondeo 103 Cuadro 36. Evaluación de la apariencia de las seis muestras en
el sondeo 104 Cuadro 37. Resultados de la encuesta final muestra 1 110 Cuadro 38. Resultados de la encuesta final muestra 2 111 Cuadro 39. Comparación resultados encuesta final y análisis
estadístico 112 Cuadro 40. Formulación estándar 113
Cuadro 41. Formulación 119 Cuadro 42. Resumen del balance de materia del proceso de
obtención de la mermelada tropical piña – maracuya 120 Cuadro 43. Características finales del producto 121 Cuadro 44. Absorbancia de las muestras patrón, curva de
calibración determinación de fructosa 122
Cuadro 45. Absorbancia de las muestras problema determinación de fructosa 123
Cuadro 46. Vida útil del producto utilizando diferentes valores de
Q10 126
LISTA DE FIGURAS
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Figura 1. Formula estructural del esteviosido 30 Figura 2. Estructura de las pectinas de alto y bajo metoxilo 43 Figura 3. Diagrama del proceso de elaboración de la mermelada 69 Figura 4. Resultado del sondeo evaluación del color 97 Figura 5. Resultado del sondeo evaluación del olor 98 Figura 6. Resultado del sondeo evaluación del sabor 99 Figura 7. Resultado del sondeo evaluación del dulzor 100 Figura 8. Resultado del sondeo evaluación de la acidez 101 Figura 9. Resultado del sondeo evaluación de la consistencia 102 Figura 10. Resultado del sondeo evaluación de la apariencia 103 Figura 11. Resultados evaluación del color en la encuesta final 105 Figura 12. Resultados evaluación del olor en la encuesta final 106 Figura 13. Resultados evaluación del sabor en la encuesta final 107 Figura 14. Resultados evaluación del dulzor en la encuesta final 107
Figura 15. Resultados evaluación de la acidez en la encuesta final 108 Figura 16. Resultados evaluación de la consistencia en la encuesta final 109 Figura 17. Resultados evaluación de la apariencia en la encuesta final 109 Figura 18. Diagrama de flujo del proceso 117 Figura 19. Diagrama de condiciones del proceso 118 Figura 20. Curva de calibración determinación de fructosa 122
LISTA DE IMÁGENES
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Imagen 1. Planta de Stevia rebaudiana 22 Imagen 2. Cultivo de Stevia 25 Imagen 3. Piña (Ananas comosus) 33 Imagen 4. Maracuyá (Pasiflora edulis) 40
LISTA DE FOTOGRAFIAS
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Fotografía 1. Despulpadora planta piloto Universidad De La Salle Sede La Floresta 65 Fotografía 2. Marmita planta piloto Universidad De La Salle sede La Floresta 65 Fotografía 3. Mermeladas con Pectina de Bajo metoxilo 90 Fotografía 4. Mermeladas con Carragenina 91 Fotografía 5. Mermeladas con Carragenina – CMC 92
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LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Ficha técnica del extracto de Stevia rebaudiana Anexo 2. Ficha técnica Pectina bajo metoxilo Anexo 3. Ficha técnica Carragenina Anexo 4. Ficha técnica CMC Anexo 5. Ficha técnica de la despulpadora Anexo 6. Ficha técnica de la marmita Anexo 7. Encuesta evaluación sensorial de las mermeladas Anexo 8. Análisis del diseño factorial Anexo 9. Balance de materia del proceso de elaboración de la mermelada tropical hipocalórica Piña - Maracuya Anexo 10. Determinación del consumo teórico de energía eléctrica y gas del proceso de obtención del prototipo Anexo 11. Análisis bromatológico de la mermelada Anexo 12. Norma Técnica Colombiana 285. Características organolépticas,
fisicoquímicas y microbiológicas de las mermeladas y jaleas de frutas
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, debido a la falta de tiempo, los consumidores buscan encontrar en el mercado alimentos ya preparados o de fácil preparación, muchos de éstos se caracterizan por ser ricos en grasa, azúcares y otros componentes que poco contribuyen a una buena alimentación. Otro aspecto a tener en cuenta, es la combinación del estilo de vida con los hábitos de alimentación, que en muchas ocasiones generan desordenes alimenticios y enfermedades que cada vez se vuelven más frecuentes. En el mercado actual, una de las características más importante que identifica a los consumidores y que impacta indirectamente en la industria de alimentos, es su tendencia a cambiar constantemente tanto en sus gustos como en sus preferencias. A partir de esto, surge la necesidad de ofrecerles nuevas y mejores alternativas, en las que el desarrollo de productos no solo debe tener una función nutricional y sensorial como ocurre en los alimentos tradicionales, sino también una función fisiológica que busca proteger el estado de salud del consumidor, y más aún cuando enfermedades tales como hipertensión y diabetes afectan cada vez más a la población. Es así como en los dos últimos años han sido introducidos en el mercado formulaciones alimenticias con la intención de revertir su objetivo primario. En lo que respecta a las mermeladas, estos productos tradicionalmente se caracterizan por ser alimentos de un alto aporte energético, con características sensoriales muy atractivas para los consumidores por su sabor, aroma, color, y su estabilidad durante el almacenamiento. Desde el punto de vista nutricional, las mermeladas aportarían solamente calorías; pero actualmente se busca desarrollar productos hipocalóricos sustituyendo parcial o completamente la cantidad de azúcares por edulcorantes (sintéticos o naturales) no metabolizables.
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Por estas razones, dentro de los objetivos de este estudio se desea formular una mermelada baja en calorías de óptima calidad sensorial, utilizando un edulcorante natural no calórico, y estandarizar el proceso de obtención de ésta misma. A partir del uso del extracto de ésta planta surge la factibilidad de su utilización con fines industriales para un mayor aprovechamiento, generando así la posibilidad de convertirse en un sustituto de cultivos ilícitos.
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OBJETIVOS GENERALES Desarrollar una mermelada tropical hipocalórica piña – maracuya utilizando extracto de Stevia rebaudiana como agente edulcorante. Estandarizar el proceso de obtención de este producto. ESPECÍFICOS 1. Determinar el gelificante a utilizar en la elaboración de la mermelada,
teniendo en cuenta sus características y el tipo de producto a elaborar. 2. Seleccionar la mejor formulación de acuerdo a los resultados obtenidos en
el panel sensorial. 3. Realizar balances de materia y cálculo del consumo teórico de energía y gas
del proceso. 4. Estandarizar el proceso de elaboración de la mermelada, teniendo en cuenta
formulación y diagrama de flujo. 5. Determinar el aporte calórico de la mermelada obtenida. 6. Establecer la vida útil del producto desarrollado.
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1. MARCO TEORICO La mermelada elaborada en este proyecto esta definida como un producto hipocalórico de consistencia semisólida, obtenido por cocción de pulpa de frutas, con adición de un edulcorante natural en reemplazo del azúcar, gelificante y conservantes. Mermelada, es un término que proviene de Portugal, donde al membrillo (fruto del árbol membrillero, es un pomo con forma parecida a una pera) lo llaman marmelo y marmelada a la conserva elaborada con él. Los ingleses lo adoptaron aplicándolo a todas las preparaciones elaboradas con frutas cítricas o acompañadas de otras frutas. Este producto recibe diferentes nombres en algunos países. En Gran Bretaña, principal fabricante y consumidor de estas conservas. Distinguen cuatro especialidades: Jam, preserve, jelly y mermelade. Las dos primeras son técnicamente similares, diferenciándose que en la primera, la fruta esta triturada y en la segunda aparece en grandes trozos. "Jelly" se denominan productos obtenidos de jugos o extractos de frutas. Finalmente se denominan "mermelades" cuando en la masa se incluyen trozos de frutas o tiras de cortezas cítricas1. Una mermelada debe presentar un color brillante y atractivo, reflejando el color propio de la fruta, el gel no debe ser demasiado rígido, de forma que pueda esparcirse bien y debe tener, por supuesto, un marcado sabor a fruta.
1 LÓPEZ, J. Generalidades sobre la elaboración industrial de mermeladas. [en linea]:http//: www.virtual.unal.edu.co
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La conservación de este producto se basa en las características de las materias primas que se emplean, los efectos que se ejercen sobre los microorganismos potencialmente deteriorantes y un bajo valor de pH del producto final. La materia prima empleada son las frutas, y estas en su mayoría se caracterizan por ser ácidas con un valor de pH que oscila entre 2,8 a 3,8. Esta propiedad limita el desarrollo de microorganismos (MO) patógenos, siendo las mermeladas atacables por hongos y levaduras. El tratamiento de concentración se hace a temperaturas que pueden variar entre 85 y 96ºC (para Bogotá) durante períodos de 15 a 30 minutos cuando menos. Este tratamiento térmico elimina de manera importante formas vegetativas de MO y la mayoría de esporuladas2. 1.1 MATERIAS PRIMAS E INSUMOS Los ingredientes que se incluyen en la elaboración de mermeladas son frutas, agentes edulcorantes, gelificantes, acidificantes y otros aditivos permitidos por la legislación de cada país. Teniendo en cuenta que este estudio se refiere exclusivamente al desarrollo de un prototipo (modelo a escala) del proceso de producción de una mermelada hipocalórica utilizando extracto de Stevia, a continuación se presentan las materias primas e insumos necesarios para su elaboración: 1.1.1 Edulcorante. La Stevia rebaudiana es una Astareceas (planta herbácea y perenne) de la familia de los crisantemos, crece como arbusto salvaje en el
2 DIAZ, M. Manual del ingeniero de Alimentos. Grupo Latino Editores. Colombia. 2006. 483 p.
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suroeste de Brasil y Paraguay. En 1887 es descrita por primera vez por el científico Antonio Bertoni.
Fuente: http://www.encolombia.com/medicina/materialdeconsulta/incauca cultivo.htm
1.1.1.1 Historia. La Stevia rebaudiana Bertoni es una planta herbácea originaria del nordeste paraguayo en la región de la Cordillera de Amambay. Su cultivo se ha extendido hasta el sur de Brasil y el nordeste y noroeste argentinos. En la actualidad los principales productores son: Japón, China Taiwán, Tailandia Corea, Brasil, Malasia y Paraguay3. Los indios guaraníes paraguayos la conocían originariamente como "Caá-Hê-é" o "Kaá-éhê" (hierba dulce) y resulta razonable suponer que la usaban para endulzar sus comidas y bebidas.
Los colonizadores españoles no la incorporaban en sus bebidas y alimentos ya que preferían usar la miel como edulcorante. No desarrollaron la comercialización de la hierba a diferencia de lo sucedido con la hierba mate (lo
3 GUTIERREZ, A. Redescubriendo la dulzura edulcorantes extraídos de la Stevia [en línea]:http//:www.planthogar.net
Imagen 1. Planta de Stevia rebaudiana
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más probable es que uno de los factores predominantes haya sido la dificultad de cultivar la Stevia).Esta planta fue descrita por primera vez en la literatura científica por el Dr. Moisés Santiago Bertoni en 1899. En 1900 el químico paraguayo Ovidio Rebaudi, en cuyo homenaje Bertoni bautizo la planta, logra aislar dos principios activos: uno extremadamente dulce y uno amargo, siendo el primero de ellos el que más atrajo el interés de los investigadores. Luego de su descripción y las publicaciones originadas por Bertoni y otros, se dio a conocer esta planta en Europa, Asia y Estados Unidos, despertando el interés de los investigadores en estos continentes. Recién hacia 1955 los japoneses comienzan a desarrollar cultivos (inicialmente en el Paraguay), fue llevada al Japón en 1964 por sus propiedades edulcorantes y ya en 1970 se comenzó la producción del steviosido, hoy ampliamente consumido en el mundo oriental. El edulcorante obtenido tenía un sabor residual amargo por lo que se optimizaron los procesos para eliminar los componentes que impartían ese sabor fue ahí donde se obtuvo por mejoramiento genético la variedad Morita, en honor de Toyosigue Morita quien la desarrolla. Esta variedad da mayores rendimientos de hoja seca y mejor contenido químico de éstas4. 1.1.1.2 Origen en Colombia. Se tienen informes de su llegada al Valle del Cauca y Antioquia iniciando la década de los 90, desconociéndose su procedencia y año de introducción. En el año 1994 Cordicafe y la Secretaria de Agricultura de Antioquia, suscribieron un convenio de cooperación con la empresa JAIDO LTDA. del Japón, a través del cual importaron material vegetal proveniente de Bolivia con el fin de observar su adaptabilidad al medio tropical. En el mes de abril de 1994, se trajeron los primeros plantines y esquejes de Stevia Rebaudiana variedad Morita. Luego de cumplir la cuarentena exigida por
4 LÓPEZ, L. Y PEÑA, L. Plan estratégico para la creación de una empresa dedicada a la producción y comercialización de edulcorante a base de Stevia. Pontificia Universidad javeriana. Tesis 2004
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el ICA, sirvieron como material de multiplicación para la siembra, adaptación y ajuste de tecnología en cuatro localidades del departamento de Antioquia y de esta forma dar cumplimiento a los objetivos del convenio JAIDO - DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA. Un año más tarde Cordicafe decidió no continuar con los ensayos, ya que para ellos no cumplía el objetivo para diversificar en la zona cafetera. La Secretaria de Agricultura continuó con los ensayos y para ello estableció parcelas en clima frío medio y cálido.
La Stevia traída inicialmente a Colombia procedía de un material mejorado por Toyosigue Morita, el cual mostraba mayor rendimiento y mejor calidad del producto final, pero baja tolerancia a septoria (enfermedad de las hojas). Para finales de 1995 ASOSTEVIA trajo esquejes del Japón de una nueva selección hecha por el señor Morita, la cual mostraba mayor tolerancia a esta enfermedad.
En Colombia la Secretaria de Agricultura de Antioquia continuo asesorando a un grupo de productores y de esta forma logro establecer las pautas técnicas para el cultivo de la Stevia en el país. Para tal fin, y de común acuerdo entre las partes, se realizaron ensayos en los municipios de Arboletes, Bello, Santo Domingo y Urrao, teniendo de esta forma un cubrimiento de los diferentes pisos térmicos5. 1.1.1.3 Cultivo de la Stevia. Hoy día se cultiva en algunas regiones de Antioquia, Meta, Tolima, Valle y comienza su cultivo en Norte de Santander en donde se está adaptando a suelos arroceros como cultivo de rotación6. La producción de hoja seca alcanza las 9 ton/ha. La planta es herbácea, tallo erecto que forma varias ramas por cepa, raíz pivotante, alcanza los 90cm. de altura.
5 MARTINEZ,T. La hierva dulce (Stevia rebaudiana) [en línea]: http//:www.planthogar.net 6 LEÓN, G. Corpoica abre el panorama para los cultivos de Stevia [en línea]: http//:www.elcolombiano.com
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Imagen 2. Cultivo de Stevia Fuente:http://www.gobant.gov.co/organismos/sagricultura/documentos/prensentaci%F3n%20stevia.ppt • Clima. En la zona tropical la Stevia presentó un amplio rango de adaptación,
desde los 0 a los 1900 metros sobre el nivel del mar, pero es en los climas cálidos donde se obtiene calidad de hoja. La climatología sugerida para el cultivo de Stevia en el trópico es la siguiente: Altitud 300 a 1200 m.s.n.m Precipitación 1000 a 2000 mm Temperatura 24 C a 28C Humedad relativa 78 C a 85 Vientos: Moderados Horas luz: En su estado natural requiere 13 horas luz día, pero la experiencia en el trópico indica que puede cultivarse con éxito. La condición de baja luminosidad hace que la planta de Stevia presente ciclos mas cortos en la floración, (son más bajos en el trópico que en su país de origen) este ciclo oscila entre los 25 a 45 días dependiendo de las condiciones de precipitación, temperatura y luminosidad astronómicamente posible.
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De acuerdo con lo anterior en Colombia es posible obtener entre seis y siete cortes al año, lo que compensaría con creces los rendimientos por hectárea de acuerdo a los rendimientos obtenidos por hectárea en la zona subtropical.
• Suelos. Los suelos deben tener buen drenaje, ser fértiles, con buen contenido de materia orgánica, ligeramente ácidos (pH entre 5.5 a 6.5) y corresponden a texturas arenosas, franco-arenosos, o francos o franco arcillosos; deben evitarse los suelos arcillosos.
• Reproducción. La reproducción por semilla no es recomendable por la gran
variabilidad fenotípica, lo cual se traduce en una menor calidad de la hoja. La reproducción se hace vegetativamente, con el fin de conservar las características genéticas, por medio de esquejes. El promedio de enraizamiento de estos es superior al 95%. Se ha experimentado con éxito la reproducción por meristémos y a pesar de su altos costos, se justifica para la obtención de plantas madres fitosanitariamente sanas.
• Riego. El riego es fundamental en la Stevia pues ella no soporta periodos
largos de sequía. Se recomienda utilizar el riego por goteo, el cual puede aprovecharse para la aplicación de los fertilizantes líquidos. Experiencias de campo han comprobado que el riego por aspersión aumenta los problemas fitosanitarios lo cual llevó a descartar este tipo de sistema.
El sistema consiste en dos líneas de riego por era con emisores cada 30 cm, la lámina de agua a aplicar varia entre 2 a 6 mm dependiendo de las condiciones del suelo y el clima de cada localidad donde se piense sembrar.
• Cosecha. En las condiciones tropicales del departamento del Valle del
Cauca se registraron 5 cosechas en el año de 1995, del mes de febrero al mes de septiembre, no existiendo regularidad entre el tiempo transcurrido
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entre cada una de ellas. Estas han variado entre 30 y 45 días siendo más corto el tiempo entre las primeras, mas largo en las de mediados de año, para decrecer nuevamente al final del año. Se deben tener en cuenta los siguientes criterios para la ejecución de esta labor así:
La cosecha debe hacerse cuando se presente un máximo de un 5 % de los botones florales, pues esto afecta la calidad del producto final.
Se hace corte parejo de todas las plantas, procurando que en promedio queden 2 a 3 pares de hojas, lo cual se logra haciendo el corte entre los 6 a 8cm. de la superficie del suelo.
1.1.1.4 Obtención del extracto de Stevia. Hay un gran número y variedad de patentes de procesos de extracción del esteviosido, los cuáles se pueden clasificar en: aquellos basados en un solvente (Haga 1976, Bondarev 2001, Morita 1978), procesos de membrana (Kutowy 1999, Wea – Shang Fuh 1990), adsorción cromatográfica (Itagaki 1979, Dobberstein 1982, Kolb 2001), intercambio iónico (Uneshi 1977, Giovanetto 1988, Payzant 1999), precipitación selectiva (Matsushita y Kitahara 1981, Kumar 1986) y fluidos supercríticos (Kienie 1992). Un proceso de extracción tradicional podría resumirse en los siguientes pasos: • Extracción con agua o solventes orgánicos • Filtración • Precipitación de impurezas • Purificación con resinas de intercambio iónico • Cristalización • Secado
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Las hojas secas de Stevia (preferiblemente finamente trituradas) son colocadas en un tanque para ser combinadas con agua u otro solvente orgánico. Existen diversos criterios respecto a la temperatura del solvente, se puede usar a temperatura ambiente, otros inventores recomiendan bajar la temperatura y otros por el contrario calientan el solvente. El extracto obtenido pasa por un proceso de filtración donde se retienen las partículas en suspensión, en este proceso se puede hacer uso de dos o más filtros, los más comunes son los de arena y los de carbón activado.
El flujo continua con el tanque clarificador (floculación / coagulación), en el cual se separan los componentes endulzantes del resto de la mezcla. El uso de sustancias como la cal o sulfato de aluminio genera que estos componentes no deseados se precipiten al fondo del tanque. En el siguiente paso se hace uso de resinas de intercambio iónico. Este proceso se lleva a cabo haciendo pasar el liquido a través de una o varias columnas en cuyo interior contienen lechos de resina para intercambio iónico.
Después de haberse cumplido el proceso anterior se obtiene edulcorante a base de Stevia en su forma líquida. Para obtener edulcorante en polvo se continúa con el evaporador cuya finalidad es liberar gran cantidad de agua y facilitar la cristalización. Luego del cristalizador el producto pasa al secador para reducir la humedad del producto. Por último se pasa al molino para pulverizar y mezclar con lactosa, maltodextrina o dextrosa. 1.1.1.5 Propiedades. Algunos de los efectos benéficos de la Stevia incluyen: no afecta los niveles de azúcar sanguíneo, por el contrario, estudios han demostrado sus propiedades hipoglucémicas, mejora la tolerancia a la glucosa y es por eso que es recomendado para los pacientes diabéticos. Además de esto posee actividad antibiótica, especialmente contra las bacterias E. coli,
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Staphylococcus aureus, y Corynebacterium difteriae así como también contra el hongo Cándida albicans. La hoja de la stevia, en su estado natural, posee gran cantidad de nutrientes que en orden de concentración son: • Más del 50%: carbohidratos de fácil asimilación. • Más del 10%: fibras, polipéptidos (proteínas vegetales) • Más del 1%: lípidos. • Entre el 0.3 y 1%: calcio, magnesio, fósforo y potasio. • Menos del 0.3%: cromo, cobalto, hierro, manganeso, selenio, silicio, zinc. • Indicios de acido ascórbico: aluminio, beta caroteno C, estaño, riboflavina. Entre los glucósidos, se encuentra en mayor proporción el esteviosido generalmente entre 5 a 10% del peso de la hoja y en menor medida, del orden de 2 a 3% rebaudosidos A, B, C, D, E, dulcosido A y B, y esteviolbiosido. De esta manera puede verse que el producto industrial extraído de la stevia es en realidad una combinación de varios glucósidos cuyas cantidades varían en función de la variedad, de los climas y de los terrenos, pero es el esteviosido el principal y más abundante componente, cuyas características son:
Figura 1. Formula estructural del esteviosido
Fuente: www.fao.org
PM = 804.80 Fórmula: C38H60 018
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Los cristales de Stevia en estado de pureza funden a 238 °C. No fermenta, es soluble en agua, alcohol etílico y metilico, no es hidrolizable por emulsión, no se metaboliza en el organismo, por lo tanto no genera calorías. Es estable en un rango amplio de pH: de 3 a 9 aún a 100°C. Por encima de pH 9 se produce una rápida pérdida del dulzor. En bebidas gasificadas que incluyen en su composición ácido cítrico y fosfórico, se reportan pérdidas del 36% y 17% respectivamente cuando se almacena a 37°C. La stevia en su forma natural es 10 a 15 veces mas dulce que el azúcar común de mesa (1 c.c. = 15 g). Mientras que los extractos de stevia tienen un potencial endulzante de 100 a 300 veces mayor que la del azúcar. El extracto en su forma liquida tiene un poder endulzante aproximadamente 70 veces mayor que la sacarosa, mientras que los extractos refinado de stevia, llamados esteviosidos (polvo blanco conteniendo 85 – 95% de esteviosido) son 200 a 300 veces mas dulce que la sacarosa7. • Dulzor. 1 taza de azúcar equivale a 1 ½ a 2 cucharadas de la hierba fresca
o ¼ de cucharadita del extracto en polvo. • Estabilidad térmica. es estable a temperaturas de hasta 200ºC, por lo
tanto no presenta alteraciones a temperaturas normales de procesamiento de alimentos.
• Sinergismo. con aspartame, sacarosa, glucosa, fructosa y sacarina. • Usos. en gomas de mascar, caramelos, premezclas de tortas, bebidas de
bajo contenido calórico, salsas, productos medicinales y de higiene bucal.
7 LÓPEZ, L. Y PEÑA, L. Plan estratégico para la creación de una empresa dedicada a la producción y comercialización de edulcorante a base de Stevia. Pontificia Universidad javeriana. Tesis 2004.
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• Toxicidad. se considera que es un edulcorante aparentemente seguro ya
que existe la evidencia de su uso durante varias centurias tanto en el empleo de la hoja como de los extractos crudos y no se observan evidencias de toxicidad aguda y subaguda8.
La LD 50, que es la dosis que se requiere para la mortalidad a 50% de los sujetos (ratones), ha sido establecida por vía oral en 15 g / Kg. corporal. Si trasladamos esto a humanos, un adulto que pesa 60 Kilos debe consumir 900 gramos de steviosidos. Los que equivale a aproximadamente a consumir 225 Kilos de azúcar de caña si consideramos que los steviosidos son entre 200 y 250 veces mas dulces que la azúcar de caña., hay estudios que indican que el consumo per capita que se puede esperar de Steviosidos es de alrededor de 300 mg. por día. Actualmente, el consumo diario permitido de éste extracto es de 0 – 2 mg / Kg de peso corporal9.
1.1.2 Fruta. La calidad final de la mermelada va a depender necesariamente de las características de sanidad, madurez y composición de las frutas que se empleen. Las frutas destinadas a la elaboración de mermeladas deben estar sanas. Si se emplean frutas con principios de descomposición en las que sus características de color, aroma o sabor hayan cambiado, deben ser descartadas. Estos cambios generalmente se producen por hallarse rotas, magulladas, o sobremaduras. Cualquiera de estos estados favorece el desarrollo de microorganismos.
8 GUTIERREZ, A. Redescubriendo la dulzura edulcorantes extraídos de la Stevia [en línea]:htt.//:www.planthogar.net 9 JECFA. Edición en línea: “Compendio de especificaciones para aditivos alimentarios”. [en línea]: http//:www.fao.org.
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El grado de madurez de las frutas influye en las características fisicoquímicas y sensoriales del producto final. Es así como las frutas pintonas no han desarrollado completamente su color, aromas y sabores característicos. A su vez las frutas sobremaduras poseen poca pectina en estado apropiado para contribuir a la gelificación de las mermeladas. Es deseable conseguir frutas de variedades que posean características de color, aroma y sabor fuertes. Además que su contenido en pectina y el rendimiento en pulpa sean altos. 1.1.2.1 PIÑA • Generalidades
Imagen 3. Piña (Ananas comosus) Fuente: http://www.huitoto.udea.edu.co/frutastropicales/piña.html Planta herbácea hasta de 1,5 m de altura. Tallo vertical, corto, robusto con hojas alargadas, de bordes lisos espinosos, provistas de células especializadas en almacenar agua. Raíces cortas, delgadas, con muchas raicillas superficiales que se renuevan constantemente. Del centro de la planta sale un eje (escapo) que sostiene una inflorescencia o espiga con brácteas verdes o rojas, de las cuales brotan las flores de color blanco o violeta claro de las que más tarde se formaran los frutos. Las plantas se autofecundan. El fruto es generalmente
Tipo: Fruta Nombre común: Piña Origen: América Familia: Bromelaceae Genero: Ananas Especie: comosus.
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den forma de cilindro, pero en varias especies es oval o cónico de color verde amarillento, rojizo o amarillo oro según la variedad y el estado de madurez. El corazón es bastante grueso sobre todo en las variedades de carne blanca10. Por su contenido en bromelina, que esta formada por tres enzimas combinadas (bromelina, extranasa y ananasa), resulta muy adecuada para la circulación ya que este componente disuelve los coágulos que puedan formarse y fluidifica la sangre. Esto es una buena manera de evitar problemas circulatorios como trombosis, ataques cardiacos, y al mismo tiempo disminuir la hipertensión. La piña es un buen diurético, además de asparagina, contiene potasio que neutraliza el sodio, ácido cafeico y arginina. Todos ellos ayudan a eliminar agua del cuerpo, por lo que evitan la formación de edemas o retención de líquido en el organismo y pueden resultar útiles, además de rebajar peso, en bastantes afecciones que están relacionadas con la retención de agua en el cuerpo: gota, ácido úrico, artritis, etc11.
• Variedades. La producción de piña en Colombia se basa principalmente en
tres variedades: cayena lisa, manzana y perolera, aunque existen otras cuya producción no es significativa: piamba, de agua, de clavo, cambray, hormona y huitoto.
10 CASTAÑEDA, R. Aspectos técnicos y análisis de calidad de tres variedades comerciales de piña. Universidad De La Salle: Tesis 1998. 11 FERRUCCI, F. Estudios de mercado para frutas y hortalizas seleccionadas. [en línea]: http//:www.sica.gov.ec
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Cuadro 1. Características de las variedades de piña cultivadas en Colombia.
Variedad Características Cayena lisa Manzana Perolera
Peso (Kg.) 1.97 1.95 2.02 Diámetro (cm.)
Apical Medio Basal
9.68 13.13 10.43
10.08 13.35 11.93
10.68 14.28 11.08
Longitud 16.58 16.93 15.30 Longitud corona 16.58 20.21 16.28 Profundidad ojos 0.95 0.93 1.23 Diámetro eje central 3.33 3.70 3.55 Pulpa (%) 65.93 67.30 61.89 Corteza (%) 31.88 29.55 34.05 Jugo (%) 50.13 52.78 49.60 ºBrix 15.95 13.83 13.25 Acidez (%) 0.58 0.56 0.52 ºBrix / acidez 27.50 24.7 25.48 Fibra (%) 0.49 0.51 0.56 Color de pulpa Amarillo
brillante Rosado pálido
Amarillo
Fuente:http://huitoto.udea.edu.co/FrutasTropicales/pina.html
Variedad Cayena lisa (Ananas comosus L. Meer)
Características externas: Las hojas son lisas, no presenta espinas a lo largo de los bordes de las hojas, excepto en la base y en la punta. Tiene forma cilíndrica y ojos superficiales, el color de su corteza es amarillo claro y es de menor tamaño que las otras variedades.
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Características internas: La pulpa es de color amarillo pálido, de poca fibra, bajo contenido de acidez y corazón delgado.
Zonas de producción en Colombia: Las principales zonas en que se cultiva ésta variedad son: (Cuadro 2)
Cuadro 2. Zonas productoras de piña variedad Cayena Lisa Departamento Municipio
Valle del Cauca Buga, Roldadillo, Florida, Caicedonia, Alcalá y Cartago
Cauca Carloto, Santander de Quilichao
Risaralda Pereira, Belen de Umbria
Fuente: Castañeda, R. 1998. Universidad de la Salle: Tesis. Aspectos técnicos y análisis de calidad de tres variedades comerciales de piña.
Variedad Manzana (Ananas comosus L. Meer)
Características externas: Presenta una variabilidad genética muy significativa y factores numerosos entre otros: corona múltiple (fasciación), forma irregular, pedúnculo largo, sus hojas no presentan espinas en los bordes, el fruto es de color rojo cobrizo cuando madura, sus ojos son menos profundos.
Característica internas: tiene un contenido medio de fibra, es dulce y su pulpa es blanda de color rosado pálido.
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Zonas de producción en Colombia: Las principales zonas en que se cultiva ésta variedad son: (Cuadro 3)
Cuadro 3. Zonas productoras de piña variedad Manzana Departamento Municipio
Valle del Cauca Restrepo, Florida y Palmira
Cauca Carloto, Santander de Quilichao
Risaralda Pereira, Belen de Umbria y Cerritos
Fuente: Castañeda, R. Universidad de la Salle: Tesis 1998. Aspectos técnicos y análisis de calidad de tres variedades comerciales de piña.
Variedad Perolera (Ananas sativus, schultes filius)
Características externas: Se caracteriza por la talla grande, con
pesos que van desde 1.5 a 3.0 Kg. forma cónica eje central (corazón) muy grueso, carente de espinas en las hojas, de ojos algo profundos y corona única.
Características internas: Su pulpa es amarilla y de buena calidad, sus grados brix, con tres cuartos de maduración están entre 11 y 14.
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Composición Nutricional
Cuadro 4. Composición nutricional de la piña variedad Perolera.
Componente
Contenido en 100 g
Agua 85.9 g Proteínas 0.3 g Carbohidratos 13 g Grasas 0.1 g Cenizas 0.5 g Calcio 21.00 mg Fósforo 10.00 mg Hierro 0.40 mg Tiamina 0.90 mg
Riboflavina 0.03 mg Niacina 0.20 mg Vitamina C 12.00 mg Calorías 51.00 mg
Fuente: www.frutasyhortalizas.com.co
Producción La producción de piña en Colombia es de 322.000 tn, de las cuales el departamento de Santander participa con dos terceras partes del volumen obtenido, el municipio de Lebrija se produce la mitad del volumen nacional, Seguido por Rionegro y Girón. El segundo departamento en producción es el Valle, con el quince por ciento12.
12 CARVAJAL, L. producción, transformación y comercialización de pulpas de frutas tropicales. [en línea]: http//:huitoto.udea.edu.co
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Cuadro 5. Zonas productoras de piña variedad Perolera. Municipio Año 2003
Área sembrada (has)
Producción (Ton.)
Rendimiento (Kg./ha)
Antioquia 60 1.530 25.674 Bolívar 260 3.900 15.000 Caquetá 195 1.766 9.056 Casanare 35 862 24.629 Cauca 268 4.342 16.200 Chocó 46 1.034 22.478 Cundinamarca 55 2.200 40.000 Huila 199 3.288 16.523 Meta 254 9.550 37.600 Nariño 161 2.842 17.652 Norte de Santander
102 4.520 44.314
Putumayo 318 2.991 9.406 Quindío 85 4.900 57.647 Risaralda 120 9.600 80.000 Santander 6.085 271.768 44.662 Tolima 35 897 25.629 Valle 1.020 65.898 64.604 Vaupes 137 959 7.000 Total Piña 9.435 392.848
Fuente: Secretarias de Agricultura Departamentales-URPAS´s, UMATA´s, Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural.
Teniendo en cuenta las propiedades anteriormente presentadas esta fue la variedad a utilizar en el desarrollo de este proyecto.
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Tipo: Fruta Nombre común: Maracuyá Origen: América Familia: Pasiflorácea Genero: Pasiflora
1.1.2.2 MARACUYA • Generalidades Imagen 4. Maracuya (Pasiflora edulis)
Fuente: http://www.huitoto.udea.edu.co/frutastropicales/maracuya.html Árbol mediano de tallo leñoso, de 3 a 8 m de altura. Hojas: unifoliadas de color verde pálido, de forma oblonga, punta obtusa, márgenes subcerrados, pecíolo corto y alado. Glándulas que contienen aceites esenciales. Flores: axiales, solitarias o en racimo. Pétalos blancos con manchas púrpuras o rosadas. Fruto: ovoide o elíptico. Piel delgada lisa o rugosa. Pulpa abundante, más o menos ácida. • Variedades. Según la bibliografía consultada existen dos variedades de
Maracuyá cultivadas en Colombia:
Maracuyá rojo o morado. (Passiflora edulis sims) presenta frutos pequeños de color rojo. Esta variedad crece y se desarrolla en zonas templadas.
Maracuyá Amarillo. (Passiflora edulis flavicarpa) presenta frutos vistosos de color amarillo con diversas formas. Esta variedad crece y se
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desarrolla muy bien en zonas bajas. Es una planta más rústica y vigorosa que el Maracuyá púrpura.
Composición Nutricional
Cuadro 6. Composición nutricional del maracuya amarillo
Componente
Cantidad en 100 g
Valor energético 78 calorías Humedad 85g Proteínas 0.8 g Grasas 0.6 g Carbohidratos 2.4 g Fibra 0.2 g Cenizas Trazas Calcio 5.0 mg Fósforo 18.0 mg Hierro 0.3 mg Vitamina A activada 684 mcgr Tiamina Trazas Riboflavina 0.1 mg Niacina 2.24 mg Acido Ascórbico 20 mg
Fuente:http://huitoto.udea.edu.co/FrutasTropicales/maracuya.html
Producción: Las principales zonas en que se cultiva ésta variedad son13:
13 CARVAJAL, L. producción, transformación y comercialización de pulpas de frutas tropicales. [en línea]: http//:huitoto.udea.edu.co
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Cuadro 7. Zonas productoras de maracuya amarillo Municipio Año 2003
Área sembrada
(has)
Producción (Ton.)
Rendimiento (Kg./ha)
Antioquia 127 2.9581 23.291 Caldas 198 3.844 19.414 Cesar 444 7.031 13.084 Córdoba 501 7.895 15.757 Cundinamarca 250 5.000 20.000 Huila 1.206 23.976 19.881 La Guajira 20 400 20.000 Magdalena 269 2.421 9.000 Meta 579 10.359 17.900 Nariño 28 280 10.000 Norte de Santander 83 1.237 14.988 Quindío 7 115 15.862 Risaralda 32 616 19.250 Santander 295 7.495 25.407 Tolima 86 1.008 11.721 Valle 964 21.989 22.801 Total Maracuyá 5.089 96.623
Fuente: Secretarias de Agricultura Departamentales - URPAS´s, UMATA´s, Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural.
1.1.3 Gelificantes. Las substancias capaces de formar geles se han utilizado en la producción de alimentos elaborados desde hace mucho tiempo. Entre las sustancias capaces de formar geles está el almidón, La gelatina, obtenida de subproductos animales que solamente forma geles a temperaturas bajas, por lo cual cuando se desea que el gel se mantenga a temperatura ambiente, o incluso a temperaturas más elevada, debe recurrirse a otras substancias. El almidón actúa muy bien como espesante en condiciones normales, pero tiene tendencia a perder líquido cuando el alimento se congela y se descongela.
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Industrialmente se utilizan también otras sustancias, bastante complejas, obtenidas de vegetales o microorganismos indigeribles por el organismo humano. Por esta última razón, al no aportar nutrientes, se utilizan ampliamente en los alimentos bajos en calorías. Algunos de estos productos no están bien definidos químicamente, pero todos tienen en común el tratarse de cadenas muy largas formadas por la unión de muchas moléculas de azúcares más o menos modificados14.
1.1.3.1 Pectina. Es un carbohidrato purificado, obtenido del extracto diluido en ácido, de la porción interna de la corteza de los frutos cítricos. La pectina está presente en mayor o menor grado en todas las frutas, en algunas raíces como la remolacha y zanahoria, y algunos tubérculos. Hoy en día su uso esta muy extendido en la industria transformadora de frutas debido a su propiedad funcional de gelificación en medio ácido azucarado. Otras y numerosas propiedades de la pectina son la gelificación en medio menos ácido y en presencia de calcio, el poder espesante y la capacidad de suspensión. Las pectinas son polímeros del ácido galacturónico cuya estructura es la siguiente:
Figura 2. Estructura de las pectinas de alto y bajo metoxilo
PECTINAS DE ALTO GRADO METOXILO (CooMe) SU GRADO DE ESTERIFICACION (GE) ES SUPERIOR AL 50%
Por ejemplo esta pectina tiene 60% GE
PECTINAS DE BAJO GRADO METOXILO SU GRADO DE ESTERIFICACION (GE) ES INFERIOR AL 50%
Por ejemplo esta pectina tiene 40% GE 14 DIAZ, M. Manual del Ingeniero de Alimentos. Colombia. Grupo Latino Editores. 20006. 483p.
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Fuente: www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomía Las pectinas se distinguen por dos características relacionadas con su estructura bioquímica: 1. EL GRADO DE ESTERIFICACION del ácido galacturónico, que está en relación directa con su peso equivalente. 2. LA LONGITUD DE LAS CADENAS MOLECULARES, que está en relación directa con el peso molecular. El comportamiento y aplicaciones prácticas de los diferentes tipos de pectinas se explican según los valores de estas dos características. Según el grado de esterificación por ejemplo, las pectinas se clasifican como de alto o bajo metoxilo. Las pectinas de bajo metoxilo (LMP, Low Methoxyl Pectins) presentan esterificación menor del 50% y ayudan en la gelificación con la sola presencia de iones calcio. Las pectinas de alto metoxilo (HMP, Hih Methoxyl Pectins) poseen grupos carboxilo esterificados en más del 50%. • Pectinas de bajo metoxilo. Al contrario de las pectinas de alto metoxilo
las pectinas de bajo metoxilo (LM) forman geles termorreversibles por interacción con el calcio presente en el medio; el pH y la concentración de sólidos son factores secundarios que influyen en la velocidad y la temperatura de gelificación y además en la textura final del gel.
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En efecto estas pectinas tienen la propiedad de formar gel cuyo soporte esta constituido por una estructura reticular de pectinatos de calcio, mientras su contenido de sólidos solubles puede bajar hasta 2%, y el valor de pH acercarse a la neutralidad para la gelificación, por esto, la sola presencia de la pectina y de las sales de calcio es necesaria y suficiente.
El comportamiento de las pectinas de bajo metoxilo está, como para las otras pectinas, influenciado por varios factores, entre los cuales el azúcar y el ácido que, si bien no son necesarios, condicionan las dosis de los componentes para la óptima gelificación. Entre estos factores están:
1. El grado de esterificación de la pectina
2. El peso molecular de la pectina 3. Los ºBrix del producto
4. El valor del pH del producto.
5. La cantidad de sales de calcio presente en los componentes.
La dosis de pectina, que generalmente se determina por pruebas con pequeñas cantidades de materias primas disponibles, está normalmente comprendida entre 0,3 y 2% del peso final del producto. Las modalidades de empleo práctico no difieren de las empleadas con pectinas de alto metoxilo, y como para estas, hay que tener un máximo cuidado en su perfecta disolución para la completa utilización del poder gelificante. Estas pectinas también tienen un amplio rango de temperaturas para la gelificación el cual oscila entre 38 y 100 ºC, de pH entre 2.5 a 6.5 y °Brix de 0 a 80.
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1.1.3.2 Carrageninas. Las carrageninas son extractos de las algas marinas rojas, que se encuentran en varias partes del mundo. Los extractos de estas algas son en su forma primaria, polisacáridos sulfatados con un contenido variable de esteres, que dan a los tres tipos básicos de carrageninas (kappa, iota, lambda) sus únicas e interesantes propiedades. • Estructura. Las carrageninas tienen características estructurales
comunes: unidades repetidas de azúcar basada en galactosa, glicosidicamente enlazadas a lo largo de posiciones alternas 1,3 y 1,4. Este enlace da a las carrageninas gelificantes (kappa, iota), un efecto helicoidal, el cual, a su vez, permite que dos moléculas de idéntica carragenina formen una doble hélice tipo “DNA”.
Las unidades repetidas del disacárido básico, para los tres tipos de carragenina, se dan en el siguiente cuadro:
Cuadro 8. Tipos de Carragenina
Carragenina Unidades repetidas. Kappa D-galactosa-4-sulfato 3,6 anhidra-D-galactosa Iota D-galactosa-4-sulfato 3,6 anhidra D-galactosa-
2-sulfato Lambda D-galactosa-2-sulfato D-galactosa-2,6-
disulfato Fuente: www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomía
Los pesos moleculares se encuentran generalmente en el rango de 100.000 a 500.000 Daltons. Las carrageninas kappa e iota forman gel, mientras que la fracción lambda es altamente viscoso y se utiliza básicamente para aplicaciones como espesante y suspensor.
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Con respecto al tipo de aplicación, en términos generales puede decirse que para procesos en donde se requiere gelificación, se necesitan carrageninas kappa y/o iota. Si se requiere viscosidad o suspensión, se aplica carrageninas lambda. Con frecuencia, una combinación de dos o tres carrageninas, producirá la textura deseada para un sistema alimenticio. Las carrageninas generalmente requieren un dispersante, un agente humectante, o medios mecánicos para su apropiada adición dentro del sistema. Esta es el área más crítica para las carrageninas, ya que simplemente verterla en el recipiente, producirá “ojos de pescado”. Estos son bolas de polvo, selladas por goma parcialmente hidratada y son difíciles de dispersar, una vez que se forman. Debe mantenerse agitación constante durante el proceso para asegurar la mezcla apropiada de los ingredientes. Altos niveles de azúcar (por ejemplo, aproximadamente 50% o más), retardan la completa solubilidad de la carragenina, debido a la solubilización/aglutinación del azúcar con el agua. Altos niveles de sal, por ejemplo, 2-3%, no retardarán la dispersión, pero a menudo, previenen la solubilización a las temperaturas normales del proceso. Se recomienda que la carragenina sea incorporada al medio, con anterioridad a la adición de altos porcentajes de azúcar o sal, para permitir una apropiada solubilización de los polisacáridos. En la práctica real, la carragenina se usa en sistemas con azúcar reducida y en sistemas que no contengan más del 2% de sal. El mejor rango de ph para el comportamiento de la carragenina, esta entre 4 y 10, siendo el nivel, para la mayoría de los sistemas alimenticios, por debajo de pH 7. Las fallas en el comportamiento son aceleradas, a medida que se reduce el pH, pero hay varios métodos aplicables, para minimizar este efecto del pH. Con técnicas HTST (alta temperatura, tiempo corto),
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UHT (ultra alta temperatura) y sistema de llenado aséptico, se logra minimizar estas fallas15. Al dispersarse en agua, se hincha y requiere de un ligero calentamiento para que se disuelva; la solución resultante presenta una viscosidad baja a temperaturas superiores a 60ºC, pero al enfriarse establece un gel, cuya calidad y rigidez depende de la concentración del polímero y de la cantidad de iones potasio, amonio o calcio que contengan. El mecanismo de gelificación, las moléculas de carragenina desarrollan estructuras helicoidales que a veces reaccionan entre si creando una red tridimensional. A temperaturas mayores que las del punto de fusión del gel se produce una agitación térmica que impide que se formen las hélices que por lo que la formación del polímero en solución es al azar. Posteriormente, cuando se enfría, se induce una transición de sol a gel que origina que se forme una estructura tridimensional en la cual las doble hélices son los puntos de unión de los polímeros (gel); al seguir enfriándose se favorece la agregación de las moléculas, lo cual da como resultado la formación final del gel (gel II); la rigidez del gel depende de la rapidez con que estas transiciones ocurran16.
1.1.3.3 Carboximetilcelulosa (CMC). Es el más abundante de todos los materiales orgánicos, forma parte de los tejidos fibrosos de las plantas. Además está presente en vegetales y otros alimentos. Es un éter de celulosa que se obtiene por reacción de la celulosa en medio básico con el ácido monocloroacético en presencia de álcali, posee las siguientes propiedades: • Disuelve fácilmente en agua fría y caliente. • Actúa como espesante, como agente de suspensión y estabilizador de
dispersiones.
15LÓPEZ, J. Generalidades sobre la elaboración industrial de mermeladas. [en línea]:http//: www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomía 16 BADUI, S. Química de los Alimentos. Pearson educación. México D.F. 1999. 648p.
48
• Retiene el agua. • Actúa como ligante y como coloide protector. • En productos dietéticos actúa como espesante, generador de volumen
intestinal y no aporta calorías. Estas propiedades de la CMC hacen que sea posible utilizarla en un amplio rango de aplicaciones en alimentos y otras industrias teles como: farmacéuticas, cosméticas, papel, entre otras17. 1.1.4 Conservantes. Son sustancias que se añaden a los alimentos para prevenir su deterioro, evitando de esta manera el desarrollo de microorganismos, principalmente hongos y levaduras. Los conservantes químicos más usados son el sorbato de potasio y el benzoato de sodio. 1.1.4.1 Benzoato de sodio. El Benzoato de Sodio es la sal sódica del ácido benzoico. Se encuentra en estado natural en muchas bayas comestibles. Comúnmente en la industria alimenticia se utilizan sus sales alcalinas (ej. Benzoato de Sodio) ya que el ácido benzoico es muy poco soluble en agua18. • Función: El ácido benzoico y los benzoatos son usados como conservantes en
los productos ácidos, ya que actúan en contra de las levaduras y las bacterias, mas no de los hongos (poco efectivos). Así mismo, son ineficaces en productos cuyo pH tiene un valor superior a 5 (ligeramente ácido o neutro). Las altas concentraciones resultan en un sabor agrio, lo cual limita su aplicación.
17 LÓPEZ, J .Generalidades sobre la elaboración industrial de mermeladas. [en línea]:http//: www.virtual.unal.edu.co 18 BADUI, S. Química de los alimentos. Pearson educación. México D.F. 1999. 648 p.
49
• Usos: Es comúnmente utilizado en: bebidas carbónicas, ensaladas de fruta, jugos, mermeladas, jaleas, caviar, margarinas, caramelos, pasteles de fruta, salsas etc19.
1.1.4.2 Sorbato de potasio. Es la sal de potasio del ácido sórbico ampliamente utilizado en alimentación como conservante. El ácido sórbico se encuentra en forma natural en algunos frutos. Comúnmente en la industria alimenticia se utiliza el Sorbato de Potasio ya que este es más soluble en agua que el ácido Sórbico. Es un conservante fungicida y bactericida20. • Usos. El Sorbato es utilizado para la conservación de tapas de empanadas,
pasta, pre-pizzas, pizzas congeladas, salsa de tomate, margarina, quesos para untar, rellenos, yogur, jugos, frutas secas, embutidos, vinos etc.
Este compuesto no debe ser utilizado en productos en cuya elaboración entra en juego la fermentación, ya que inhibe la acción de las levaduras. En caso de utilizar combinaciones de Sorbato de potasio con otros conservantes debe tenerse la precaución de no introducir iones calcio ya que se produce una precipitación. Por lo tanto en combinación con Sorbato de potasio utilizar Propionato de Sodio y no de Calcio para una óptima acción sinérgica.
• El Sorbato de Potasio puede ser incorporado directamente a los productos
durante su preparación o por tratamiento de superficies (pulverización o sumergido).
1.2 EVALUACIÓN SENSORIAL 19, 20 LÓPEZ, J .Generalidades sobre la elaboración industrial de mermeladas. [en línea]:http//: www.virtual.unal.edu.co
50
La evaluación sensorial es una herramienta altamente necesaria en todo el ámbito alimenticio, sirviendo como punto de control de calidad en industria, como técnica para el desarrollo de productos o metodología para la caracterización de productos nuevos o disponibles en el mercado. Es una herramienta útil para conocer la opinión de los consumidores, la cual es de relevante importancia en los mercados actuales. El producto en el mercado tendrá aceptación o no, podemos ver el grado de aceptabilidad de los mismos con herramientas simples y bien utilizadas. El Instituto de Tecnólogos de Alimentos de EEUU (IFT) define la evaluación sensorial como la disciplina científica utilizada para evocar, medir, analizar e interpretar las reacciones a aquellas características de alimentos y otras sustancias, que son percibidas por los sentidos de la vista, olfato, gusto y oído21.
1.2.1 Pruebas de aceptación. Las pruebas de aceptación se emplean para evaluar el grado de satisfacción o aceptabilidad del producto, con el fin de determinar en una serie de productos cuál es el más aceptable o el preferido. Debería recalcarse, sin embargo, que aceptabilidad y preferencia no suponen lo mismo. Por ejemplo, una persona puede preferir el producto A al producto B, pero en ese momento encuentra que los dos son inaceptables. En las pruebas de aceptación se emplean tres métodos principales para presentar las muestras: monádico, monádico secuencial y presentación apareada. 1. En la prueba monádica las muestras se presentan de una en una. 2. En la prueba monádica secuencial las muestras se presentan secuencialmente, para ser analizadas de una en una.
21 ANZALDÚA, A. La evaluación sensorial de los alimentos en la teoría y en la práctica. Zaragoza (España). Ed. Acribia S.A. 1994. 198 p.
51
3. En las pruebas apareadas se presentan dos muestras a la vez, generalmente pensando en alguna forma de comparación directa. En las pruebas de aceptación existen dos aspectos principales: 1. Medida de la aceptabilidad o grado de satisfacción. 2. Comparación de la aceptabilidad o preferencia. 1.2.1.1 Objetivos de la prueba de aceptación • Determinar el potencial de mercado del producto. Permite conocer las
condiciones de venta, el perfil socio-económico del comprador y su poder adquisitivo.
• Controlar la calidad de productos ya existentes, lo que permite asegurar la uniformidad del producto, comparar un alimento con sus competidores o asegurar su vida útil, independientemente del punto de fabricación y del lugar de venta.
• Conocer la aceptación de un nuevo producto en el mercado. Resulta de gran
interés saber qué opinión tienen los consumidores sobre él: la forma, el sabor, el tamaño, la relación calidad-precio o las características del envase. En este caso, los test afectivos son premisa esencial para evaluar las críticas de un consumidor que puede y debe mirar, tocar y degustar el alimento. Es fundamental que los catadores respondan a cuestionarios y evaluaciones que confirmen que las características del producto se ajustan –o incluso superan- las expectativas creadas y por supuesto mejoran las cualidades del producto competidor. En los productos optimizados, el cuestionario que debe responder el juez, tras la ingesta del alimento, debe orientarse a la percepción de diferencias achacables a los cambios acometidos.
52
• Identificar factores de especial importancia para el empresario. Sin género
de dudas, una de las mayores partidas presupuestarias de las empresas de alimentos va destinada a la búsqueda y mantenimiento de la competitividad de la empresa, el tipo de mercado al que va destinado y el volumen de ventas. Un producto puede llegar a venderse muy bien por su sabor, su precio y su aspecto externo, la promoción y las campañas publicitarias de lanzamiento y continuidad, su disponibilidad en almacenes y locales de venta habitual o, simplemente, por una combinación lineal de todos estos factores.
• Intentar la mejora, la optimización de un producto, una búsqueda
infatigable de las empresas. El término optimizar va unido a la manipulación del alimento: añadir, eliminar o modificar ingredientes y atributos. Si se quiere que un producto tenga éxito la premisa esencial es ofrecer al consumidor lo que desea. Por tanto, si se conoce su opinión y qué aspectos deben mejorarse la tarea se facilita enormemente.
• Averiguar, igualmente, el efecto de las campañas publicitarias y los
programas educacionales lanzados22.
1.2.1.2 Panel sensorial. Grupo de personas seleccionadas para participar en una prueba sensorial, los paneles de consumidores constituyen el mejor grupo para evaluar la aceptabilidad o preferencia de un producto o grupo de productos, ya que puede reclutarse un cupo que se ajuste al perfil de la población consumidora objetivo, en términos de utilización del producto, aspectos demográficos, etc. Cuando se emplean consumidores para estas pruebas, existen importantes pautas y códigos de práctica que seguir.
22 CARPENTER, R; LYON, D. Y HASDELL, T. Análisis sensorial en el desarrollo y control de la calidad de los alimentos. Zaragoza (España). Ed. Acribia S.A. 2002. 191p.
53
La aceptabilidad de un producto o grupo de productos puede llevarse a cabo ocasionalmente mediante un panel no entrenado, de al menos 50 personas, posiblemente formado, como panel «doméstico», por empleados de la empresa. Sin embargo, este panel no es normalmente representativo de la población objetivo de consumidores, por lo que sólo se emplearía para proporcionar un indicio inicial de aceptabilidad o como un estudio de «orientación al consumidor». Como siempre, el panel debe constituirse con personas que no conozcan la naturaleza del trabajo. Bajo ninguna circunstancia debe utilizarse un panel entrenado para evaluar la aceptabilidad o preferencia de un producto. El entrenamiento estimula la diligencia de los jueces para enfocar las medidas objetivamente y la generación de información sobre un conjunto de atributos del producto. De ellos ya no puede esperarse un comportamiento de consumidores inexpertos, que proporcionan juicios de valor sencillo y subjetivo 1.2.2 Prueba de clasificación hedónica. En esta prueba se le pide al juez que informe sobre el grado de satisfacción que le merece un producto, generalmente seleccionando una categoría en una escala «hedónica» o de satisfacción, que oscila desde “me disgusta muchísimo” a “me gusta muchísimo”. Una escala muy popular es la siguiente escala hedónica de nueve puntos:
1 Me gusta muchísimo
2 Me gusta mucho
3 Me gusta moderadamente
4 Me gusta ligeramente
5 Ni me gusta ni me disgusta
6 Me disgusta ligeramente
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7 Me disgusta moderadamente
8 Me disgusta mucho
9 Me disgusta muchísimo
A no ser que pueda demostrarse que las categorías de esta escala se hallan equitativamente espaciadas, la escala debe tratarse como una escala ordinal y no como una escala de intervalo. Sin embargo, es bastante común a la hora de analizar los datos, asignar valores de 1 a 9 a las categorías de la escala, asumiendo entonces que los intervalos son iguales. Si esto se asume, los datos pueden resumirse registrando «puntuaciones» medias del grado de satisfacción23. 1.3 VIDA ÚTIL La vida útil de un alimento se puede definir como el tiempo que transcurre entre la producción / envasado del producto y el punto en el cual se vuelve inaceptable bajo determinadas condiciones ambientales. La finalización de la vida útil de alimentos puede deberse a que el consumo implique un riesgo para la salud del consumidor, o porque las propiedades sensoriales se han deteriorado hasta hacer que el alimento sea rechazado. En este último caso la evaluación sensorial es el principal método de evaluación, ya que no existen métodos instrumentales o químicos que reemplacen adecuadamente a nuestros sentidos. El conocimiento de la vida útil de los productos alimenticios es un dato de interés, tanto para productores como para consumidores. Sin embargo, es el fabricante quien debe determinar el tiempo en que el producto mantiene sus
23 CARPENTER, P.; LYON, H. Y HASDELL, A. Análisis sensorial en el desarrollo y control de la calidad de los alimentos. Zaragoza (España). Ed. Acribia S.A. 2002. 191p.
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características en niveles aceptables, tarea que frecuentemente se realiza de manera empírica y con poca precisión. Las metodologías de determinación de vida útil exigen la consideración y conocimiento de diversos factores, siendo unas más complejas y exactas que otras. La importancia de conocer la vida útil de un alimento procesado puede enfocarse tanto desde el punto de vista del consumidor, como desde el punto de vista del fabricante. Para el consumidor, el tiempo de vida útil debe garantizar un nivel aceptable en la calidad del producto al momento de su compra y/o consumo. Asimismo, puede indicarle la fecha a partir de la cual el producto podría presentar deficiencias notables en sus características de calidad. Para el fabricante, el tiempo de vida útil constituye una manera de garantizar la satisfacción del consumidor hacia su producto, si éste es consumido antes de la fecha que marca la terminación de su vida útil. Por otro lado, definiendo el tiempo de vida del producto, el fabricante puede minimizar la incidencia de reclamos relacionados con la calidad del mismo. Los estudios de vida útil son además una herramienta empleada en actividades relacionadas con el desarrollo o la reformulación de productos24. Generalmente, los estudios de vida útil, como muchas otras actividades en el campo de los alimentos, se realizan en forma empírica y aleatoria, con muy pocas consideraciones científicas. Lo más frecuente es hacer las pruebas de vida útil basándose en lo que otros han hecho, sin tener en cuenta los objetivos específicos del experimento ni los fundamentos químicos que gobiernan las reacciones que causan el deterioro del producto y su calidad. Consideraciones ambientales, tales como niveles de humedad, temperatura y oxígeno son
24 BELLO, J. Ciencia bromatológica principios generales de los alimentos. Madrid (España). Ed. Diaz de Santos S.A. 2000. 568p.
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determinantes en un estudio de vida útil, siendo de suma importancia controlar su influencia sobre el producto y el sistema empaque - producto, para evaluar y evitar efectos insospechados. 1.3.1 Factores que la afectan. Puesto que la calidad de cualquier producto alimenticio se ve afectada por los distintos factores ambientales a su alrededor, su vida útil también se verá influenciada por dichos factores. Estos factores incluyen principalmente temperatura, humedad, nivel de oxígeno y luz. Los distintos métodos de procesamiento de alimentos, y los sistemas de empaque en que son colocados, determinan en buena medida los períodos de vida útil de los mismos. Sin embargo, los factores ambientales mencionados interactúan con dichos sistemas pudiendo acelerar o disminuir procesos de deterioro tales como crecimiento y actividad microbiana, reacciones físico - químicas en la maduración de frutas y verduras, actividad enzimática, rancidez (oxidación lipidica), degradación de vitaminas, especialmente A y C, y cambios en color y otras características físicas de los distintos productos. Esto hace entonces, que dichos factores deban mantenerse en niveles óptimos de acuerdo a las características de los alimentos y sus empaques, con el fin de minimizar su impacto sobre la calidad de los productos y garantizar la vida útil previamente definida para los mismos. 1.3.2 Consideraciones básicas en una prueba de vida útil. Aunque hay una serie de consideraciones que deben tomarse en cuenta en el diseño y desarrollo de una prueba para determinar la vida útil de un producto alimenticio, se pueden mencionar las tres siguientes como muy importantes y básicas: 1. Identificar o conocer las formas de deterioro que afectan la calidad del producto, 2. Establecer las formas de medición de los cambios del deterioro, y 3. Definir los niveles de calidad que se consideran mínimos de aceptación. 1.3.3 Tipos y mecanismos de deterioro de los alimentos. Los alimentos son sistemas complejos desde el punto de vista de su composición química, biológica y física. Mientras que la mayor parte de las investigaciones realizadas sobre reacciones químicas han sido hechas en modelos simples de uno, dos o pocos reactantes, la situación en los alimentos es mucho más compleja y difícil de
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elucidar, ya que muchas reacciones son interactivas e interdependientes. De todos es sabido que los alimentos, particularmente los de origen biológico, se cosechan o benefician cuando llegan a su punto óptimo de maduración, y que muchos de los procesos vitales continúan, causando inexorablemente una degradación de los productos. La tecnología de alimentos no es otra cosa que hacer esfuerzos para que el deterioro se detenga o disminuya; es decir, lo que conocemos como conservación de alimentos. Sin embargo, es importante reconocer que la conservación de alimentos tiene límites y que el deterioro continúa causando daños económicos. En general, se clasifican los tipos de deterioro de los alimentos en cuatro grandes categorías: biológicos, químicos, físicos y nutricionales: • Biológicos. Causados por agentes biológicos exógenos, pre y postcosecha,
crianza o sacrificio, como insectos, pájaros, roedores y otras plagas, y por microorganismos.
• Químicos. Incluyen reacciones como oxidación, rancidez, hidrólisis, cambios
enzimáticos, pardeamiento no - enzimático, polimerizaciones y condensaciones.
• Físicos. Cambios de humedad, endurecimiento, ablandamiento,
apelmazamiento, migración de grasas, cristalización, retrogradación de almidones (físico-químico), cambios de color (asociado a cambios químicos), sinéresis, coalescencia de emulsiones y otros.
• Nutricionales. Reducción de la potencia vitamínica (oxidación, reducción de
funcionalidad, hidrólisis), formación de complejos antinutricionales, formación de subproductos de reacción dañinos.
Para una mayor comprensión de los mecanismos del deterioro se deben considerar dos aspectos:
58
1. La velocidad de las reacciones de deterioro 2. Los aspectos organolépticos y afectivos del deterioro de los alimentos. En el tema de velocidad de las reacciones deben tomarse en cuenta: a. el orden de las reacciones b. la temperatura (concepto de Q10) c. la energía de activación de la reacción, (Ea) d. los efectos de la humedad (aw) e. la tensión de oxígeno f. el pH25. 1.3.4 Metodología y diseño de estudios de vida útil. Un objetivo en la predicción de la vida útil de los alimentos es proveer información al consumidor a fin de que el producto sea consumido antes de que alcance niveles de calidad inaceptables. Sin embargo, la pérdida de aceptabilidad no significa necesariamente que el producto sea incomible, sino más bien que el estándar de calidad preestablecido para el consumidor ha sido sobrepasado. Esto hace entonces que se enfrenten dos problemas: 1. Establecer el estándar de inaceptabilidad
25 DOMINIC, M. La caducidad de los alimentos. Ed. Acribia S.A. Zaragoza (España). 2004. 103p.
59
2. Determinar o predecir la pérdida que ocurre desde el punto de distribución hasta el momento de consumo. Se mencionó también que, en orden de predecir la vida útil de un alimento, es necesario conocer las tasas de deterioro como función de las condiciones ambientales a las que estará sometido el producto. Atado a esto, es necesario además lograr algún conocimiento de las condiciones ambientales reales a las que los distintos tipos de producto son expuestos durante el proceso, la distribución y el manejo. Puede decirse que existen dos formas generales de predecir la vida útil de los alimentos. La metodología más común consiste en seleccionar una condición de abuso, exponer el producto a ella, evaluarlo cierto número de veces durante un período de tiempo específico, generalmente utilizando métodos sensoriales, que pueden ser complementados con pruebas físico-químicas, y luego extrapolar los resultados (a manera de "especulación fundamentada") a condiciones normales de almacenaje. En el otro enfoque, se asume que ciertos principios de cinética química se aplican con respecto a una dependencia de temperatura, como la relación de Arrhenius, y se utiliza un diseño más elaborado. Este segundo método es definitivamente más complejo y más costoso, pero logrará mejores resultados. 1.3.5 Factor de aceleración (Q10). Está definido como el incremento en la velocidad de la reacción al incrementarse la temperatura en 10 ºC, este valor puede ser calculado a partir de la información proveniente de los ensayos de almacenamiento realizados a dos o más temperaturas. Esta relación se explica con la siguiente ecuación26:
(t2) = [ (t1) ] / Q10 ∆t / 10
26 CAEZ, G. Y SOTELO, I. Aproximación al establecimiento de metodologías para determinación de vida útil y estabilidad. Universidad De La Sabana. Curso taller ACTA 2006.
60
Donde, t1 : Tiempo de duración del producto a temperatura acelerada t2 : Tiempo de duración del producto a temperatura ambiente Q10: 3 ∆t : (T2 – T1) ºC Empíricamente un aumento de 10 ºC, da una proporción entre 2 y 5, siendo la más recomendada utilizar 327.
27 HERNANDEZ, P. Desarrollo de bebidas con panela para un nuevo grupo objetivo. Universidad De La Salle. Tesis. 2005
61
2. MATERIALES, EQUIPOS Y METODOLOGÍA
2.1 MATERIALES 2.1.1 Fruta. En el proceso de elaboración de mermelada hipocalórica se utilizó Piña (Ananas comosus) variedad PEROLERA y Maracuya (Pasiflora edulis) variedad AMARILLO, adquiridas en Codabas. Se emplearon 0.5 Kg. de cada pulpa en cada ensayo preliminar y 12 Kg. de fruta fresca en la etapa de estandarización. 2.1.2 Edulcorante. En el proceso de elaboración de mermelada hipocalórica se utilizó extracto de Stevia rebaudiana variedad Morita II, en polvo (ver anexo 1). 2.1.3 Gelificantes. Se emplearon 3 gelificantes; • Pectina de Bajo Metoxilo (ver anexo 2) • Carragenina (ver anexo 3) • Mezcla Carragenina – Carboximetilcelulosa (CMC). (ver anexo 4) 2.1.4 Conservantes. En el proceso de elaboración de mermelada hipocalórica se utilizaron Sorbato de Potasio y Benzoato de Sodio como agentes conservantes cada uno en una proporción de 0.05%.
62
2.1.5 Envases. El objetivo fundamental de los envases y empaques es la de suministrar al consumidor alimentos de igual calidad a la de los alimentos frescos o recién preparados, ofreciendo a los productos una protección contra la contaminación, la degradación y modificaciones indeseables generadas por la acción de los agentes de deterioro externos al producto. Para envasar las mermeladas, se utilizaron envases de vidrio de tapa metálica, teniendo en cuenta algunas de las propiedades y características de éste material, entre las que encontramos: • Resistencia química: no altera las características organolépticas de la
mermelada. • Impermeabilidad: ofrece una perfecta protección contra a los agentes
externos. • Transparencia: permite observar el contenido sin necesidad de abrir el
envase. 2.2 EQUIPOS La etapa de experimentación de este trabajo se realizo en la Planta Piloto de Frutas y Hortalizas de la Universidad De La Salle sede La Floresta. Los equipos utilizados para el desarrollo de este prototipo fueron:
63
• Despulpadora. (Ver anexo 5). Se utilizo para obtener las pulpas de piña y maracuya, necesarias en el proceso de obtención del producto desarrollado. Consiste en un molino el cual tiene una tolva de alimentación superior, la que pasa a través de un filtro agujereado extractor de la pulpa en forma de cono cuyo interior esta compuesto por un tornillo sin fin.
• Marmita. (Ver anexo 6). En ella se llevo a cabo el
proceso de cocción (mezcla de pulpas, edulcorante, gelificante y conservantes) requerido para obtener la mermelada, es un equipo multifuncional diseñado para la cocción, evaporación, concentración, pasteurización, maduración y escaldado de productos alimenticios.
Cabe aclarar que las demás operaciones (lavado, pelado y mezclado) implicadas en la elaboración de este prototipo, se realizaron manualmente.
Fotografía 2. Marmita Planta Piloto de Frutas y Hortalizas
Fotografía 1. Despulpadora Planta piloto de Frutas y hortalizas
64
2.3 MÉTODOS Las pruebas presentadas a continuación se aplicaron a: pulpas (piña y maracuya), extracto de Stevia, muestras comerciales de mermelada hipocalóricas y producto desarrollado. 2.3.1 Determinación de Sólidos Solubles. Método adaptado de A.O.A.C. 22024/84, 932.12/90. Esta medida expresa el contenido porcentual de sólidos solubles, los cuales están constituidos fundamentalmente por los azúcares reductores y los no reductores. 2.3.2 Determinación de pH. Método adaptado de A.O.A.C. 10041/84. En el caso del extracto de Stevia, de las mermeladas comerciales y del producto desarrollado, se solubilizo la muestra con agua destilada para su posterior lectura. 2.3.3 Determinación de Acidez. Método adaptado A.O.A.C. 11.042/84, 962.12/90. Porcentaje expresado como ácido cítrico presente en la fruta y en la mermelada. 2.3.4 Determinación de Humedad. Método adaptado A.O.A.C. 7.003/84, 930.15/90.
65
2.4 METODOLOGÍA Teniendo en cuenta los principales objetivos de éste trabajo (desarrollo de una mermelada hipocalórica y estandarización de su proceso), se realizaron 3 ensayos (evaluación de 3 mermeladas hipocalóricas comerciales, análisis del extracto de Stevia y pulpas a utilizar) para obtener información necesaria, como punto de partida. 2.4.1. Análisis preliminares. Análisis de tres mermeladas hipocalóricas del mercado: teniendo en cuenta que el producto a desarrollar es bajo en calorías, fueron estudiadas en la Planta Piloto de la Universidad De La Salle tres marcas comerciales de tres sabores distintos (piña, maracuya y mora), que presentaran la misma característica, estas fueron elegidas al azar. Para el análisis de éstos productos, fueron tenidas en cuenta las mismas características fisicoquímicas (ºBrix, pH, acidez, % sólidos) y organolépticas (color, olor, sabor, consistencia, apariencia, nivel de ácido y de dulce), a analizar en las muestras que se elaboraron durante la pre y la experimentación. 2.4.2 Elaboración del prototipo. Con los resultados obtenidos en la evaluación de las mermeladas comerciales se planteo la elaboración del prototipo, teniendo en cuenta aspectos tales como: • Evaluación de las materias primas • Selección de la formulación • Estandarización del proceso de obtención.
Balance de materia
Consumo teórico de energía eléctrica y gas.
66
• Determinación del aporte calórico • Análisis de la vida útil del producto • Costos del proceso de elaboración del prototipo El proceso se llevó a cabo siguiendo el esquema presentado en la figura 3.
67
Caracterización del extracto de Stevia
95:5 80:20
Determinación de la relación Pulpa - Stevia
Análisis fisicoquímico de las pulpas a utilizar
90:10 70:30
Determinación del pH
3.6 3.4 3.8
Determinación de la concentración del gelificante
P.B.M. 0.6%
CARR. 0.5%
CARR – CMC 0.5% (75:25)
P.B.M 0.3%
CARR. 0.8%
CARR – CMC 0.5% (50:50)
ETAPAS IMPLICADAS EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE LA
Figura 3. Diagrama del proceso de elaboración de la mermelada
68
Diseño experimental
R1 R3 R2
R3 R2 R1 R2 R3 R1 R1 R2 R3
R1 R3 R2 R1 R3 R2
Sondeo
P.B.M. 90:10
CARR. 95:5
Encuesta final
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P.B.M. 90:10
CARR. 95:5
Elección
Carragenina 95:5
Proceso de elaboración del prototipo
Determinación del aporte calórico
Consumo teórico de energía eléctrica y gas
Balance de Materia
Estudio de vida útil
Costo de elaboración del prototipo
Muestra elegida
Etapas del proceso
Muestras rechazadas
P.B.M. : Pectina de bajo metoxilo CARR.: Carragenina CMC.: Carboximetilcelulosa R.: Réplica
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2.4.2.1 Evaluación de las materias primas. Estos análisis se realizaron a las pulpas por separado y a la mezcla de éstas, adicionalmente, se caracterizó el extracto de Stevia con el objetivo de conocer algunas características de éstos productos a fin de obtener datos necesarios en la formulación de la mermelada. 2.4.2.2 Selección de la formulación • Determinación de la relación Pulpa – Stevia. Al conocer el elevado
poder edulcorante del extracto de Stevia, se elaboraron inicialmente 3 formulaciones, utilizando bajas concentraciones de éste, variando la relación pulpas: Stevia 70:30, 80:20 y 90:10 respectivamente, a fin de elegir las 2 muestras con mejores características.
• Determinación del pH. Teniendo en cuenta que al disminuir el nivel de
extracto de Stevia (a fin de evitar el sabor residual amargo) se acentúa el sabor ácido de las mermeladas, fue necesario ensayar con tres valores de pH diferentes (ajustados utilizando citrato de sodio), para evaluar ésta característica.
• Determinación de la concentración de los gelificantes. Teniendo en
cuenta que uno de los objetivos de este trabajo es evaluar las características obtenidas con gelificantes diferentes (a fin de elegir el mejor), se eligieron tres productos, con base a sus características (no requerir azúcar para formar gel) y alimentos en los que son utilizados.
2.4.2.3 Diseño experimental. A partir de los resultados obtenidos en las etapas anteriores, en donde se determinaron dos relaciones (Pulpa – Stevia) a trabajar utilizando los tres gelificantes en las concentraciones previamente establecidas, se planteo un diseño factorial 2 x 3. Los ensayos se realizaron con base al siguiente planteamiento del diseño experimental:
71
• 2 Concentraciones de edulcorante (extracto de Stevia). • 3 gelificantes • 3 réplicas de cada ensayo • Total: 18 ensayos.
Cuadro 9. Diseño experimental
Gelificantes
Pectina de bajo metoxilo Carragenina Carragenina
- CMC 1 A11 B11 C11
2 A12 B12 C12
Relación 1
(Pulpa – Stevia) 3 A13 B13 C13
1 A21 B21 C21
2 A22 B22 C22
Relación 2
(Pulpa – Stevia) 3 A23 B23 C23
Fuente: Las Autoras Ensayo 1. Pectina de Bajo Metoxilo vs. Relación Pulpa – Stevia 90:10 Ensayo 2. Pectina de Bajo Metoxilo vs. Relación Pulpa – Stevia 95:5 Ensayo 3. Carragenina vs. Relación Pulpa – Stevia 90:10 Ensayo 4. Carragenina vs. Relación Pulpa – Stevia 95:5
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Ensayo 5. Carragenina – CMC vs. Relación Pulpa – Stevia 90:10 Ensayo 6. Carragenina – CMC vs. Relación Pulpa – Stevia 95:5 2.4.3 Análisis sensorial. Se dividió en dos fases: 2.4.3.1 Sondeo. Se realizó con las muestras de mejores características de cada ensayo. En total se evaluaron seis muestras, con el objetivo de elegir las 2 de mayor preferencia. • Identificación del problema
¿Cuáles son las dos mermeladas tropicales hipocalóricas que cuentan con mayor aceptación en el mercado objetivo?
• Objetivo
Identificar de seis muestras de mermelada tropical hipocalórica cuáles son las dos preferidas por el mercado objetivo por sus características sensoriales.
• Condiciones de la prueba
Prueba: De aceptación, a fin de determinar las dos muestras con mayor aceptación.
Método: Monádica secuencial, las muestras fueron presentadas secuencialmente, para ser analizadas de una en una.
73
Tipo de pruebas: Clasificación hedónica: evaluar el grado de satisfacción de cada muestra, mediante una escala que oscila entre me disgusta muchísimo (1) a me gusta muchísimo (9).
Panel: Se utilizó un panel de 40 consumidores de estratos 3, 4, 5 y 6, entre 15 y 65 años de edad.
Número de muestras: 6 2.4.3.2 Panel sensorial. A fin de elegir el producto a estandarizar se aplico una encuesta (ver anexo 7), en la cual se evaluaron las principales características de las muestras. Los resultados fueron analizados utilizando el método de Rango Con Signo De Wilcoxon. • Identificación del problema
¿Cuál de las dos mermeladas tropicales hipocalóricas cuenta con mayor aceptación en el mercado objetivo?
• Objetivo
Identificar de dos muestras de mermelada tropical hipocalórica cuál es la preferida por el mercado objetivo por sus características sensoriales.
• Formulación de las hipótesis
H0: No existe diferencia significativa en cuanto aceptación entre muestras. Hi: Si existe diferencia significativa en cuanto aceptación entre muestras.
74
• Condiciones de la prueba
Prueba: De aceptación, a fin de determinar cuál de las dos muestras: Pectina de Bajo Metoxilo 90:10 y Carragenina 95:5 es la más aceptada o preferida.
Método: Monádica secuencial, las muestras fueron presentadas secuencialmente, para ser analizadas de una en una.
Tipo de pruebas: Clasificación hedónica: evaluar el grado de satisfacción de cada muestra, mediante una escala que oscila entre me disgusta muchísimo (1) a me gusta muchísimo (9).
Panel: Se utilizó un panel de 72 consumidores de estratos 3, 4, 5 y 6, entre 15 y 65 años de edad.
Número de muestras: 2
75
2.4.4 Proceso de estandarización • Balance de Materia. Se realizo a fin de conocer el flujo de masa en cada
una de las etapas de fabricación del prototipo para determinar así los rendimientos y pérdidas del proceso.
• Determinación del consumo teórico de energía eléctrica y gas natural
del proceso. Se calculo el consumo de estos dos a fin de establecer los costos indirectos del proceso.
2.4.5 Determinación del aporte calórico. A fin de evaluar el aporte calórico proveniente de carbohidratos de la mermelada se utilizo el método: colorimetrico de Somogyi y volumétrico de Lane-Eynon Teniendo en cuenta que con los métodos anteriormente mencionados no fue posible determinar el contenido de azucares se realizo la prueba cualitativa de Selivvanoff a fin de evidenciar la presencia de carbohidratos. 2.4.6 Análisis de vida útil. Este estudio se realizo a fin de establecer de forma acelerada las modificaciones fisicoquímicas y organolépticas, que puede sufrir la mermelada desarrollada durante su almacenamiento, para así predecir su tiempo de duración. A continuación se presentan los aspectos tenidos en cuenta en éste estudio: • Descripción de los tratamientos. Se almacenaron 15 muestras por
temperatura, de las cuales fueron analizadas 1 de cada tratamiento cada 3 o 4 días teniendo en cuenta las características a evaluar.
Temperatura 1: Refrigeración. Las muestras fueron almacenadas en
el refrigerador de la planta piloto de frutas y hortalizas ubicada en la Universidad De La Salle sede La Floresta, a una temperatura de 4ºC aproximadamente
76
Temperatura 2: Ambiente. Las mermeladas fueron ubicadas en la
planta piloto de Cereales de la Universidad De La Salle sede La Floresta, a una temperatura de 15ºC aproximadamente
Temperatura 3: 37ºC. Las muestras se almacenaron en el cuarto de incubación ubicado en el laboratorio de microbiología de la Universidad De La Salle sede La Floresta. Este cuenta con un termómetro localizado en su interior, el cual permite controlar la temperatura.
Temperatura 4: 47ºC. Para mantener las mermeladas a esta temperatura se utilizo una incubadora ubicada en el laboratorio de microbiología de la Universidad De La Salle sede La Floresta.
El cronograma de observaciones seguido en este estudio fue: Cuadro 10. Cronograma de observaciones del estudio de vida útil
Semana Numero de observaciones Días
1 3 0, 2, 4 2 2 8, 11 3 2 15, 18
4 2 22, 24 Fuente: Las Autoras En los días establecidos se realizo un análisis sensorial para cada tratamiento en las que se evaluó: color, olor, sabor, nivel de dulce y acido, consistencia, apariencia y presencia de sinéresis, adicionales a estos se hizo lectura de pH y ºBrix.
77
Adicional a esto se tomaron las temperaturas del refrigerador y ambiente de la planta dado que estos no cuentan con instrumentos que registren constantemente estos valores.
78
3. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1 ANÁLISIS PRELIMINARES A continuación se presentan los resultados obtenidos de éstos análisis: Cuadro 11. Características de las mermeladas hipocalóricas analizadas.
Aspecto Mermelada 1 Mermelada 2 Mermelada 3 Sabor Piña Maracuyá Mora Marca Konfyt Diety Éxito Edulcorante Sorbitol,
Aspartame y Acesulfame – K
Aspartame y Fructosa
Aspartame
Gelificante Pectina de bajo metoxilo
Carragenina – Carboximetilcelulosa
Carragenina – Carboximetilcelulosa
Cal / porción
15 9.3 33
Cal / 100 g 100 80.86 220 Fuente: Las Autoras. Cuadro 12. Características fisicoquímicas mermeladas comerciales
Muestra
pH
ºBrix % acidez
ºBrix / % acidez
% Humedad
% sólidos
1
3.98
23
0.370
62.16
63.3
36.7
2
3.81
22
1.059
20.77
79.2
20.8
79
3
3.73
23
0.768
29.94
60.3
39.7
Fuente: Las Autoras
80
Las muestras 1 y 3 tienen los mismos ºBrix pero difieren considerablemente en su gel, puesto que el de la muestra 3 era característico de este tipo de productos y el de la 1 demasiado débil, en cuanto a la muestra 2 a pesar de tener un valor de ºBrix mas bajos su gel era muy rígido a pesar de que utilizo los mismos agentes gelificantes que la muestra 1. A continuación se presenta la evaluación de las características organolépticas, utilizando una escala hedónica, mencionada anteriormente (página 55). Cuadro 13. Evaluación sensorial mermelada comercial de
piña Fuente: Las Autoras En cuanto a los aspectos evaluados en esta mermelada, cabe resaltar que su consistencia no era característica de éste tipo de productos, presentaba sinéresis, lo que disminuía considerablemente su apariencia.
Característica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Apariencia X Consistencia X Color X Olor X Sabor X Dulzor X Acidez X
81
Cuadro 14. Evaluación sensorial mermelada comercial de maracuya
Fuente: Las Autoras En general, las características que presentó ésta mermelada son agradables, aunque su gel era demasiado rígido, lo que dificulta su untuosidad característica esencial de una mermelada.
Cuadro 15. Evaluación sensorial mermelada comercial de mora
Fuente: Las Autoras De las tres muestras analizadas ésta mermelada presentó mejores características organolépticas, el único defecto observado fue la presencia de las semillas de la mora, lo que afectaba su apariencia.
Característica 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Apariencia X Consistencia X Color X Olor X Sabor X Dulzor X Acidez X
Característica 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Apariencia X Consistencia x Color X Olor X Sabor X Dulzor X Acidez X
82
3.2 EVALUACIÓN DE MATERIAS PRIMAS 3.2.1 Análisis fisicoquímico de las pulpas a utilizar. Cuadro 16. Caracterización fisicoquímica de las pulpas de Piña y Maracuyá
pH
°Brix
Acidez (%)
°Brix
/Acidez
% Sólidos
Maracuyá
2.65
14
0.896
20.09
15
Piña
3.58
12
4.748
2.53
14.9
Mezcla
3.01
13.6
2.38
5.71
46.84
Fuente: Las Autoras A partir de los datos leídos experimentalmente, correspondientes al contenido de sólidos, se observa que no existen diferencias marcadas entre éstos y los teóricos, en el caso de la pulpa de maracuyá no hay diferencia entre los valores, en cuanto a la piña se obtuvo un porcentaje de error del 6.38%,
83
3.2.2 Caracterización del extracto de Stevia.
Cuadro 17. Caracterización fisicoquímica del extracto de Stevia rebaudiana variedad MORITA II.
°Brix pH Acidez (%)
Extracto de Stevia
100 4.56 0.128
Fuente: Las Autoras Adicional a los análisis fisicoquímicos realizados, se evaluaron algunas características organolépticas, donde tenemos: • Estado: sólido (en polvo). • Color: blanco. • Sabor: muy dulce, con leve residual amargo. • Olor: dulce penetrante.
3.3 SELECCIÓN DE LA FORMULACIÓN 3.3.1 Determinación de la relación pulpa : Stevia
84
Cuadro 18. Caracterización fisicoquímica de las formulaciones 70:30, 80:20 y 90:10. Elaboradas con Pectina de Bajo Metoxilo.
Formulación
ºBrix
pH
Acidez
%
ºBrix / % Acidez
Humedad
%
70: 30 Inicial
36 3.15 1.82 19.90 44.1
70:30 Final 52 3.14 2.45 21.22 32.8
80: 20 Inicial 30 3.13 2.08 14.62 58.6
80:20 Final 40 3.13 2.14 12.69 46.0
90:10 Inicial 20 3.12 2.12 9.43 79
90:10 Final 42 3.11 3.48 9.19 53.8
Fuente: Las Autoras El color de las muestras elaboradas era característico al de la mezcla de las pulpas utilizadas, su consistencia y apariencia de igual forma eran agradables. Aunque las concentraciones utilizadas de edulcorante eran bajas, el sabor y olor de las mermeladas era muy dulce y penetrante, al punto de ser desagradables (en el caso del sabor, el residual amargo era muy fuerte) A partir de los resultados anteriores, se analizó una formulación adicional 95:5 y se evaluó nuevamente la muestra de relación 90:10.
85
Cuadro 19. Caracterización fisicoquímica de las formulaciones 90:10 y 95:5. Elaboradas con Carragenina.
Formulación
ºBrix
pH
Acidez
%
ºBrix / % Acidez
Humedad
%
95:5 Inicial
17 3.20 2.28 7.45 81.8
95:5 Final
22 3.20 2.08 10.57 73.78
90:10 Inicial
20 3.18 2.31 8.65 75.8
90:10 Final
28 3.18 2.28 12.28 60.1
Fuente: Las Autoras Las muestras elaboradas en éste ensayo presentaron características similares en cuanto a color, apariencia y consistencia a las mermeladas obtenidas anteriormente. Cabe resaltar la ausencia del sabor amargo residual debido a la disminución del porcentaje de extracto de Stevia utilizado, por lo cual se eligieron estas dos relaciones para elaborar las formulaciones.
86
3.3.2 Elección de pH
Cuadro 20. Características de las muestras con diferentes pH. Elaborada con Pectina de Bajo metoxilo.
Muestra ºBrix % Acidez
ºBrix / %
Acidez
pH 3.4
42 4.90 8.57
pH 3.6
42 4.52 9.29
pH 3.8
43 4.20 10.23
Fuente: Las Autoras Estas muestras fueron elaboradas con una relación pulpa : edulcorante: 95:5, respectivamente. De estos ensayos se eligió la muestra de pH 3.8 dado que presentó las mejores características organolépticas, el sabor acido de ésta era marcado pero no desagradable, con una relación ºBrix / % acidez de 10.23. 3.3.3 Determinación de la concentración de gelificante a utilizar • Pectina de Bajo Metoxilo.
87
Cuadro 21. Muestras con diferentes concentraciones de pectina, con una relación pulpa : Stevia 95:5.
Concentración gelificante
pH
ºBrix
% Acidez
ºBrix /
% Acidez
0.3 %
3.8 38 4.0 9.5
0.6%
3.8 43 4.2 10.23
Fuente: Las Autoras A partir de este ensayo se decidió utilizar este gelificante en una proporción del 0.6% dado que al utilizarlo en una menor proporción las características del gel no satisfacen las expectativas (la consistencia del gel era deficiente). • Carragenina Cuadro 22. Muestras con diferentes concentraciones de carragenina, con una relación pulpa : Stevia 95:5.
Concentración gelificante
pH
ºBrix
% Acidez
ºBrix / % Acidez
0.5 % 3.8 32 2.45 13.06
0.8 % 3.8 30 2.60 11.54
Fuente: Las Autoras
88
La concentración utilizada de este gelificante no afectó significativamente las características del gel obtenido, por lo tanto con un criterio de tipo económico se eligió el menor porcentaje (0.5%). • Carragenina – CMC
Cuadro 23. Muestras con diferentes concentraciones de Carragenina – CMC, con una relación pulpa : Stevia de 95:5.
Concentración gelificante
pH ºBrix % Acidez ºBrix / % Acidez
50 : 50
3.8 21 2.23 9.41
75 : 25
3.8 20 1.85 11.24
Fuente: Las Autoras A pesar de que comercialmente se utiliza la mezcla Carragenina – Carboximetilcelulosa a fin de reducir costos, debido al elevado precio de la carragenina las características obtenidas empleando una relación 50:50 no cumplen las expectativas del prototipo en desarrollo, por lo tanto en la elaboración de la mermelada se utilizo un porcentaje de mezcla del 0.5% en una proporción de 75:25 respectivamente.
89
3.4 ELABORACIÓN DE LAS FORMULACIONES. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos con los análisis anteriores, se elaboraron las 6 formulaciones, cada una con sus 3 réplicas, teniendo en cuenta el diseño experimental planteado en el capitulo anterior, a fin de realizar con ellas el sondeo y elegir las muestras para realizar la encuesta final. 3.4.1 Ensayos 1 y 2 utilizando Pectina De Bajo Metoxilo Fotografía 3. Mermeladas elaboradas con pectina de bajo metoxilo
90
Cuadro 24. Características de las mermeladas elaboradas con pectina.
Formulación pH ºBrix
%
Acidez
ºBrix / %Acide
z
% Sólidos
% Humedad
3.80 45 3.95 11.39 47.5 52.5
3.82 43 4.0 10.75 46.8 53.2
3.79 48 4.71 10.19 57.1 42.9
3.78 41 4.67 8.77 44.3 55.7
3.80 40 4.52 8.84 42.3 57.7
3.83 42 4.43 9.48 47.7 52.3
Fuente: Las Autoras 3.4.2 Ensayos 3 y 4 utilizando Carragenina. Fotografía 4. Mermeladas elaboradas con Carragenina
90 : 10
95 : 5
91
Cuadro 25. Características de las mermeladas elaboradas con carragenina.
Formulación pH ºBrix
%
Acidez
ºBrix / %Acide
z
% Sólidos
% Humedad
3.78 22 1.68 13.09 26.3 73.7
3.80 24 1.63 14.72 25.5 76.5 90 : 10
3.80 22 1.70 14.70 24.7 75.3
3.80 19 2.21 8.59 21.33 78.67
3.77 19 2.16 8.79 23.8 76.2 95:5
3.81 21 2.10 10.0 22.9 77.1
Fuente: Las Autoras 3.4.3 Ensayos 5 y 6 utilizando la mezcla Carragenina - CMC Fotografía 5. Mermeladas elaboradas con Carragenina - CMC
92
Cuadro 26. Características de las mermeladas elaboradas con carragenina - CMC.
Formulación pH ºBrix
%
Acidez
ºBrix / %Acide
z
% Sólidos
% Humedad
3.82 24 2.09 11.48 25.8 74.2
3.81 25 2.15 11.62 27.0 73.0
90 : 10 3.82 25 2.10 11.90 28.2 71.8
3.81 20 1.85 10.81 21.3 82.7
3.79 21 2.13 9.85 21.6 78.4
95:5 3.80 20 1.90 10.52 22 80.6
Fuente: Las Autoras 3.5 ANÁLISIS ESTADISTICO 3.5.1 Diseño Factorial. En el diseño experimental realizado se analizo una de las características mas significativas del producto: los ºBrix teniendo en cuenta la influencia que ejerce el gelificante utilizado sobre este valor (ver anexo 8) • Formulación de las hipótesis
H01: El gelificante utilizado no afecta los ºBrix del producto. Hi1: El gelificante utilizado afecta los ºBrix del producto.
93
H02: La concentración de extracto de Stevia utilizado no afecta los ºBrix del producto.
Hi2: La concentración de extracto de Stevia utilizado afecta los ºBrix del producto.
H03: Efecto de la relación gelificante – concentración de extracto de
Stevia utilizados formulación no afecta los ºBrix del producto. Hi3: Efecto de la relación gelificante – concentración de extracto de Stevia
utilizados formulación afecta los ºBrix del producto.
Para la realización del diseño se aplicaron 6 tratamientos con 3 replicas cada uno, para un total de 18 ensayos, de los cuales se tomaron datos de pH, ºBrix, acidez y porcentaje de humedad, utilizando únicamente los correspondientes a ºBrix (dado que esta es una característica significativa de este tipo de productos), los cuales se presentan a continuación: Cuadro 27. Datos para la realización del análisis factorial
Formulación
Pectina Bajo
metoxilo
Carragenina
Carragenina -
CMC
45 22 24
43 24 25
90 : 10 48 22 25
41 19 20
40 19 21 95:5
42 21 20
Fuente: Las Autoras
94
A partir de los análisis de varianza realizados se observó que: Cuadro 28. Análisis de varianza de los dos factores y su interacción
CV GL SC CM F P-valor
Gelificante 2 1808,33 904,17 465 0,000
Concentración 1 84,5 84,5 43,46 0,000
Gelificante - Concentración 2 0,33 0,17 0,09 0,918
Error 12 23,33 1,94
Total 17 1916,5
Fuente: Las Autoras Donde: CV: Causa de variación GL: Grados de libertad SC: Suma de cuadrados CM: Cuadrado medio F: Estadísticos de prueba. P-Valor: Valor de probabilidad. • El efecto de la interacción de los dos factores (gelificante – concentración
de Stevia), no es significativo, dado que el valor de probabilidad (0.918) es mayor que 0.05 (p > 0.05). En cuanto a cada factor por separado se observó que su efecto es significativo debido a que los valores de p – valor fueron menores que 0.05 (p < 0.05).
A fin de conocer los niveles de cada factor que proporcionan los mejores resultados, estos, fueron analizados por separado, cuyos resultados se presentan a continuación:
95
Cuadro 29. Análisis de varianza del factor 1: Gelificante
CV GL SC CM F P-valor
Gelificante 2 1808,33 904,17 125,4 0,000
Error 15 108,17 7,21
Total 17 1916,5
Fuente: Las Autoras • Con éste análisis se confirma la hipótesis Hi1, lo que indica que el gelificante
influye de manera significativa en el valor de sólidos solubles finales del producto.
Para analizar el efecto de la concentración de Stevia se utilizo un método no paramétrico (dado que los datos no satisfacían el supuesto de normalidad), en este caso la prueba de Kruskal – Wallis: Kruskal-Wallis Test on Respuesta Formulación N Median Ave Rank Z 1 9 25,00 12,0 1,99 2 9 21,00 7,0 -1,99 Overall 18 9,5 H = 3,95 DF = 1 P = 0,047 H = 3,98 DF = 1 P = 0,046 • Con esta prueba el valor de probabilidad obtenido fue de 0.046, el cual es
menor que 0.05, con lo cual se confirma que la concentración de extracto de Stevia utilizado afecta significativamente los º brix del producto.
96
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
A partir del análisis factorial realizado, se concluye que: • La pectina de bajo metoxilo es el gelificante que utilizado a una relación de
90:10 aporta un mayor porcentaje de sólidos a la mermelada. 3.5.2 Pruebas sensoriales 3.5.2.1 Sondeo.
• Resultados Figura 4. Resultado del sondeo evaluación del color
97
Cuadro 30. Evaluación del color de las seis muestras en el sondeo
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
2 8 5 14 11
Porcentaje 5 20 12.5 35 27.5
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
3 3 4 6 6 10 8
Porcentaje 7.5 7.5 10 15 15 25 20
Carragenina 90:10
4 2 4 7 15 8
Porcentaje 10 5 10 17.5 37.5 20
Carragenina 95:5
1 8 9 12 10
Porcentaje 2.5 20 22.5 30 25
Carragenina – CMC 90:10
1 3 2 9 10 5 8 2
Porcentaje 2.5 7.5 5 22.5 25 12.5 20 5
Carragenina – CMC 95:5
2 8 4 5 8 2 10 1
Porcentaje 5 20 10 12.5 20 5 25 2.5
98
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras Figura 5. Resultado del sondeo evaluación del olor
99
Cuadro 31. Evaluación del olor de las seis muestras en el sondeo
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
3 7 4 5 15 6
Porcentaje 7.5 17.5 10 12.5 37.5 15
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
5 5 8 2 7 3
Porcentaje 12.
5 12.5 20 5 17.5 7.5
Carragenina 90:10
10 8 2 7 2 1
Porcentaje 25 20 5 17.5 5 2.5
Carragenina 95:5
2 8 10 9 11
Porcentaje 5 20 25 22.5 27.5
Carragenina – CMC 90:10
16 14 9 1
Porcentaje 40 35 22.5 2.5
Carragenina – CMC 95:5
5 5 4 6 3 8 7 2
Porcentaje 12.
5 12.5 10 15 7.5 20 17.5 5
100
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras Figura 6. Resultado del sondeo evaluación del sabor
Cuadro 32. Evaluación del sabor de las seis muestras en el sondeo
101
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
2 4 8 18 8
Porcentaje 5 10 20 45 20
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
9 6 15 7 3
Porcentaje 22.
5 15 37.5 17.5 7.5
Carragenina 90:10
6 14 16 4
Porcentaje 15 35 40 10
Carragenina 95:5
5 8 19 8
Porcentaje 12.5 20 47.5 20
Carragenina – CMC 90:10
2 4 5 10 8 5 6
Porcentaje 5 10 12.
5 25 20 12.5 15
Carragenina – CMC 95:5
2 6 5 7 9 8 2 1
Porcentaje 5 15 12.
5 17.5 22.5 20 5 2.5
102
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras
Figura 7. Resultado del sondeo evaluación del dulzor
Cuadro 33. Evaluación del dulzor de las seis muestras en el sondeo
103
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
2 8 9 12 9
Porcentaje 5 20 22.5 30 22.5
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
1 1 9 9 5 7 3 3 2
Porcentaje 2.5 2.5 22.
5 22.5 12.5 17.5 7.5 7.5 5
Carragenina 90:10
7 10 8 9 3 2 1
Porcentaje 17.
5 25 20 22.5 7.5 5 2.5
Carragenina 95:5
1 7 9 10 13
Porcentaje 2.5 17.5 22.5 25 32.5
Carragenina – CMC 90:10
3 5 7 4 9 6 3 3
Porcentaje 7.5 12.
5 17.5 10 22.5 15 7.5 7.5
Carragenina – CMC 95:5
3 5 9 8 6 8 2
Porcentaje 7.5 12.
5 22.5 20 15 20 5
104
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras
Figura 8. Resultado del sondeo evaluación de la acidez
Cuadro 34. Evaluación de la acidez de las seis muestras en el sondeo
105
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
3 7 8 10 12
Porcentaje 7.5 17.5 20 25 30
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
4 15 7 8 2 4
Porcentaje 10 37.
5 17.5 20 5 10
Carragenina 90:10
3 5 2 1 5 11 7 6
Porcentaje 7.5 12.
5 5 2.5 12.5 27.5 17.5 15
Carragenina 95:5
5 2 5 4 9 15
Porcentaje 12.
5 5 12.5 10 22.5 37.5
Carragenina – CMC 90:10
2 4 5 6 2 8 5 5 3
Porcentaje 5 10 12.
5 15 5 20 12.5 12.5 7.5
Carragenina – CMC 95:5
3 4 5 6 4 10 8
Porcentaje 7.5 10 12.
5 15 10 25 20
106
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras
Figura 9. Resultado del sondeo evaluación de la consistencia
Cuadro 35. Evaluación de la consistencia de las seis muestras en el sondeo
107
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
5 6 9 20
Porcentaje 12.5 15 22.5 50
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
10 2 13 5 6 4
Porcentaje 25 10 32.5 12.5 15 10
Carragenina 90:10
6 8 8 9 7 2
Porcentaje 15 20 20 22.5 17.5 5
Carragenina 95:5
1 1 6 2 7 8 15
Porcentaje 2.5 2.5 15 5 17.5 20 37.5
Carragenina – CMC 90:10
8 1 9 14 7 1
Porcentaje 20 2.5 22.5 35 17.5 2.5
Carragenina – CMC 95:5
5 4 5 6 12 5 3
Porcentaje 12.
5 10 12.5 15 30 12.5 7.5
108
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pectina Bajo metoxilo 90:10 Pectina Bajo metoxilo 95:5 Carragenina 90:10
Carragenina 95:5 Carragenina - CMC 90:10 Carragenina - CMC 95:5
Fuente: Las Autoras
Figura 10. Resultado del sondeo evaluación de la apariencia
Cuadro 36. Evaluación de la apariencia de las seis muestras en el sondeo
109
1 2 3 4 5 6 7 8
9
Pectina Bajo Metoxilo 90:10
3 5 8 14 10
Porcentaje 7.5 12.5 20 35 25
Pectina Bajo Metoxilo 95:5
4 8 10 7 9 2
Porcentaje 10 20 25 17.5 22.5 5
Carragenina 90:10
4 2 8 13 12 1
Porcentaje 10 5 20 32.5 30 2.5
Carragenina 95:5
2 2 4 8 16 8
Porcentaje 5 5 10 20 40 20
Carragenina – CMC 90:10
4 6 3 5 8 9 5
Porcentaje 10 15 7.5 12.5 20 22.5 12.5
Carragenina – CMC 95:5
6 5 9 12 5 3
Porcentaje 15 12.5 22.5 30 12.5 7.5
110
Fuente: Las Autoras Teniendo en cuenta los resultados arrojados por el sondeo se observa una marcada preferencia por las muestras de Carragenina 95:5 y Pectina de Bajo metoxilo 90:10, cuyos puntajes de evaluación oscilan en mayor proporción entre 8 (les gusta mucho) y 9 (les gusta muchísimo), seguidas de la mermelada Carragenina – CMC 95:5, con unas calificaciones significativas pero su preferencia no fue tan marcada como la de las dos muestras anteriormente mencionadas. Por lo tanto las dos mermeladas elegidas para realizar la encuesta final fueron: • Pectina de Bajo Metoxilo 90:10, cabe resaltar que ésta muestra fue la
elegida luego de realizar el análisis factorial. • Carragenina 95:5 3.5.2.2 Encuesta final. A partir de los resultados obtenidos en el sondeo se elaboraron las dos muestras (Carragenina 95:5 y Pectina de Bajo Metoxilo 90:10), que fueron analizadas por los panelistas en esta encuesta. • Color: La muestra 1 obtuvo una votación comprendida entre 7 y 9 con un
80.55 % y el 65.28% de los encuestados evaluaron el color de la muestra 2 entre 4 y 8, lo que indica mayor preferencia por el color de la muestra 1, siendo este más claro que el de la muestra 2.
111
Figura 11. Resultados evaluación del color en la encuesta final
0% 10% 20% 30% 40% 50%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
112
• Olor: El 47.22 % del total de encuestados califico el olor de la muestra 1 con 8 lo que indica que les gusta mucho, en cuanto a la muestra 2, les gusto ligeramente, dado que el 30.56 % le dio un valor de 6 a ésta característica.
Figura 12. Resultados evaluación del olor en la encuesta final • Sabor: La evaluación para las dos muestras se encontró entre 7 y 9, para la
primera con un 80.55 % y 77.78 % para la segunda, lo que indica que el sabor de las dos muestras es aceptado.
0%
10% 20% 30% 40% 50%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
113
Figura 13. Resultados evaluación del sabor en la encuesta final • Dulzor: El nivel de dulce de la muestra 2 obtuvo una calificación de 7 con un
36.11 % (siendo éste el más alto), en cuanto a las calificaciones de la muestra 1 fueron 7 y 8 con un porcentaje de 29.17 y 27.78 respectivamente.
Figura 14. Resultados evaluación del dulzor en la encuesta final
0% 10% 20% 30% 40% 50%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
0%
10%
20%
30%
40%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
114
• Acidez: Las calificaciones de la muestra 1 fueron en su mayoría 7 y 8 con un porcentaje de 26.39 y 31.94 respectivamente, en contraparte, los valores de evaluación de la muestra 2 no presentaron diferencias muy marcadas, ya que estuvieron entre dos (5.56 %) y nueve (8.33 %), siendo siete la calificación con mayor porcentaje (19.44).
Figura 15. Resultados evaluación de la acidez en la encuesta final • Consistencia: Al 47.22 % de los encuestados le gusto mucho la consistencia
de la muestra 1, seguidamente del 26.39 % a los que les gusto moderadamente. En cuanto a la muestra 2 el 27.78 % le dio un valor de 8, lo que indica que de igual forma les gusto mucho.
0%
10%
20%
30%
40%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
115
Figura 16. Resultados evaluación de la consistencia en la encuesta final
• Apariencia: Más de la mitad de las personas encuestadas (54.17 %) califico
con 8 (me gusta mucho) la apariencia de la muestra 1, por otro lado la muestra 2 presento un empate en las calificaciones 7 y 8 cada una con el 19.44 %, pero 6 fue la calificación con el mayor porcentaje (25.0 %).
Figura 17. Resultados evaluación de la apariencia en la encuesta final
0%
20%
40%
60%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
0%
20%
40%
60%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Carragenin
Pectina
116
Cuadro 37. Resultados de la encuesta final muestra 1.
Fuente: Las Autoras
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Apariencia 1 5 3 3 14 39 7
Porcentaje 1.39 6.9
4 4.17 4.17 19.44 54.17 9.72
Consistencia
6 2 2 19 34 9
Porcentaje 8.3
3 2.78 2.78 26.3
9 47.22 12.50
Color 2 4 4 4 10 16 32
Porcentaje 2.7
8 5.56
5.56 5.56 13.8
9 22.22 44.44
Olor 1 1 4 3 6 14 34 9
Porcentaje 1.39 1.39 5.5
6 4.17 8.33 19.44 47.22 12.50
Sabor 3 2 3 6 15 23 20
Porcentaje 4.17 2.7
8 4.17 8.33 20.83 31.94 27.78
Dulzor 3 12 4 21 20 12
Porcentaje 4.17 16.6
7 5.56 29.17 27.78 16.67
Acidez 1 3 6 9 19 23 11
Porcentaje 1.39 4.17 8.3
3 12.5
0 26.3
9 31.94 15.28
117
Cuadro 38. Resultados de la encuesta final muestra 2.
Fuente: Las Autoras
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Apariencia 4 9 9 18 14 14 4
Porcentaje 5.5
6 12.50 12.50
25.00 19.44 19.4
4 5.56
Consistencia
1 5 11 18 14 20 3
Porcentaje . 1.39 6.94 15.2
8 25.0
0 19.44 27.78 4.17
Color 4 20 11 7 14 13 3
Porcentaje 5.5
6 27.78 15.28 9.72 19.44 18.0
6 4.17
Olor 1 3 14 22 14 13 5
Porcentaje 1.39 4.17 19.4
4 30.5
6 19.44 18.06 6.94
Sabor 1 1 1 4 9 29 15 12
Porcentaje 1.39 1.39 1.39 5.56 12.5
0 40.28 20.8
16.67
Dulzor 1 1 8 11 9 26 10 6
Porcentaje 1.39 1.39 11.11 15.2
8 12.5
0 36.11 13.89 8.33
Acidez 4 8 9 9 11 14 11 6
Porcentaje 5.56 11.1
1 12.50 12.50
15.28 19.44 15.2
8 8.33
118
Análisis de datos. A fin de determinar si existe diferencia significativa entre las dos mermeladas evaluadas en la encuesta final se aplico el método del Rango con Signo De Wilcoxon, cuyos resultados se presentan a continuación:
Cuadro 39. Comparación resultados encuesta final y análisis estadístico
Preferencia Wilcoxon Propiedad Muestra 1 Muestra 2 M1 = M2 M1 ≠ M2
Color Olor Sabor Dulzor Acidez Consistencia Apariencia
Fuente: Las Autoras En cuanto a la preferencia de las mermeladas las encuestas mostraron que la muestra 1 (Carragenina 95:5) tiene mayor aceptación que la 2 (Pectina de Bajo Metoxilo 90:10), aunque las calificaciones del sabor y nivel de acidez y dulce no presentaron diferencias muy marcadas. Cabe resaltar que esta preferencia no se corroboro al realizar el análisis estadístico, dado que el método del Rango con Signo De Wilcoxon dio como resultado que no existe diferencia significativa entre las muestras. A partir de lo anterior, para escoger la muestra con la cual se estandarizo el proceso de elaboración de mermelada hipocalórica Piña – Maracuyá fue necesario tener en cuenta otros aspectos que importantes tales como, costos, rendimientos y tiempo.
119
3.6 ESTANDARIZACIÓN DEL PROCESO A partir de toda la informacion obtenida a lo largo de este estudio, se estableció : 3.6.1 Formulación para obtener 7.602 Kg. de mermelada tropical hipocalorica piña – maracuya utilizando extracto de Stevia como agente edulcorante. Cuadro 40. Formulación estandar.
Ingrediente Porcentaje (%) Cantidad (Kg.) Pulpa de piña Pulpa de maracuyá
47.25 47.25
4.375 4.375
Carragenina 0.5 0.046 Stevia 5 0.460
Fuente : Las Autoras 3.6.2 Proceso de elaboración del producto
• Recepción. La materia prima (piña y maracuyá) se pesa al llegar a la planta, con el fin de obtener los datos necesarios para calcular posteriormente los porcentajes de rendimiento.
• Selección. A pesar que las frutas fueron compradas en Codabas, a fin de
adquirir productos de mejor calidad, ésta operación se realizó (de la misma manera para ambas frutas), con el fin de descartar aquellas que no cumplieran los requisitos necesarios para ser procesadas, esto se llevo a cabo, teniendo en cuenta sus atributos de sanidad.
120
Las características tenidas en cuenta durante el proceso de selección fueron:
Enteras y sin heridas
Sanas y libres de daños por enfermedad.
De aspecto fresco.
Consistencia firme.
Libre de cualquier material anómalo.
Libre de olores extraños e insectos.
Coloración y forma típica de la variedad.
Libre de humedad externa normal.
Libre de daño mecánico • Pelado. Esta operación se realizó manualmente para las dos frutas, con el
fin de retirar el pericarpio. El maracuyá, se partió en dos y se extrajo (con una cuchara) su contenido que representa el 55.52% del peso total de esta fruta. En el caso de la piña las cáscaras y cogollos eliminados correspondieron al 38.88%.
• Troceado. Se efectúo para la piña, esta operación incluyo la eliminación del
corazón (para facilitar su procesamiento), la fruta restante (5,547 Kg.), se cortó en trozos pequeños para facilitar la obtención de la pulpa.
• Despulpado. Se realizo con el fin de obtener la pulpa y jugo, libres de
semillas (en el caso del maracuya). Teniendo en cuenta que la piña es muy
121
fibrosa las perdidas en esta operación fueron del 21.12% debido a que quedaba gran parte de ella en los tamices; y para el maracuya fueron del 19.65% correspondiente a las semillas. Partiendo de la pulpa obtenida en esta etapa se calcularon las cantidades de los demás ingredientes de la mermelada.
• Mezclado. Se mezclan las dos pulpas, en una relación 1:1 y se ajusta a 20 ºC
la temperatura necesaria en la siguiente etapa. • Ajuste de pH. Con el objetivo de obtener una buena relación
ºBrix/%Acidez, que no se puede lograr adicionando Stevia dado el sabor amargo residual que proporciona, se utilizo Citrato de Sodio en polvo para aumentar este valor de 3.01 (mezcla de pulpas) al elegido anteriormente (3.8).
• Cocción. La mezcla se lleva a calentamiento y se procede a adicionar los
demás componentes gradualmente (evitando la formación de grumos), hasta obtener la consistencia deseada. Dado que con el gelificante utilizado a unos ºBrix de 20 se obtiene un gel de consistencia característica, el tiempo requerido en este proceso fue de 39 min. El rendimiento en ésta etapa fue de 82.12%, con un porcentaje de agua evaporada 17.88%..
• Envasado. Se realiza en caliente (82 ºC), a fin de mantener la esterilidad
del envase y sea más fácil la manipulación del producto. El llenado se realiza respetando el espacio de cabeza (10% de la capacidad del envase), favoreciendo las condiciones de vacío y así incrementar la vida útil del producto. Las pérdidas calculadas fueron de 9.8 %, correspondientes a la masa de mermelada adherida a las paredes de las jarras utilizadas para éste fin.
• Enfriamiento. El producto se enfrió rápidamente para conservar su calidad y asegurar la formación del vacío dentro del envase. Se realizó por inmersión en agua fría.
122
• Almacenamiento. Dado que con el lote de mermeladas elaboradas, se llevo
a cabo el estudio de vida útil, las muestras fueron almacenadas, a diferentes temperaturas (5, 15, 37 y 47ºC), a fin de conocer su comportamiento.
123
Figura 18. Diagrama de flujo del proceso
Frutas Pesadas
Sólidos pesados
Mezcla de Sólidos
Mermelada envasada
Mermelada envasada
Mermelada
Mezcla de Pulpas
Mezcla de Pulpas
Frutas en trozos
Frutas Peladas Frutas Peladas
Cáscaras
Frutas Seleccionadas Frutas Seleccionadas
Frutas Pesadas
Stevia, Carragenina y Conservantes
RECEPCION RECEPCION
SELECCION
PELADO
SELECCION
PELADO
TROCEADO
DESPULPADO
DESPULPADO
MEZCLADO
AJUSTE DE pH
COCCIÓN
ENVASADO
ENFRIAMIENTO
ALMACENAMIENTO
Piña
PESADO
MEZCLADO
Corazón
Vagazo
Semillas
Pulpa
Pulpa
Agua evaporada
Cogollos y cáscaras
Maracuya
124
Figura 19. Diagrama de condiciones del proceso
T : 18 º C t : 4.5 min
T : 18 º C t : 1 min
T : 18 º C t : 5 min
T : 18 º C t : 20 min
RECEPCION RECEPCION
SELECCION
PELADO
SELECCION
PELADO
TROCEADO
DESPULPADO
DESPULPADO
MEZCLADO
AJUSTE DE pH
COCCIÓN
ENVASADO
ENFRIAMIENTO
ALMACENAMIENTO
MEZCLADO
T : 18 º C t : 5 min
T : 18 º C t : 5 min
T : 18 º C t : 5 min
T : 18 º C t : 10 min
T : 18 º C t : 10 min
T : 18 º C t : 8 min
T : 18 º C t : 3 min
T : 18 º C t : 1 min
T : 20 º C t : 10 min
PESADO
T : 82 º C t : 39 min
T : 82 º C t : 10 min
T : 17 º C t : 90 min
125
3.6.3 Balance de materia Para la elaboración de éste producto se utilizó la siguiente formulación: Cuadro 41. Formulación
Cantidad utilizada
(Kg.)
ºBrix Sólidos solubles
Agua (kg.)
Mezcla de pulpas 8,750 0,136 1,190 7,560
Carragenina 0,046 0,880 0,040 0,006 Stevia 0,460 1,000 0,460 0,000 Total 9,256 1,690 7,566
Fuente: Las Autoras Para realizar éste balance se tomaron como base de cálculo 10.8 Kg de piña y 12.2 Kg de maracuyá, los cálculos respectivos, se presentan en el anexo 9, y los resultados se resumen el cuadro 41.
El rendimiento del proceso de elaboración de ésta mermelada partiendo de 23kg de fruta (piña y maracuyá), fue del 33.05%, dado que se utilizaron frutas con un porcentaje de parte comestible bajo (piña: 51.50% y maracuyá: 55.51%). En cuanto al proceso de cocción su rendimiento fue de 82.13%, obteniendo así un gel de consistencia característica a un valor de 20 ºBrix, lo que requirió poco tiempo de concentración.
126
Cuadro 42. Resumen del balance de materia del proceso de obtención de la mermelada tropical Piña - Maracuya Operac
ión 001 002 00
3 004 00
5 006
007
008
009 010 011
012
013
014
015 016
017
018
019
Piña 10,770
Piña Seleccionada
10,770
Cogollos + cáscaras
4,188
Piña pelada
6,582
Corazones
1,035
Piña Troceada
5,547
Vagazo 1,172
Pulpa de Piña
4,375
127
Maracuya
12,240
Maracuya seleccionado
12,240
Cáscaras
5,445
Maracuya pelado
6,795
Semillas
1,420
Pulpa de Maracuya
4,375
Mezcla de pulpas
8,750
Stevia, gelificantes y conservantes
0,537
128
Agua evaporada
1,685
Mermelada
7,602
Perdidas
0,881
Fuente: Las Autoras
129
3.6.4 Consumo teórico de energía eléctrica y de gas del proceso de obtención de le mermelada. Teniendo en cuenta los cálculos presentados en el anexo 10 se obtuvo un valor de 0.09KWh correspondiente al consumo de energía eléctrica de la despulpadora y de 0.074 KWh para el agitador de la marmita, valores que son bajos, dado que el tiempo requerido en estas operaciones no es significativo. De igual manera se calculó el consumo de gas necesario para la cocción de la mezcla y obtención de la mermelada, el cual fue de 3.37 Kg./h. 3.6.5 Producto Final Cuadro 43. Caracteristicas finales del producto
pH ºBrix % Acidez ºBrix / % Acidez
% Solidos totales
3.8 20 2.20 9.09 23.2
Fuente: Las Autoras 3.7 CÁLCULO DEL APORTE CALORICO. 3.7.1 Determinación de azúcares. Teniendo en cuenta que con los métodos de Lane-Eynon (volumétrico) y Somogyi (colorimetrico), no fue posible determinar el contenido de carbohidratos de la mermelada, fue necesario utilizar la prueba para identificación de carbohidratos de Selivvanoff, con la cual se obtuvo una coloración rosada fuerte (positiva) lo que evidencia la presencia de cetosas en la muestra, representadas por el azúcar aportado por la fruta (fructosa). A fin de determinar el contenido de fructosa de la mermelada se realizo una curva y se leyó la absorbancia de las muestras a 483nm.
130
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 2 4 6 8 10 12
Concent racion (mg/ml)
Abso
rban
cia
(nm
)
Cuadro 44. Absorbancia de las muestras patrón, curva de calibración determinación de fructosa.
Muestra Concentración de la solución (mg / ml)
Absorbancia (483 nm)
1 2.003 0.340
2 4.006 0.593
3 8.011 1.027
4 10.14 1.267
Fuente. Las Autoras
Figura 20. Curva de calibración determinación de fructosa Pendiente: 0.1142 Desviación estándar: 0.014 Intercepto: 0.1203 Coeficiente de correlación: 1.000
Ecuación de la recta. Y = 0.1142x + 0.1203
131
Con base a la curva patrón realizada se llevo a cabo la lectura para las muestras problema.
Cuadro 45. Absorbancia de las muestras problema, determinación de fructosa
Muestra Concentración de la solución (mg / ml)
Absorbancia (483 nm)
1 8.363 1.076
2 17.310 2.099
Fuente. Las Autoras • Calculo de la concentración de fructosa de la muestra 8.363 mg frutosa 1 ml Solución 17.310 mg frutosa 2 ml Solución Porcentaje de azúcar de la mermelada: 3.383 % Cantidad de azúcar de la mermelada: 3.383 g fructosa / 100 g producto A partir de las lecturas presentadas anteriormente y realizando los cálculos respectivos, se obtuvo que la mermelada elaborada tiene una concentración de fructosa de 3.383 g de fructosa /100 g producto (3.383%) aportado por las frutas utilizadas, cuyo valor es diferente al reportado por las tablas de
x
x 20 ml
5030,3 mg muestra
100g producto
=
3.325%
x
x 20 ml
5030,3 mg muestra
100g producto
=
3.441%
132
composición nutricional correspondientes, dado que estos son calculados por diferencia. Cabe resaltar que valor correspondiente a aporte calórico generado por carbohidratos difiere del reportado por el laboratorio (12%) ya que éste incluye fibra y compuestos no nitrogenados, puesto que este no fue determinado sino calculado por diferencia (ver anexo 11). Con lo anterior se tiene que el aporte calórico por carbohidratos de la mermelada es de 13.532 Kcal. / 100 g mermelada. Utilizando los valores correspondientes a grasa (0.16%) y proteína (0.99%) reportados por el análisis bromatológico realizado a la mermelada tropical hipocalórica y el correspondiente a carbohidratos (3.383%) determinados experimentalmente se obtuvo un aporte calórico de 18.932 Kcal./100g de producto, valor que es representativamente más bajo que el de una mermelada corriente e inferior al de las mermeladas anteriormente analizadas. 3.8 ESTUDIO DE VIDA ÚTIL. 3.8.1 Observaciones • Temperaturas de refrigeración y ambiente. Las muestras almacenadas a
estas temperaturas, permanecieron estables, durante los 24 días de almacenamiento, dado que no presentaron ninguna variación en sus características tales como color, olor, sabor, consistencia, su apariencia agradable, sin sinéresis. En cuanto al pH y °Brix sus valores fueron iguales que los de la lectura 0.
133
• Temperatura acelerada 1 (37°C). Durante las primeras tres semanas las mermeladas mantuvieron sus características iniciales de fabricación. Al cabo de 24 días de almacenamiento, el color de las muestras (superficie) comenzó a oscurecerse levemente, siendo el tono de la base el mismo de la muestra inicial, cabe resaltar que los demás aspectos a evaluar no reportaron ninguna modificación (sin presencia de sinéresis), lo que no genera rechazo a ésta muestra.
• Temperatura acelerada 2 (47°C). En la tercer semana de éste estudio,
las muestras almacenadas a ésta temperatura presentaron un leve oscurecimiento (superficie del gel), manteniendo estables sus demás características, ésta modificación se intensificó al cabo 24 días, en éste caso, acompañada de un notorio cambio en el olor, aroma y sabor, los cuales fueron mucho más intensos, lo que si generó rechazo de éstas muestras.
A partir de lo anterior, se toma como vida útil de las mermeladas a 47 °C : 24 días. 3.8.2 Cálculo de la vida útil. Utilizando el factor de aceleración Q 10, mencionado anteriormente, se calculo el tiempo de almacenamiento de las mermeladas a temperatura ambiente, manteniendo sus características originales.
t2 = [ (t1) ] / Q10 ∆t / 10
Aplicando la formula al estudio, tenemos: t1 : 24 días t2 : ? Q10: 3
134
∆t : (15 – 47) ºC Reemplazando, t2 = ( 24 ) / 3 -32 / 10
t2 = 807 días. Utilizando otros factores de aceleración, se obtienen los siguientes valores de vida útil para éste tipo de productos: Cuadro 46. Vida util del producto utilizando diferentes valores de Q10
Dias a 47 ° C Q 10 Días a 15 ° C
1 2 9
1 3 34
1 4 84
1 5 172
Fuente : Las Autoras En la determinación de vida útil se obtuvo que la mermelada almacenada a una temperatura de 47ºC mantuvo sus características durante un periodo de 24 días, lo que equivale a un periodo de vida útil de 807 días a temperatura ambiente (15ºC), el cual es en promedio el tiempo de duración de este tipo de productos.
135
CONCLUSIONES
• La utilización del extracto de Stevia como edulcorante representa una alternativa que ofrece grandes beneficios, siendo el más importante de éstos el ser un producto natural.
• De los tres gelificantes ensayados se eligió la carragenina dado que al utilizarla, se obtiene un buen gel a menores grados brix, lo que requiere un menor tiempo de cocción, ofreciendo las mejores características sensoriales al producto.
• Teniendo en cuenta el alto poder edulcorante del extracto de Stevia, se
utilizó en una proporción 95:5 (fruta : Stevia), dado que en una mayor concentración deja un sabor residual amargo al producto.
• La mermelada con la cual se estandarizo el proceso de elaboración del
prototipo se eligió teniendo en cuenta aspectos económicos, dado que estadísticamente no existen diferencias significativas entre las características sensoriales de las muestras.
• El aporte calórico del producto calculado fue de 18.9 Kcal./100 g de
mermelada, el cual es más bajo que el aporte reportado por las muestras hipocalóricas analizadas durante la preexperimentacion (entre el 76.64 y 91.41% más bajo) y en comparación a las mermeladas tradicionales con sacarosa, la reducción del aporte calórico es de más del 90%. Lo que constituye un valor agregado para este producto.
136
• A través del estudio de vida útil se determino que la mermelada desarrollada puede ser almacenada a temperatura ambiente durante 807 días manteniendo sus características fisicoquímicas y organolépticas originales
137
RECOMENDACIONES
• Dado que las características de la mermelada desarrollada difieren a las de
las convencionales (no hipocalóricas), cuyos requisitos se estipulan en la Norma Técnica Colombiana 285 (ver anexo 12) se hace necesario elaborar una norma que especifique los requerimientos para éste tipo de productos.
• Con el objetivo de aumentar el rendimiento en la operación de despulpado,
es recomienda elaborar la mermelada utilizando frutas que proporcionen un mayor porcentaje de parte comestible.
• A fin de utilizar datos reales para el cálculo del consumo de energía en los
procesos elaborados en la Planta Piloto de Frutas y Hortalizas de la Universidad De La Salle sede La Floresta, se sugiere desarrollar un estudio que permita determinar las perdidas prácticas de energía eléctrica de los equipos allí ubicados.
138
BIBLIOGRAFÍA 1, 15, 17, 19, 20 LOPEZ, J. Generalidades sobre la elaboración industrial de mermeladas. [en línea]: http//: www.virtual.unal.edu.co (consulta enero) 2006. 2, 14 DIAZ, M. Manual del ingeniero de Alimentos. Grupo Latino Editores. Colombia. 2006. 483p. 3, 8 GUTIERREZ, A. Redescubriendo la dulzura edulcorantes extraídos de la Stevia. [en línea]: http//: www.planthogar.net (consulta junio) 2005 4, 7 LOPEZ, L. Y PEÑA, L. Plan estratégico para la creación de una empresa dedicada a la producción y comercialización de edulcorante a base de Stevia. Pontificia Universidad Javeriana. Tesis. 2004 5 MARTINEZ, T. La hierba dulce (Stevia rebaudiana). [en línea]: http//: www.planthogar.com (consulta mayo) 2005 6 LEON, G. Corpoica abre el panorama para los cultivos de Stevia. [en línea]: http//: www.elcolombiano.com (consulta marzo) 2006 9 JECFA. Edición en línea: “Compendio de especificaciones para aditivos alimentarios”. [en línea]: http//: www.fao.org (consulta agosto) 2006
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