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DESARROLLO DE UN PRODUCTO EXTRUÍDO A PARTIR DE GRANOS DE QUINUA (Chenopodium Quínoa Willd). DISEÑO BÁSICO DE LA
PLANTA
ÓSCAR JAVIER QUITIAQUEZ QUITIAQUEZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ
2005
DESARROLLO DE UN PRODUCTO EXTRUÍDO A PARTIR DE GRANOS DE QUINUA (Chenopodium Quínoa Willd). DISEÑO BÁSICO DE LA
PLANTA
ÓSCAR JAVIER QUITIAQUEZ QUITIAQUEZ
Código: 199812020
Trabajo de Grado para optar al titulo de
Ingeniero Químico
Asesor NESTOR YESID ROJAS
Profesor Asistente Ingeniería Química
Universidad de los Andes
Coasesor
ARTURO ROMERO Profesional Especializado, ICTA.
Docente adjunto Facultad de Agronomía Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ 2005
No basta la hondura de haber caído O la inmensidad del cielo de haber nacido,
Mientras lejos tus ojos se encuentren Y no halle mi reflejo en tu mirada.
Aquellas personas que no se olvidan, Prevalecen durante años brindando apoyo
Con la simple y ciega razón de creer, Son ellas la inspiración a la fortaleza
Para cumplir nuestras metas.
AGRADECIMIENTOS El autor expresan sus agradecimientos a: EL PROGRAMA DE OPROTUNIDADES PARA EL TALENTO NACIONAL DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, por haberme brindado la facilidad y herramientas necesarias para permitirme el privilegio de obtener mi titulo como profesional. PhD NÉSTOR YESID ROJAS. Profesor asistente. Por su apoyo, paciencia y comprensión en la dirección y asesoria del proyecto. MsC. ARTURO ROMERO. Profesor adjunto ICTA. Por su excelente colaboración, confianza y dedicación durante el desarrollo de la investigación como codirector. Dr. JESUS ANTONIO GALVIS, Director Instituto de Ciencias y Tecnología de Alimentos. Por facilitar las instalaciones de la planta piloto de vegetales del ICTA. GUILLERMO CORREDOR. Docente de la facultad de Agronomía, Universidad Nacional de Colombia. Por su asesoria en el desarrollo del diseño estadístico. Ing. EDWIN MALAGON. Ingeniero de Mantenimiento Plantas piloto ICTA. Por su asesoria, colaboración y mantenimiento del extrusor. JOSÉ MARÍA ROBLES. Coordinador de laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad de los Andes. Por su valiosa colaboración en la asesoria de ciertas pruebas como parte del análisis proximal, para el desarrollo de esta investigación. MOLINOS PULVERIZADORES J.A. Por facilitarme el préstamo de los equipos para el molido y pulverización de la materia prima y el producto respectivamente, PROCOHARINAS LTDA. Por facilitarme ciertas pruebas de humedad durante el desarrollo del proyecto. JUAN CARLOS REVELO, LINANA BRYAN Y SEGUNDO MELIO TARAPUEZ. Por el apoyo brindado para poder hacer posible el desarrollo de esta investigación.
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INDICE Pág.
1 INTRODUCCIÓN 6
1.1 MOTIVACIÓN 8 1.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 9 1.3 OBJETIVOS 10
2 QUINUA Y SU PROCESAMIENTO 11 2.1 QUINUA 11 2.2 VALOR NUTRITIVO 16 2.3 SAPONINA 20 2.4 DESAPONIFICACIÓN 21 2.5 EXTRUSIÓN 22 2.6 BEBIDA INSTANTANE A BASE DE QUINUA 35
3 METODOLOGÍA 39 3.1 MATERIA PRIMA 39 3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 39 3.3 DISEÑO EXPERIMENTAL 42 3.4 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 45 3.5 ANÁLISIS QUÍMICO Y SENSORIAL DEL PRODUCTO 59
4 RESULTADOS Y ANÁLISIS 62 4.1 MATERIA PRIMA 62 4.2 ETAPAS DEL PROCESO 63 4.3 ANÁLISIS PROXIMAL 81 4.4 ANÁLISIS SENSORIAL 88 4.5 EFECTOS DEL LAVADO Y LA EXTRUSIÓN 95 4.6 COSECUENCIA DE LA SABORIZACIÓN DEL PRODUCTO 101 4.7 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL PRODUCTO NTC 3659 103 4.8 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO NORMA NTC 3659 104
5 EQUIPOS RECOMENDADOS PARA EL PROCESO 105 6 CONCLUSIONES - RECOMENDACIONES 110 7 BIBLIOGRAFÍA 112 8 ANEXOS 114
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1 INTRODUCCIÓN El presente texto conceptúa la temática necesaria para desarrollar un producto extruído (bebida instantánea) a partir de granos de Quinua (Chenopodium Quínoa Willd),
determinando las operaciones básicas que permiten acondicionar la materia prima para su
procesado y la definición de las variables de proceso en las operaciones relevantes que permitan un producto natural y apto para el consumo. Se incluye un estudio económico
estimando los costos de los equipos, para dar una noción sobre la inversión inicial que
debería hacerse para un montaje de la planta.
La quinua anteriormente era un cultivo básico en la región andina, y sus bondades nutricionales hicieron de este pseudo cereal un elemento importante en las culturas antiguas.
Lastimosamente su producción se extingue con la sustitución de otros cereales como el trigo,
y la cebada por influencia europea, por tal razón se desconocen sus cualidades nutricionales y agrícolas a pesar de ser este producto originario de América.
Pese a su olv ido en algunas regiones de nuestro continente se ha conservado la cultura de su cultivo. Además, con el afán de encontrar y recuperar productos naturales se esta
fortaleciendo el cultivo de este pseudo cereal. Tal es el caso de Boliv ia, Perú y Ecuador
quienes son los pioneros en producción de quinua introduciendo tecnologías adecuadas para su agroindustrialización, ofreciendo al consumidor productos alimenticios totalmente
terminados.
En Colombia aunque se han hecho un sinnúmero de investigaciones sobre el cultivo de
quinua y se han elaborado productos del grano en distintas variedades a nivel de planta piloto, no hay una iniciativa para la producción a gran escala, y el cultivo de la quinua en las
prioridades de los agricultores. El proceso involucra conscientización y divulgación de las
bondades de este alimento, capacitación en el proceso de cultivo, canales de comercialización para producir a gran escala productos alimenticios de buena aceptabilidad al serv icio del
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consumidor, generando demanda de materia prima en el sector agrario y producir
industrialización a bajo costo.
Las propuestas por lanzar una línea de productos con base en granos de quinua en mercado
resultan generosas a simple v ista tanto económica como socialmente, favoreciendo al sector
agrícola con nuevas alternativas alimenticias. El consumidor se beneficia con un producto 100% natural y nutricionalmente completo y la incursión en programas encaminados a
combatir la desnutrición y al fortalecimiento de la seguridad alimentaría.
Hablar de las operaciones unitarias, las variables de proceso adecuadas, y un producto
terminado como lo es la bebida instantánea a base de granos de quinua, no es suficiente.
Debe ser el punto de partida para que en un futuro la industria alimentária ofrezca al consumidor productos naturales, de buena calidad nutricional, elaborados con materia prima
potencialmente promisoria y que aun persisten en la cultura agrícola del país.
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1.1 MOTIVACIÓN La Quinua se constituye como una materia prima optima para obtener un producto versátil, de fácil consumo y que aporta un beneficio importante en la nutrición del consumidor; es la
fuente natural de proteína vegetal económica y de alto valor nutritivo por la combinación de
una mayor proporción de aminoácidos esenciales, como la lisina, escasa en los cereales.
Sus características agronómicas como adaptabilidad y flex ibilidad en un rango amplio de
altitud proporcionan ventajas enormes al sector agrícola para su cultivo, generando amplia gama de terrenos potenciales que ofrecen las condiciones necesarias para el plantío. La
Quinua se constituye en una alternativa para diversificar la producción de este cultivo especialmente en zonas de páramo, con el propósito de generar de generar ingresos y ofrecer
un alimento tecnológicamente factible de utilizar de acuerdo a las necesidades y
especificaciones de los consumidores.
El proceso de la agroindustrialización de una planta procesadora utilizando como materia
prima el grano de quinua es la solución para que los productores de quinua tengan la cercetaza que sus cosechas serán comercializadas. Proporcionando una nueva alternativa en
productos agrícolas, y generación de empleo en los niveles de cultivo y procesado y, por
ultimo, contribuyendo con las ex igencias del consumidor en productos naturales y nutritivos.
Es así como el grano de quinua soporta el proceso de cocción-extrusión lo cual permite su
utilización en la elaboración de alimentos tipo Snack, utilizados en desayunos, entre otros.
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1.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Como propuesta inicial del presente proyecto de grado se definió la elaboración de hojuelas de quinua cubiertas con chocolate utilizando el proceso de extrusión. Debido a la falta de
disponibilidad del equipo (extrusor) v iabilizándose el préstamo únicamente en el Instituto de
Ciencia y Tecnología de Alimentos, ICTA se decidió de cambiar el producto a desarrollar porque en el instituto adelantaban la investigación de producción de hojuelas a base de
Quinua. Debido a ciertos adelantos hechos y el contacto con el instituto sobre la posibilidad de
préstamo del equipo, se decidió elaborar un producto extruído; entre las posibilidades snack o bebida instantánea.
Ya se han estudiado algunos procesos de productos tipo snack a base de harina de Quinua,
pero su índice de expansión es muy bajo, y se ha utilizado harina de maíz fortificada con
quinua para la elaboración de estos productos.
El almidón de quinua presenta buenos índices de solubilidad, y esta propiedad depende
básicamente del tamaño de partícula y del proceso de extrusión; entre mas fino y mejor transformado sea el material, mejor solubilidad tendrá, por lo tanto se optó por realizar la
producción de una bebida instantánea a partir de granos de quinua. El proceso de cocción-
extrusión es básicamente una etapa de cocción del material muy rápida y eficiente por las altas temperaturas que se manejan en tiempos relativamente cortos.
Con estos productos se pretende ofrecer al consumidor nuevas alternativas de alimentos nutritivos y saludables a partir de fuentes naturales; propias de nuestra región. Dejando la
inquietud de investigación sobre esta área para aprovechar mejor los recursos propios y algo
desconocidos, que pueden ser alternativas para atacar problemas de desnutrición con la sustitución o fortificación de algunos productos ya ex istentes.
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1.3 OBJETIVOS
GENERAL
Elaborar un producto extruído a partir de granos de quinua (Chenopodium Quínoa Willd),
definiendo las operaciones requeridas y las variables del proceso.
ESPECIFICOS
Definir las operaciones básicas y las variables del proceso para el desarrollo de un
producto extruído.
Determinar la mejor variedad de Quinua como materia prima, según su disponibilidad
y características funcionales.
Desarrollar la ingeniería básica y el proceso de producción del producto sugerido.
Determinar las características físicas y químicas del producto.
Sugerir los equipos necesarios para el proceso y estimar sus costos.
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2 QUINUA Y SU PROCESAMIENTO
2.1 QUINUA La Quinua (Chenopodium quínoa Willd), es un producto
originario de América, fue la
principal fuente de alimentación de las antiguas culturas
andinas, constituyéndose como
parte primordial en las dietas del pasado1. El cultivo de éste
pseudo cereal desempeñó un
papel fundamental en la v ida de la antigua población sudamericana, alcanzando su mayor desarrollo en la época de los Incas,
quienes desarrollaron técnicas de cultivo y canales de regadío que hasta ahora subsisten;
trabajo comunal y una filosofía de v ida basada en la armonía con la naturaleza lo que dio como resultado un Imperio Incaico rico, fuerte y autosuficiente en su alimentación, justo antes
del contacto europeo donde se renovaron las costumbres de cultivo sustituyendo este cultivo
por otros como el trigo, la cebada y el arroz.
En la actualidad sus bondades nutricionales han convertido a esta planta sudamericana en un
producto alternativo, principalmente por sus propiedades alimenticias; es uno de los pocos alimentos nutricionalmente completos, especialmente por su contenido de aminoácidos
esenciales superando a los cereales más importantes como el trigo, la cebada y el maíz.
Su cultivo (Figura 1 y 2) se extiende desde Venezuela hasta Argentina, siendo los países pioneros en la producción de quinua Boliv ia, Perú y Ecuador. En Colombia, Chile y Argentina
a nivel de minifundio y para autoconsumo. Sin embargo, su potencial agrícola y nutritivo ha
1 Tomado de: http://www.proinpa.org/FexpoQuinua.htm
Figura 1 Campo de Quinua Variedad Blanca dulce. Duitama (Boyacá).
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despertado el interés de la quinua como un producto completo nutricionalmente y además es
utilizado como complemento de algunos alimentos para mejorar su valor nutritivo.
El inconveniente para el consumo directo del grano de quinua, es el contenido de saponinas,
confiriendole un sabor amargo. Se han desarrollado métodos físicos, químicos y biológicos
para obv iar este problema, proporcionando granos libres de este compuesto, pero estos involucran cierto costo y problemas ambientales. Una de las alternativas ha sido el
mejoramiento genético, produciendo variedades dulces, es decir, con bajo contenido de
saponinas. Además el empleo de maquinas escarificadoras permiten procesar grano de quinua de variedades amargas con alto contenido de saponinas. Esta tecnología facilita la
utilización del polv illo o residuos
de esta operación donde se concentran dichos compuestos
orgánicos, las saponinas, los
cuales posteriormente pueden ser utilizados para el control
biológico en cultivos como la
arbeja, el maíz, el fríjol, entre otros.
Origen y distribución La quinua es una planta nativa de los andes latinoamericanos cultivada hace 8000 años,
originalmente por los Músicas y los Incas. Para ellos el grano de Quinua era sagrado, siendo
llamada “la madre de los granos” o “grano de oro”. La palabra Quinua es de origen quechua y por los Músicas era llamada Suba o Uba. Pulgar Vidal (1954) hace referencia sobre el origen
de la quinua y basándose en la toponimia sugiere que su origen fue la sabana Cundí-
Boyacense dado que ex isten nombres de poblaciones como Suba o Subachoque, palabras que en el idioma chibcha significan lugar de producción de quinua, de tal manera que el grano
de quinua podría haber sido llevado a Ecuador, Perú y Boliv ia por los Incas. Sin embargo no
Figura 2 Campo de Quinua plantío joven, variedad Blanca dulce.
Estación experimental ICA. Duitama (Boyacá)
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se puede desconocer que el centro de dispersión de la quinua según Vavilov se encuentra en
el área de influencia del lago Titicaca, es decir, en Perú y Boliv ia.
En la actualidad, la quinua se cultiva en los andes, desde Colombia hasta Argentina en
cultivos de autoconsumo y a pequeña escala. En Países como Boliv ia, Perú y Ecuador el
sistema de cultivo es mas especializado, introduciendo tecnologías para la siembra y cosecha del grano, lo mismo que plantas procesadoras, logrando colocar en el mercado productos
como galletas, pastas, harinas y cereales para desayuno.
Clasificación taxonómica
TAPIA, (1980) Identifica la quinua con el nombre de Chenopodium Quinoa Willd, y su clasificación taxonómica de la siguiente manera:
Reino: Vegetal
División: Fanerogama Sub-división: Angiospermas
Phylum: Spermatophyta
Clase: Arquiclamideas Sub-orden: Caryphylales
Orden: Centrospermales
Familia: Chenopodiaceae Genero: Chenopodium
Especie: Chenopodium Quinoa Willd
Morfología de la planta
La quinua es una planta herbácea con las siguientes características
Tallo. Es cilíndrico a la altura del cuello y después anguloso debido a que las hojas son alternas a lo largo de cada una de las cuatro caras. De acuerdo a la variedad, el tallo alcanza
diferente altura y termina en la inflorescencia denominada panoja (Gandarillas, 1979).
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Habito de crecimiento. Normalmente de la ax ila de cada hoja del tallo nace una rama, y de
ésta otras, según su habito. Algunas ramas son poco desarrolladas alcanzando unos pocos centímetros de longitud, y otras son largas y llegan casi a la altura de la panoja principal
(Gandarillas, 1979, p. 73).
Hojas. La hoja como la de todas las cotiledóneas, está formada por el pecíolo y la lamina.
Los pecíolos son largos, finos, acanalados en su lado superior y de un largo variable dentro de la misma planta, como se observa en la
figura 3. La lámina es poliforme en la misma planta; romboidal o triangular, lanceoladas o
triangulares (Gandarillas, 1979, p. 73).
Inflorescencia. La inflorescencia de la
quinua es racimosa y por la disposición de las flores en el racimo se considera como
una panoja (Figura 4). Algunas veces está claramente diferenciada del resto de la
Figura 4 Panoja de Quinua, variedad Blanca dulce.
Figura 3 Hojas de la Quinua, variedad Blanca de Junín
cultivada en el invernadero de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.
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planta, siendo terminal y sin ramificaciones, pero en otras no ex iste una diferenciación clara
debido a que el eje principal tiene ramificaciones que le dan una forma cónica peculiar
(Gandarillas, 1979). Flores. Las flores de la quinua son incompletas, dado de carecen de pétalos. Las flores en el glomérulo pueden ser hermafrodita o pistilada, y el porcentaje de cada una de ellas depende
de la variedad.
Fruto. El fruto está cubierto por el perigonio del que se desprende con facilidad al frotarlo
cuando esta seco, además, el color del fruto
está dado por el perigonio y se asocia directamente con el de la planta, que puede
ser verde, púrpura o rojo. El pericarpio del fruto esta pegado a la semilla, presenta
alvéolos y en algunas variedades se puede
separar fácilmente; adherida al pericarpio se encuentra la saponina, que le confiere el sabor
amargo (Gandarillas, 1979).
La semilla está cubierta por el episperma en forma de una membrana delgada, el embrión
está formado por los cotiledones y la radícula, que constituyen la mayor parte de la semilla
que envuelve al perisperma como un anillo. El perisperma es almidonoso y normalmente de color blanco. El color de la semilla puede ser amarillo, café, crema, blanco o translúcido. Su
tamaño es de aprox imadamente 2 mm de diámetro y 1 mm de espesor.
Variedades de Quinua
Existen infinidad de variedades de quinua, cuyas diferencias radican en el tallo, el color y
forma de las panojas, las hojas, y la altura de la planta entre otras, las cuales se han
Figura 5 Granos de Quinua, variedad blanca dulce.
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estudiado principalmente en Boliv ia. Otras variedades se han desarrollado con la finalidad de
mejorar la calidad del grado para el consumo. Uno de los principales objetivos y que es
realmente el factor que ha influenciado a desarrollar nuevas variedades fue la eliminación de saponina, para disminuir el sabor amargo del grano de quinua y facilitar su consumo directo.
Otros factores como adaptabilidad, tamaño del grano, resistencia a las heladas y sequías han
sido la causa para desarrollar variedades mejoradas. Entre las distintas variedades de Quinua se encuentran: Ingapirca, Tunkuham, Camacani, Real, Cheweca, Blanca de juli, Blanca de
Junin, Amarilla de Maranganí. En Colombia encontramos variedades de tipo dulce como:
Dulce de Quitopamba, Sajama, Kanccolla, Tukana, Tunkahuan y otras (Tapia, 1979).
2.2 VALOR NUTRITIVO Composición Química La quinua se considera como el alimento mas completo dentro de los cereales conocidos y su
valor nutricional es comparado con el de muchos alimentos de origen animal, como la carne,
la leche y los huevos. Los granos de quinua son especialmente ricos en proteínas, grasa y carbohidratos, pero la calidad de las proteínas, es decir, el contenido de aminoácidos
esenciales es superior a todos los cereales (Tapia, 1979). Desde el punto de v ista nutricional y
alimentario, la quinua es la fuente natural de proteína vegetal económica y de alto valor nutritivo por la combinación de una mayor proporción de aminoácidos esenciales. El contenido
de proteína es diferente según la variedad al igual que otros componentes; el porcentaje de
proteína está entre el 11 y 21,3% , el porcentaje de carbohidratos está entre el 53,5 y 74,3% , y el contenido de grasa oscila entre el 5,3 al 8,4% (Tabla 1).
Almidón. El almidón es la forma de almacenamiento de energía de la planta, su tamaño comprende desde 1 a 100 micras. Generalmente el almidón se compone de dos biopolímeros,
amilosa y amilopectina. La amilosa es un polímero lineal y de bajo peso molecular, mientras
que la amilopectina se encuentra ramificada y generalmente de mayor peso molecular por sus cadenas largas.
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El almidón de la quinua fue estudiado por Wolf et al (1950) determinando que en promedio
tiene entre 1.5 y 3 micras de diámetro por grano, muy inferior al del maíz y el trigo, alcanzando
23 y 40 micras respectivamente.
La gelatinización es un tema peculiar en el procesamiento del almidón, básicamente es una
combinación compleja de las transiciones de fusión y v ítrea. En el estado vítreo surge un aumento de volumen y movilidad molecular, generando finalmente un estado gomoso, por el
aumento de temperatura.
Los granos de quinua contienen entre 58 y 68% de almidón y 5% de azúcares. Los gránulos
de almidón son pequeños, constituidos por amilosa (20% ) y amilopectica (80% ), y gelatinizan
entre 55 y 65ºC (Smith, 2001).
Tabla 1: Valores máx imos y mínimos de la composición del grano de quinua
De ocho v ariedades (g/100 g). Composición Mínimo Máximo Promedio* No Análisis
Proteínas 9.60 22.10 14.30 74Grasas 1.80 8.20 4.60 54Carbohidratos 46.00 74.40 61.40 49Fibra 1.10 5.80 3.00 38Ceniza 2.40 9.70 3.50 60Humedad (%) 5.40 20.70 12.90 58
Fuente: Arturo Romero (1981) Proteínas. La quinua supera a los cereales en el contenido de proteínas (Anexo A). La
lisina es uno de los aminoácidos más escasos en los alimentos de origen vegetal, se
encuentra en la quinua en una proporción que al menos duplica el contenido en otros cereales. Esto es una base para considerarla como suplemento en otros productos
comerciales para mejorar el valor nutritivo de estos, no sólo en el contenido de lisina, sino en
otros aminoácidos esenciales que la quinua puede aportar. La FAO señala que un factor importante en la calidad biológica de las proteínas es la digestibilidad. La digestibilidad de las
proteínas del huevo, la leche y la carne es cercana al 100% . Los cereales y las leguminosas
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debido a su contenido de fibra y agentes compuestos antinutricionales presentan una
digestibilidad menor. Se estima que la digestibilidad de la quinua es aprox imadamente de
80% .
Las investigaciones hechas en base a los análisis químicos sobre la fracción proteica indican
que los aminoácidos limitantes de las proteínas de la quinua son los azufrados y el déficit deberá suplirse en la alimentación con proteínas de otros alimentos que sean ricos en estos
aminoácidos (Wahli, 1990).
La calidad de la proteína del grano de quinua mejora después del tratamiento térmico
(cocción), obteniéndose una mejor concentración de aminoácidos y digestibilidad. Los
procesos que utilizan calor seco, como el tostado y el expandido, pueden disminuir notablemente la disponibilidad de lisina, que es termolábil y además puede reaccionar con
otros componentes del grano disminuyendo su biodisponibilidad (Tapia, 1979).
El verdadero valor de la quinua se fundamenta en su calidad proteica dada por el mayor
contenido de aminoácidos esenciales (a.a.e.e.), especialmente Lisina. Si la quinua se
compara con otros cereales (Anexo A) es claro que la proporción de este aminoácido es superior, lo cual constituye un gran atributo nutricional debido a que la lisina es un a.a.e.e.
limitante en los cereales. Tabla 2: Relación de eficiencia proteica (P.E. R.)
Trigo Arroz Soya Quinua 1,5 2,0 2,3 2,6
Fuente: Romero, 1978.
El valor nutritivo de la proteína se estima según el valor biológico y se evalúa por medio de la relación de eficiencia proteica (PER), la cual se expresa numéricamente en función de la
ganancia del peso del cuerpo relativo a los gramos de proteína ingeridos. El nivel PER de la
quinua (2,6) es bastante satisfactorio puesto que está dentro de niveles posibles en la alimentación humana con muchas posibilidades de éx ito (Romero, 1978, p. 103) y es mayor
que el PER de otros cereales.
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Tabla 3: Comparación del contenido de ácidos grasos esenciales del grano de quinua con otras fuentes
Grasa. La quinua supera en el contenido de grasa a los cereales (Anexo A), esto le da un
valor agregado a la quinua considerándola como una fuente rica en ácidos grasos esenciales, como el acido linoléico (C18:2) y linolénico (C18:3) que constituyen el 55 - 63% de la grasa
de la quinua. En la tabla 2 se aprecia que el aceite de la quinua es similar al aceite de la soya.
A pesar de los contenidos altos de ácidos linoléico y linolénico en el aceite de quinua, se ha
comprobado que es muy estable, a diferencia del aceite de soya. Al parecer la v itamina E, por ser un antiox idante, es responsable de la estabilidad, pero se ha comprobado lo contrario, y
la estabilidad del aceite de quinua es motivo de estudio.
El rendimiento de aceite del grano de quinua puede superar fácilmente al del maíz, debido a
que el rendimiento de materia vegetal de la quinua supera notoriamente al maíz. Se debe tener en cuenta que el rendimiento del aceite depende del contenido de grasa y de la
productiv idad vegetal. Puede suceder que algunas fuentes sean superiores a otras por el
rendimiento de materia vegetal, aunque el contenido de grasa en los racimos sea inferior. La quinua supera al maíz en los dos aspectos; el contenido de grasa es de 2-5 % y de 2-10% de
Fuente: WAHLI Cristian (1990).
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maíz y quinua respectivamente, el rendimiento por hectárea de aceite vegetal kg/ha es de 20-
50 y 80-400 de maíz y quinua respectivamente (Wahli, 1990).
2.3 SAPONINA La Saponina comprende dos grupos de glucósidos vegetales; glucósidos triterpenoides y
esteroides. Forman abundante espuma en solución acuosa y son también solubles en alcohol absoluto y otros solventes orgánicos. La saponina presenta una característica tox ica sobre
todo en peces, por tal motivo los residuos del lavado de la quinua de riesgo considerable se
deben tratar antes de ser descargados a corrientes de agua. El contenido de saponinas esta ligado a los ecotipos, según esta clasificación la variedad de quinua dulce contiene bajo
contenido de saponina que es lgeneralmente cultivada, mientras que la quinua que contiene
alto porcentaje de saponina denominada quinua real se cultiva en Boliv ia únicamente. Para el empleo industrial de la quinua se han desarrollado distintos equipos que permiten
desaponificarla partiendo de la solubilidad de la saponina. Es así que ésta se disuelve en
agua, éter, alcohol y otros compuestos, también se han desarrollado procesos mecánicos que permiten separar la saponina del grano
mediante cizallamiento y fricción. Sin duda el
método más eficiente es la purificación genética, desarrollando variedades de
quinua dulce con bajo contenido de
saponinas que se puedan adaptar a distintos ambientes de cultivo, se ha demostrado que
el contenido de saponina es independiente de la calidad nutritiva, es decir, variedades
de quinua dulce o amarga tienen
porcentajes nutricionales similares.
Figura 6 Determinación del contenido de saponinas por el
método de espuma. Nótese la diferencia del contenido de saponinas en el tubo de ensayo del
centro (Variedad Amarilla de Marangani) y las muestras Variedad Samara (izq) y Tukana (der)
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Cuantificación de la saponina
Existen diferentes métodos por los cuales se puede estimar el contenido de saponina en los
granos gracias a que la saponina es soluble en distintos medios. El más utilizado por su facilidad de implementación y corto tiempo es el descrito por M. J. Koziol (1990), bajo el
principio de la activ idad espumante de la saponina al mezclarse con agua. La altura de la
columna de espuma determina el contenido de saponinas en el grano, como se observa en la figura 6, pero su aplicación es limitada produciendo resultados confiables solo para alturas de
columna menor a 3 cm.
En la figura 6 se aprecia el contenido de saponinas de la variedad Amarilla de Marangani
(amarga). La altura de la columna de espuma en comparación con las variedades dulces
(Samara y Tukana) es apreciable.
2.4 DESAPONIFICACIÓN La saponina se encuentra impregnada al grano de quinua y confiere el sabor amargo por ello es preciso eliminarla. Los métodos que se pueden utilizar para llevar acabo esta operación
son: Los métodos seco, húmedo, escarificado, termomecánico en seco, químico, y
combinado.
Como punto de partida, se debe medir el contenido de saponina, hay variedades que
prácticamente tienen un contenido de saponina casi nulo, esto reduciría la severidad del método aplicado. Los métodos mas utilizados son los métodos húmedo y seco.
Método húmedo. Los granos de quinua se someten a un lavado con agua en un tanque con agitación, con camisa de calentamiento y agitador accionado por un motor eléctrico, para
generar suficiente turbulencia. Inicialmente el grano se pone en remojo por un tiempo
aprox imado de 3 min. El efecto de solubilización que causa el agua desprende la saponina del grano facilitando el proceso. Luego el grano se somete a lavado, y sufre un proceso de
fricción húmeda gracias a la descarga de agua caliente que ocurre en el equipo y a la acción
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del agitador. La fricción se produce entre los granos y las paredes del tanque eliminando las
cáscaras (perigonios) y el polv illo responsables del sabor amargo.
Método seco. Este método consiste en la eliminación del episperma o cáscara, y
segmentos secundarios del grano de quinua, donde se concentra la mayor cantidad de
saponina, a través de fricción o rozamiento para obtener quinua lisa y limpia, denominada quinua perlada. El proceso se lleva a cabo en equipos mecánicos generadores de rozamiento
intenso sin maltratar el grano. Éste método ev ita que se disponga de una etapa de secado,
como ocurre al eliminar la saponina por v ía húmeda, resolv iendo fácilmente el problema de germinación, otra ventaja de éste método es que disminuye los costos y hace menos
demorado el proceso.
2.5 EXTRUSIÓN El Proceso de Extrusión es una técnica de procesamiento de alimentos donde la materia
prima, generalmente en estado sólido (granos, harina), es alimentada a través de una tolva y posteriormente transportada a lo largo de un tornillo donde lentamente resulta compactada,
fundida, mezclada y homogeneizada para finalmente ser dosificada a través de una boquilla
conformadora (dado) responsable de proporcionarle, de manera continua, el perfil y /o la forma deseada en el producto final.
Esta operación de naturaleza continua es importante en el procesado de alimentos, porque la materia prima rápidamente sufre distintas transformaciones físicas, químicas, funcionales,
nutritivas y sensoriales para dar paso al producto final, lográndose a temperaturas y presiones
muy elevadas, oscilando en el intervalo de 100 – 180°C y 30 – 110 bar respectivamente (Guy, 2001). La utilización de temperaturas elevadas reduce el tiempo de procesado (tiempo de
residencia) y permite una completa transformación (cocción) del material en periodos tan
bajos como 30 – 120 segundos. Los niveles de humedad están entre 10 – 40% sobre una base de peso húmedo (Guy, 2001). A pesar de las humedades bajas las masas de las
materias primas se transforman en fluidos que se someten a un numero de operaciones para
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mezclar y transformar los ingredientes originales en nuevas formas funcionales o productos
terminados.
Los productos alimenticios como los cereales presentan cadenas de biopolímeros como el
almidón, son capaces de derretirse y permitir que la materia fluya a través del extrusor, sin
estas estructuras básicas no sería posible el proceso de extrusión, pues no habría una base sobre la cual los componentes de la materia prima se disuelvan y puedan fluir para formar un
producto homogéneo y estructuralmente agradable. Los productos extrudidos se forman a
partir de biopolímeros naturales de las materias primas tales como harinas de cereales y tubérculos que son ricos en almidón. Las leguminosas se pueden utilizar por su contenido de
proteínas en mezclas vegetales enriquecidas.
La extrusión es una operación unitaria que esta ganando popularidad por las siguientes
razones (Fennema, 1993):
Figura 8 Adecuación del equipo para el proceso.
Ensamble del dado y el tornillo de extrusión
Figura 7 Extrusor DEMACO modelo S – 25. Planta Piloto de Vegetales, ICTA. Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.
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- Versatilidad. Cambiando la proporción de ingredientes minoritarios y las condiciones
durante la extrusión pueden obtenerse una gran variedad de productos.
- Menores gastos. La extrusión es un proceso más barato y productivo que otros procesos de cocción y moldeo. Se asegura que la extrusión de los cereales para desayuno, comparado
con el proceso tradicional de elaboración, ahorra el 19 % de la materia prima, el 100% de la
energía, el 40 % de la mano de obra y el 44 % de los gastos de instalación.
- No genera efluentes. La extrusión constituye un ejemplo de los sistemas de procesado en
los que el tamaño de los alimentos se aumenta. Mediante la extrusión los alimentos
granulados de pequeño tamaño o pulverizados, se transforman en alimentos de tamaño de partícula mayor. Otros procesos que aumentan el tamaño de partícula son los de
aglomeración de alimentos pulverizados y los de moldeo. El equipo de extrusión
Los extrusores para alimentos se comenzaron a usar en la industria alimenticia desde hace 55
años, incrementando hasta hoy ampliamente sus aplicaciones con el desarrollo de múltiples equipos capaces de operar a condiciones extremas. El extrusor (Figura 7) es considerado un
bioreactor que en poco tiempo y a muy altas temperaturas transforma materia prima en
productos listos para el consumo o insumos en diferentes líneas de proceso. (Ascheri, 1997)
Partes del equipo de Extrusión
La maquina de extrusión esta conformada por las siguientes partes:
El Extrusor. Es prácticamente un equipo de transformación donde se facilita el transporte,
la compactación, la fusión, el mezclado, la homogeneización, la plastificación y el conformado de la materia prima. Entre los diferentes tipos de extrusoras las de tornillo (extrusoras
continuas), resultan las más frecuentemente utilizadas. Estas se encuentran constituidas por
uno o múltiples tornillos según los requerimientos propios del proceso.
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Esquema A. Extrusora de tornillo único. 1.-Tolva de alimentación 2.-Tornillo de extrusión 3.-Barril o cilindro 4.-Bandas de calefacción
5.-Ventiladores 6.-Banda de enfriamiento 7.-Motor. El diámetro del tornillo de extrusión es uno de los parámetros de peso para la determinación
de su capacidad en el procesado de alimentos. Los extrusores comerciales suelen tener
diámetros de tornillo de 1 a 12 pulgadas, 24 L/D (relación longitud/diámetro) o más, con lo cual es posible procesar hasta 10 ton/h de materia prima (Guy, 2001).
Tolva de Alimentación. Es el medio encargado de la alimentación de la materia prima a
la extrusora. La importancia de la tolva es proporcionar una alimentación estable, para ev itar
mermas en la productiv idad de la línea generadas por inestabilidades en el flujo. El volumen de la tolva debe ser proporcional a la capacidad de producción de la extrusora garantizando
en todo momento una alimentación constante. Como regla práctica el diámetro de salida de la
tolva suele tener un ancho equivalente al diámetro del tornillo de la extrusora, y un largo de 1.5 a 2.0 veces el diámetro. (Riaz, 2004)
Esquema B. Tolva de alimentación
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Tornillo de Extrusión. Es el elemento mecánico responsable de las operaciones de
transporte, fusión y bombeo o dosificación del material procesado (Figura 9).
Esquema C. Tornillo simple de extrusión.
El tornillo de extrusión se div ide en zonas de acuerdo a la transformación del material según
se muestra en el esquema C.
Zona de Transporte: Generalmente en ésta zona los tornillos presentan mayor profundidad de canal con el fin de maximizar el flujo de alimentación, la función es
básicamente transportar el material. Uno de los requerimientos más importantes que debe
satisfacer todo tornillo en la zona de alimentación es tener una superficie sumamente lisa, para que el material no se adhiera al tonillo permitiendo un transporte más eficiente. En la
medida que el material avanza a lo largo de la zona de alimentación, comienza a ser
compactado y calentado a través de dos mecanismos siendo el primero el efecto de fricción, mientras que el segundo es debido a la conducción de calor desde las bandas de
calentamiento del barril.
Figura 10 Acercamiento del tornillo donde se
aprecia, el canal, la cresta y el paso de canal.
Figura 9 Tornillo de diámetro constante del
extrusor DEMADO S - 25
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Zona de Fusión: En esta zona inicia el proceso de fusión del material, a lo largo de la
zona los granos de almidón forman una mezcla sólido-fundido el material toma consistencia
de masa v isco amorfa,. El tornillo presenta una ligera reducción del canal, para aumentar la presión y compactar el material, generando un fluido continuo. Para que ocurra esto la
temperatura deberá estar por encima de la temperatura de gelatinización del almidón y
dependerá del tipo de material que se trabaje, al terminar esta zona la temperatura fácilmente supera los 100°C.
Zona de Dosificación: Las roscas en esta sección son poco profundas con espaciado corto. La temperatura y la presión aumentan rápidamente con el fin de expulsar la masa
plástica hacia el troquel y efectuar la cocción (Riaz, 2004). El cizallamiento también es alto en
esta zona. Las elevadas temperaturas no afectan en mayor grado la composición nutricional del material, debido a que el tiempo de residencia es muy corto (5s)
Cilindro o barril. El barril o exterior de la extrusora es un cilindro metálico que
conforma, junto con el tornillo de extrusión, la
cámara de fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcasa que envuelve
al tornillo y sobre la cual es posible calentar el
material por el contacto con el vapor proveniente de la caldera. Los cilindros de
extrusión generalmente poseen una superficie
interna con canales de formas específicas, con el fin de favorecer el proceso de
cizallamiento cuando los materiales presentan
bajo coeficiente de fricción.
Figura 11 Abertura del Cilindro, nótese la superficie
acanalada. Los cuatro orificios atornillados sirvende soporte para el dado formador una ves se ha
introducido el tornillo en el cilindro.
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Dado o cabezal. El componente de la línea denominado cabezal o dado (Figura12), es el
responsable de conformar o proporcionar la forma del extrudido. Las áreas reducidas de las
aberturas denominadas boquillas por donde se descarga el material procesado, causa el aumento de la presión al interior del extrusor, permitiendo la compactación del fluido y la
evaporación súbita de humedad justo a la salida de la boquilla. La configuración geométrica
de la boquilla es la responsable de dar forma al producto final. Al dado se incorpora una cortadora accionada mecánicamente para definir el tamaño del producto.
El conocimiento en detalle de las características geométricas del tornillo, hace posible un
mayor dominio de la técnica logrando con ello efectiv idad en el proceso; portal razón resulta importante conocer los principales parámetros de cualquier tornillo de extrusión (esquema D).
Esquema D. Parámetros descriptivos del tornillo. D: Diámetro, P: Paso de ancho de canal, A: Ancho del Filete, H: Altura del canal, a: Angulo de la hélice.
Figura 12 Dado formador, especial para pastas largas, por la configuración de la boquilla en forma
de cilindro
Figura 13 Obsérvese las boquillas, son los orificios de
menor diámetro (3 mm).
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Variables operacionales del proceso de extrusión Las propiedades funcionales del almidón son alteradas por los parámetros operacionales del
proceso: contenido de humedad inicial, temperatura del extrusor, rotación del tornillo, diámetro del dado, flujo másico, tamaño de partícula. Los parámetros del sistema: v iscosidad,
temperatura del material, cizallamiento aplicado, tiempo de residencia, presión del sistema
(Ascheri, 1997). Finalmente las variables dependientes e independientes se reflejan en las características del producto: humedad, expansión, solubilidad, textura, color, sabor.
Variables operacionales. Los parámetros operacionales o variables independientes básicamente hacen referencia a las variables que se pueden modificar y combinar
directamente para modificar los parámetros del sistema y transformar la composición química del material en sus tres grupos básicos; proteínas, carbohidratos y grasas, logrando un
producto con las características organolépticas y nutricionales deseadas. Éstas variables se
enumeran a continuación.
Rotación del tornillo: Al aumentar la velocidad de rotación del tornillo aumenta el grado
de cizallamiento generando calor y aumentando la temperatura del material incrementando el grado de gelatinización del almidón, para generar una pasta continua fluida. Al Incrementar la
velocidad de rotación del tornillo permite disminuir el tiempo de residencia, a la vez aumentar
el cizallamiento.
Temperatura del extrusor: Ocurre por conducción de calor entre la camisa y el material y por acción mecánica, provocando el calentamiento del material permitiendo así la
gelatinización del almidón, desapareciendo la estructura cristalina y v ítrea para ser
transformado en un fluido continuo. Las proteínas por su parte son desnaturalizadas permitiendo un mejor aprovechamiento, es decir, utilización biológica. La temperatura a lo
largo del extrusor aumenta en dirección al flujo, esto permite gradualmente calentar el
material, fundirlo y darle una cocción efectiva.
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Cuando la temperatura aumenta en el extrusor hay tendencia a producir un producto mejor
transformado, cuando la humedad es baja el material tiende a calentarse de manera rápida y
la temperatura de operación se alcanza mas rápidamente, pero la humedad es limitante de la plastificación del material.
Humedad inicial del producto: La humedad del producto permite que el material adquiera una consistencia plástica para que pueda fluir de manera compacta en forma de
pasta v iscosa, además permite la expansión a la salida del troquel por evaporación súbita; las
burbujas al interior del polímero hacen que este se expanda hasta un máximo. Si el contenido de humedad no es suficiente el material no fluirá. Un contenido de humedad inferior al 25% y
superior al 10% facilita la hidratación de los granos para que al ser calentados puedan fluir
fácilmente. El aumento de la humedad en el producto provoca la disminución de presión y temperatura y por lo tanto la transformación del producto es reducida. Dado o matriz: Responsable de la formación del extrudido, restringe el flujo de material en la extrusión causando un aumento de presión y cizallamiento necesarios antes de la salida del
producto. La configuración y forma del dado depende del producto que se desea (Ascheri,
1997, p. 33). Variables del sistema. Los parámetros del sistema o variables dependientes son las
que cambian como resultado de variar una o más variables independientes, para causar
efectos deseados en las características del producto. La presión permite compactar el almidón para generar un fluido continuo. La presión alcanza su máximo a la salida del troquel
por la reducción de la altura del canal del tornillo, el cambio brusco de presión ocasiona
evaporación súbita del contenido de agua produciendo la expansión. El Cizallamiento produce un aumento de la temperatura por alta generación de calor en la fricción de las
moléculas de almidón, el grado de cizalla ocasiona que las moléculas de almidón se rompan y
fundan más fácilmente. Entre mayor sea el tiempo de residencia, el producto es mejor transformado. Para extrusores de tornillo simple se encuentra alrededor de 30 – 80 segundos.
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Vida comercial Estabilidad
VARIABLES O PERACIO NALES DE EXTRUSIÓ N
VARIABLES INDEPENDIENTES
Humedad inicial del producto Composición de la alimentación Temperatura del extrusor Rotación del tornillo Caudal de alimentación Diámetro del dado
VARIABLES DEPENDIENTES
Viscosidad Temperatura en el material Cizallamiento aplicado T iempo de residencia Presión del sistema
CARACTERISTICAS PRO DUCTO
Humedad Expansión Solb./Abs. Textura Color Sabor
Densidad aparenteTamaño Forma
Pegajosidad, Adhesividad/ Agua, grasa, leche
Sensación bucal Estructura celdas
Claro Oscuro
Fuerte Suave Rancio
Figura 14 Influencia de las variables operacionales en el proceso de extrusión y el efecto sobre las características del producto
(Riaz, 2004)
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Materias primas para la cocción-extrusión
La cocción por extrusión implica: calentamiento a temperaturas elevadas, aplicación de
mezclado y cizallamiento mecánico, antes que en la extrusión se forme una estructura.
Las características físicas de las materias primas, como el tamaño de la partícula, la dureza, y
las características fricciónales de los polvos y el poder de lubricación y plastificación de los fluidos llegan a ser mas importantes que en otros procesos de alimentos. A continuación se
hace una clasificación de los distintos tipos de materiales que se utilizan en el proceso de
extrusión.
Materiales formadores de estructuras. Las estructuras de un producto extrudido se crean mediante un fluido derretido formado a partir de biopolímeros, la estructura continua
permite que otros materiales se dispersen y se solublicen en su mayoría, para el caso de
estructuras a base de almidón, los materiales dispersantes pueden ser proteínas, fibra, agentes enriquecedores y otros necesarios agregados a la mezcla. La película de
biopolímeros debe fluir fácilmente sobre las paredes de las burbujas de vapor liberadas por la
presión atmosférica, la liberación de burbujas permite al fluido expandirse, luego la caída de temperatura y el aumento de la v iscosidad por la perdida de humedad, vuelve rígida la
estructura celular. Los biopolímeros a base de almidón son excelentes para generar productos
expandidos de estructuras bien formadas.
Almidón: Los biopolímeros a base de almidón se componen de amilopectina y amilosa, son los grupos que se encuentran en mayor cantidad (Guy, 2001). La amilopectina es el polímero
más abundante con mayor masa molecular, dando expansiones bajas debido a las pobres propiedades de flujo en las paredes celulares de gas, por sus largas cadenas; alcanzan su
expansión máxima pero se pueden encoger fácilmente disminuyendo el índice de expansión.
Por tal motivo es importante el cizallamiento para reducir las cadenas largas, y estas puedan fluir fácilmente por las paredes de la burbuja. Las moléculas pequeñas permiten un mejor flujo
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en las paredes de las células de gas, mejorando la expansión. El polímero de cadena más
corta es la amilosa, y su contenido varía en los tipos de cereal.
La digestibilidad del almidón es altamente dependiente del grado de gelatinización y muy
esencial para los alimentos nutritivos, generalmente los infantiles los cuales deben aportar
mayor densidad calórica, y se ve afectada por la fibra disminuyendo fuertemente la solubilidad del almidón.
Proteínas: Las proteínas en altas concentraciones, forman estructuras, para producir
expandidos de proteína vegetal texturizada (TVP), su concentración debe ser
aprox imadamente mayor al 40% en peso a niveles de humedad de 30 a 40% en peso (Guy, 2001, p. 9). Las proteínas globulares como albúminas y globulinas son excelentes para esta
función y se obtienen de semillas oleaginosas como soja, colza, girasol y semillas de algodón.
Materiales que llenan la fase dispersa. Durante el proceso de extrusión se forman
fases dispersas que se sitúan dentro de la estructura continua del almidón, estas se forman a partir de proteínas, o materiales fibrosos como salvado. El tamaño y forma dentro del material,
depende del tamaño original y resistencia al cizallamiento.
Fibra: Los materiales fibrosos incluyen, hemicelulosa, celulosa, pectinas y derivados de
lignina, provenientes de cascarillas, y salvado de granos, y semillas. Los materiales fibrosos permanecen firmes y no son reducidos en la extrusión. La presencia física de materiales
fibrosos en las paredes de las burbujas de agua reduce el potencial de expansión de la
película de almidón por la desestabilización de las paredes de la burbuja. La fibra afecta potencialmente el expandido reduciendo hasta un 50% cuando se utilizan concentraciones de
8-9% (Guy, 2001, p. 8). La solubilidad disminuye si el contenido de fibra es alto.
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El proceso de elaboración productos con alto contenido de fibra (cáscara) inhibe notablemente
el incide de expansión de cualquier producto. Experiencia similar ocurre con los granos de
quinua integral en la obtención de snack expandidos (Ascheri, 1997, p. 8).
Proteínas: Las proteínas son formadores de fases dispersas pero estas se solulbilizan o son reducidas de tamaño fácilmente en la extrusión mejorando su digestibilidad. Las proteínas
como el gluten cuando se añaden a niveles < 30% , se hidratan en agua y se vuelven masas
blandas, se reducen en tamaños en el procesado por acción de los tornillos generando
tamaños de 5µm.
Plastificantes y lubricantes. En el proceso de extrusión las grasas que hacen parte de
la composición química de la materia prima cumplen la función de lubricantes, mientras que el agua contenida, además de producir la expansión del material, causa la plastificación para
que el material pueda fluir en forma de pasta v iscosa..
Agua: El agua es una excelente plastificante a concentraciones adecuadas. Humedades
inferiores al 25% y superiores al 10% , los polímeros se mueven y deslizan entre ellos pasando
de un estado vítreo a un fluido elástico v iscoso, es decir, los polímeros se transforman en fluidos plásticos continuos y pueden fluir fácilmente a lo largo del extrusor. A este nivel la
energía de cizallamiento es muy grande y la masa se calienta rápidamente, generando mayor
consumo de energía mecánica. Cantidades de agua mayores reducen la dispersión del material y la energía mecánica reduciendo por lo tanto la entrada de calor, el material pierde
su v iscosidad, de manera que no se lograra una pasta continua y compacta a menos que se adicione calor para subir la temperatura del producto. Además de la función plastificante el
contenido de agua produce la expansión al evaporarse por la caída abrupta de presión.
Grasas: Los lubricantes por excelencia son las grasas, cuya función principal es la
disminución del grado de cizallamiento. Lubrican las partículas de almidón entre ellas y el metal o tornillo, de tal forma que el cizallamiento por fricción pierde su efecto. Sin cizalla no
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hay ruptura del almidón ev itando la degradación del polímero causando la disminución del
grado de expansión. Niveles de grasa superiores al 2% impiden que el extrudido se expanda;
la dispersión del almidón no se produce porque el grado de cizallamiento que se da entre el tornillo y el tambor se recude. En extrusores de doble tornillo el contenido de grasa es más
tolerable alcanzando hasta un 25% sin generar mayores dificultades.
Tecnologías para el proceso
Las tecnologías son de v ital importancia para un proceso en particular, algunos proporcionan
mejores características que otros y su variedad se acentúa en los productos que se busca en el mercado, como pastas, productos expandidos, texturizados, productos a base de proteínas,
extracción de grasas, los cuales requieren características apropiadas para que sus
componentes se transformen de manera adecuada de acuerdo a lo esperado, llevando a seleccionar las variables de operación que son fundamentales en el proceso de
transformación, es así como cada equipo es versátil en ciertas variables dependiendo de la
finalidad de su uso. En la producción de productos alimenticios; productos expandidos, texturizados, los extrusores de doble tornillo son fundamentales, porque son más versátiles
permitiendo controlar distintas variables en el proceso y la posibilidad de trabajar en rangos
amplios de humedad y temperatura. Riaz (2004) describe las tecnologías utilizadas en la industria de alimentos, señalando las ventajas de cada equipo y su aplicación.
2.6 BEBIDA INSTANTANEA En la actualidad se busca industrializar productos autóctonos para mejorar la versatilidad del agro, a través de la aplicación de las herramientas básicas, que permitan un estudio más
formalizado. Como primera medida se requiere elaborar productos naturales que contribuyen
a una mejor nutrición del consumidor.
Se desea desarrollar un producto a partir del grano de quinua de fácil consumo, que se pueda
utilizar tanto en desayuno y a cualquier hora por su facilidad de preparación. Donde la
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población objetivo sean niños y adultos en general. Teniendo en cuenta estas características
se pretende elaborar una bebida instantánea a partir del grano de quinua.
Para procesar el grano de quinua primero se realiza una etapa de adecuación, que involucra
básicamente la limpieza y el control de humedad. Es importante para todos los procesos
porque la quinua presenta gran cantidad de impurezas de tamaño fino e impregnadas difíciles de separar por métodos secos.
Utilizando un proceso de cocción-extrusión, se desea producir harina de alta solubilidad en agua y otros líquidos como la leche y jugos. El efecto de la cocción-extrusión es gelatinizar el
almidón se convirtiéndolo en un sólido compacto y denso desapareciendo su estructura
cristalina y granular, además permite mejorar la solubilidad. El tamaño de grano del material pulverizado influye en la solubilidad. Cuando el producto sale del extrusor, se seca y luego se
pulveriza para obtener un tamaño de grano fino.
En resumen el proceso se define en tres pasos que son:
Características del producto La bebida instantánea a base de granos de quinua debe presentar ciertas características que permitan la mejor conservación del alimento, excelente funcionalidad y agradable a los
sentidos. Algunas características que se deben tener en cuenta son las siguientes.
Cocción Adecuación Pos tratamiento
Limpieza Lavado Secado Molienda
Extrusión Secado Pulverizado Mezclado (saborización) Empaque Almacenamiento
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Humedad. La humedad del producto se encuentra generalmente entre 5 – 7% , esto
garantiza su conservación por más tiempo. El bajo contenido de humedad permite que no se
prolifere el ataque de bacterias y hongos.
Solubilidad. Los almidones extrudidos tienen la capacidad de absorber agua y solubilizan
rápidamente formando una pasta a temperatura ambiente. Estas propiedades están influidas por el tamaño de partícula; cuanto menor sea el tamaño de partícula mayor será el nivel o
velocidad de solubilidad.
La solubilidad se ve afectada por el contenido de grasa en el material, si el contenido de éste
es considerable el material es poco soluble por su característica hidrofobica. Las partículas de
grasa contenidas en el material formaran partículas globulares que se aislaran del agua formando gránulos o pelotas. Si el contenido de grasa es apreciable se deberá extraer antes
del proceso de extrusión, porque obviamente no se tendrá un producto con buen índice de
solubilidad.
Índice de absorción de agua (IAA). Es la capacidad del material para absorber o atrapar agua en su estructura. Depende de la disponibilidad de los grupos hidrofilitos (OH), para
ligarse a las moléculas de agua y de la capacidad de formación de gel de las mismas (Quispe, 2003, p. 10). Los granos de almidón sometidos a tratamiento térmico alcanzan un máximo de
absorción. IAA altos se relacionan con altos contenidos de humedad en el proceso,
permitiendo bajar taza de cizallamiento para reducir la fricción entre las moléculas de tal modo que los componentes amiláceos sean menos degradados.
Índice de solubilidad en agua (ISA). Está relacionado con la cantidad de sólidos solubles
presentes en una muestra seca. Entre mayor sea el almidón transformado mejor será la solubilidad (Quispe, 2003, p. 10). Se mide como el porcentaje de la materia seca recuperada
por evaporación del sobrenadante. Los índices de absorción y solubilidad se pueden
determinar por el método de Anderson et al (1969).
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Color. Característico del producto del producto.
Textura. Agradable suave, en lo posible no arenoso se presente sensación agradable en la
boca al consumirlo.
Sabor. El alimento debe ser agradable al gusto, para que tenga mejor aceptabilidad en los consumidores. Un producto que no sea agradable, no será consumido aun si este presenta
propiedades nutricionales beneficiosas. Se puede hacer uso de los aditivos en lo posible
naturales.
Apariencia. Apariencia homogénea, agradable a la v ista, esto se logra a partir de una
buena selección de las condiciones de proceso que permitan obtener un producto con buenas características físicas para su aceptabilidad.
Espesamiento o viscosidad. Un producto que va a ser consumido como bebida, es preferible que no sea muy espeso y tampoco tan claro. Esta característica se define
formulando una receta recomendada con la ayuda del consumidor mediante la degustación.
Pero obv iamente el consumidos es quien define su preferencia en este tipo de productos.
Características químicas. El producto debe cumplir con las normas establecidas en
cuanto a la composición nutricional y análisis microbiológico. El producto debe tener ciertas bondades nutricionales para contribuir con la seguridad alimentaría del país.
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3 METODOLOGÍA
3.1 MATERIA PRIMA
Variedad seleccionada
El grano se cultiva en el sur del país (Nariño y parte del Cauca) y Boyacá. Los parámetros a
tener en cuenta para su selección fueron la disponibilidad y el contenido bajo de saponinas. La variedad que se utiliza para el proyecto es cultivada en Duitama y se conoce como Blanca
dulce (Figura 15). Se caracteriza por ser de variedad dulce con un contenido bajo de saponina y se cuenta con la cantidad de grano necesaria para la realización del proyecto.
3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO La elaboración de un producto extruído a partir de granos de quinua, cobija un cierto número de operaciones unitarias prácticamente sencillas.
En un proceso para la producción de cereales, interv ienen operaciones que inicialmente adecuan la materia prima para el proceso, como son, verificación del material que entra,
limpieza, secado y molienda. Hay operaciones específicas para cada proceso, sujetas a las
características de la materia prima y a la calidad y producto deseado.
Figura 15 Granos de Quinua variedad Blanca dulce.
Para obtener un producto de buena calidad se debe controlar las
características de la materia prima,
alcanzando la eficiencia en las etapas de proceso productivo. La
bebida instantánea en estudio
requiere grano de quinua como materia prima principal otorgándole la
importancia nutritiva al producto final.
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El grano de quinua como se menciono anteriormente tiene un problema para su consumo, que
hoy se trata sencillamente; la saponina. La desaponificación es una etapa que básicamente
consiste en un proceso de limpieza mediante la aplicación de uno de los varios métodos que mejor resultados genere para eliminar además polvos, tierra, arcilla que se pueden impregnar
al grano.
Con la finalidad de obtener un producto extruído, para el proceso se requiere específicamente
una extrusora de alimentos. El material o materia prima que ya ha sido inicialmente
procesada se somete a cocción, a alta presión y temperatura en tiempos moderadamente cortos, proporcionando ventajas de tiempo, producción y versatilidad en el proceso.
Finalmente se realiza un control de calidad al producto terminado, para verificar su humedad, solubilidad, y otras características, a través de un análisis químico y sensorial, para
determinar si el producto es apto para el consumo y cumple con los requisitos nutricionales
establecidos en las normas.
Etapas del proceso
El proceso se define con las siguientes operaciones básicas que fueron seleccionadas para llevar a cabo la transformación de la materia prima en el producto deseado y lógicamente para
dar el tratamiento adecuado a la materia prima que garantice una calidad aceptable.
El diagrama incluye las operaciones básicas para la elaboración de una bebida instantánea a
partir de la quinua.
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Empaque Figura 16 Diagrama de flujo de bloques, donde se incluyen las
etapas básicas del proceso
Producto saborizado
Harina fina transformada
Producto transformado seco
Producto transformado húmedo
Harina de quinua
Grano seco y limpio
Grano sin saponinas y húmedo
Grano libre de impurezas
Grano de quinua
PROCESO
Mezclado
Pulverizado Malla 150
Cocoa Saborizante
Agua de lavado
Molienda Malla 80
Secado a 40°C
Recepción
Limpieza
Desaponificación
Control de humedad yPeso
Impurezas finas y gruesas
Agua con saponinas. Retiro de fibras (perigonios)
Cocción-Extrusión, temperaturas altas
Bebida Instantánea
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3.3 DISEÑO EXPERIMENTAL Con el propósito de lograr una estandarización del proceso para obtener un producto extruído, es fundamental realizar ensayos que permitan determinar el método más eficiente para la
desaponificación, y las condiciones operacionales de extrusión que proporcionen mejores las
características del producto.
Desaponificación
Para eliminar el ligero sabor amargo ex isten varios métodos mencionados anteriormente, los más utilizados son el método húmedo y el método seco. A falta de un equipo adecuado para
realizar la desaponificación por el método seco, la selección se basa en la literatura donde se
recomienda el método húmedo siendo el más utilizado industrialmente.
La metodología para la desaponificación por varios autores se describe bajo las siguientes condiciones: Agua de lavado a 70°C, relación quinua agua 1:1.5 por lavado, total lavados 10.
Tabla 4: Temperaturas de lav ado para la ex perimentación
Temperatura del agua °C Parámetro a medir 30 40 50 60 70
Saponina (%) S1 S2 S3 S4 S5 Fuente: el Autor
En la experimentación se varía la temperatura del agua para observar el efecto en la desaponificación, y se reducirá el ciclo de lavados a 5 o 6 (recomendación de A. Romero).
Con esta experimentación se pretende determinar si a temperaturas bajas se obtiene un buen resultado. Varios autores expresan que la solubilidad de la saponina se favorece con la
temperatura del solvente, de tal forma que la temperatura del agua se selecciona entre 30 y
70 °C
Extrusión
En la extrusión de alimentos las variables más importantes son: El flujo de alimentación, humedad inicial, temperatura del extrusor, velocidad del tornillo y el dado.
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El equipo que se utiliza para la experimentación pertenece a las instalaciones de la Planta
Piloto de Vegetales del ICTA, este equipo es obsoleto por el uso y por las limitaciones
mismas, no permite manejar las variables que se esperaría manejar, a excepción de la temperatura y humedad manteniendo constantes la velocidad del tornillo, velocidad de
alimentación, configuración del dado, a diferencia de los equipos industriales que presentan
mayor versatilidad. Sin duda la humedad y la temperatura son las variables más importantes en un proceso de extrusión; la temperatura es reflejo de cocción y transformación del producto
y la humedad la posibilidad de flujo del material, y la influencia en la textura del producto final.
La velocidad del tornillo y el flujo de alimentación cobran importancia cuando se trabaja a temperaturas y humedades agresivas, cuando la humedad es elevada el cizallamiento es
importante para aumentar la temperatura en el producto y para ello se requiere que la
velocidad del tornillo sea suficiente permitiendo mayor cizalla. A pesar de que se puede variar temperatura y la humedad, estas se manejan sobre un rango no muy amplio. La temperatura
no sobrepasa los 135°C, por las mismas condiciones de vapor suministradas.
Temperatura de extrusión. La temperatura a lo largo del extrusor es de suma
importancia, tiene como objetivo gelatinizar el producto y dar una cocción efectiva. La
temperatura de gelatinización del almidón de grano de quinua esta entre 55 – 65°C. Por lo tanto una temperatura superior a 70°C es adecuada para el proceso de cocción. Puesto que
se desea que el producto además sea apto para el consumo, es decir libre de agentes
biológicos nocivos, se debe trabajar con una temperatura mayor o igual a 90°C. Porque a esta temperatura o superior los patógenos se eliminan en su mayoría. Se seleccionan cuatro
niveles entonces, 90°C, 100°C, 120°C y 130°C. No se recomienda trabajar a temperaturas
elevadas, porque la lisina es termolábil, sufre cambios a temperaturas extremas y la diferencia primordial de la quinua a otros cereales precisamente es la lisina.
Humedad de la alimentación. El agua permite hidratar los polímeros para que estos
se muevan, cambiando de un estado vítreo a un estado plástico v iscoso durante el proceso.
A niveles mayores al 10% de humedad ex iste suficiente agua para que este hecho ocurra. A
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humedades bajas no es posible procesar la harina en el extrusor a utilizar, porque no hay
suficiente cizallamiento por el diseño del tornillo. Cuando la humedad aumenta, la v iscosidad
cae, permitiendo mayor fluidez del material y menor consumo de energía mecánica. A niveles mayores al 25% , es necesario calentar el cilindro para lograr temperaturas de operación y es
posible que se presente en la estructura agua libre ocurriendo una dispersión del polímero de
almidón lo cual no es conveniente. De acuerdo a lo anterior es preciso trabajar a humedades entre 12 – 25% . Los niveles de humedad seleccionados son 12, 16, 18 y 25%
El diseño experimental es completamente al azar, para observar el comportamiento de cada variable con respecto a las características del producto. El diseño de tratamiento consiste en
un arreglo factorial de 4 por 4 (4X4) seleccionando el rango de las variables donde se espera
encontrar los mejores resultados. En el proceso de extrusión se seleccionan las variables de humedad y temperatura que mejor se ajusten para proporcionar un producto de mejores
características físicas y químicas.
Tabla 5: Diseño Ex perimental para las pruebas de ex trusión
Humedad (%) H1 H2 H3 H4 Temperatura (°C)
M1 M5 M9 M13 T1 M 1* M 5 M 9 M 13 M2 M6 M10 M14 T2 M 2 M 6 M 10 M 14 M3 M7 M11 M15 T3 M 3 M 7 M 11 M 15 M4 M8 M12 M16 T4 M 4 M 8 M 12 M 16
* Duplicados en cursiva Fuente: el Autor
Se proponen dieciséis (16) pruebas con replica, definiendo cuatro niveles de humedad y
cuatro niveles de temperatura. Estimando que las condiciones son invariables en el tiempo, se pueden hacer procesos repetibles o replicas por cada prueba, logrando cuatro (4) corridas por
día, para un total de ocho (8) días. Cada corrida tiene un tiempo aprox imado de media hora,
para un total de 4 horas por día, incluyendo el arranque y la limpieza del equipo.
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Corrida para un día. El procedimiento incluye el encendido de la caldera para generar
vapor de suficiente presión para alcanzar la temperatura requerida. Se abre la válvula para
permitir el paso de vapor por la camisa del extrusor y la válvula de salida se deja a medio abrir para que el calentamiento sea más rápido por el mayor tiempo de transferencia. La corrida
para un día consiste en seleccionar la temperatura (T1, T2, T3, T4) y pasar las muestras
correspondientes. Para el primer día se selecciona T1 (90°C) y se pasan las muestras M1, M5, M9 y M13 de manera continua, así sucesivamente hasta culminar con T4. Luego en el
siguiente día se procesarían las replicas.
3.4 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Para el desarrollo de la práctica experimental se utilizaron las instalaciones de la Planta Piloto de Vegetales del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos, ICTA de la Universidad
Nacional de Colombia. Parte de los análisis se llevaron a cabo en los Laboratorios de Ingeniería Química y el Departamento de Química de la Universidad de los Andes.
Como primer paso se retiraron todas las impurezas de los granos
de Quinua y seguidamente fue
desaponificada, posteriormente se realizo el secado y molido. La
harina de tamaño granular
uniforme es sometida a extrusión bajo las condiciones adecuadas,
finalmente el producto extruído se
pulveriza y se le agregan los aditivos correspondientes, para
luego analizar su calidad.
Figura 17 Planta Piloto de Vegetales, ICTA. Universidad
Nacional de Colombia, sede Bogotá
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Recepción
En éste punto se descarga la materia prima que v iene de los
distintos proveedores. Se hace inmediatamente un control de calidad verificando el peso y la humedad. El grano de
quinua que no cumpla con las características recomendadas
no será aceptado.
Se debe hacer una medición de la cantidad de grano de
quinua que entra a recepción por unidad de empaque. Se debe examinar el contenido de humedad de la materia
prima, no será mayor al 14% , se sabe que al tener un mayor
porcentaje el grano de quinua germina, perdiendo algunas propiedades nutricionales. El grano de quinua, deberá tener un contenido de impurezas
mínimo, no se aceptara materia prima con impurezas de tamaño considerable como ramas y
hojas, que pueden afectar el peso real y la etapa de limpieza.
Tabla 6: Pesos del grano de quinua y el recipiente de aluminio para la determinación de humedad
Muestra Grano Inicial (g) Recipiente (g) 1 5,0188 1.0184 2 5,0448 1.2824 3 5,0051 1.2713
Fuente: el Autor
Siguiendo el método para determinación de humedad (Anexo B), se selecciono una muestra con dos replicas de peso conocido (Tabla 6) y se colocaron en recipientes de aluminio
prev iamente tarados para someterlas a calentamiento en el horno a una temperatura de 100ºC. El peso de las muestras se registra cada media hora hasta que se comporte constante,
dando un total de 6 horas donde no se observo cambio en el peso del material. El material se
deja enfriar y se registra el peso: El peso final de las muestras será la resta del peso del material incluido el peso del recipiente menos el peso del recipiente.
Figura 17* Pesaje de los granos
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Limpieza
El grano de quinua presenta polv illos, hojas, perigonios y tallos de tamaño moderado cuando
llega a la recepción. El objetivo de la limpieza es desprender todas las impurezas del grano para obtener materia prima adecuada para el proceso. Para la operación se pueden utilizar
equipos de soplado o sistema de tamices o una combinación de ellos que mejor resultados
proporcione.
Experimentalmente se realizo la operación utilizando el ciclón de la Planta Piloto de
Vegetales, ICTA, para limpiar el grano y retirar las impurezas en su mayoría fibras y polvo (de menor densidad que el grano). Durante el experimento se encontraron tallos grandes, racimos
de panojas y piedras, dificultando la operación de limpieza en el ciclón, se ve necesario
entonces tamizar los granos de quinua antes de procesarlos por el ciclón.
Para el tamizado de los granos se seleccionaron mallas de 4, 8, 10, 12, 16 y 20 ordenadas en
dirección descendente. Una muestra de 200 gramos se v ierte en la malla 4, y se efectúa un movimiento horizontal sobre los tamices por media hora, luego se pesa y se observa los
contenidos de cada malla, para verificar donde se concentraron las impurezas grandes que
son de nuestro interés. La información de los pesos se encuentra en la siguiente tabla. Tabla 7: Tamizado del grano de quinua.
Fuente. El Autor
Malla Abertura mm
Retenido (g)
Retenido (% )
4 4,699 0,00 0,00 6 3,327 0,00 0,00 8 2,362 0,19 0,09 10 1,651 3,71 1,85 12 1,397 102,32 51,13 16 0,991 90,55 45,25 20 0,833 1,08 0,54
Fondo 0,27 0,13 Figura 18 Partículas gruesas retenidas en malla 4 y 6. Nótese
el tamaño de los materiales que comprenden piedras, tallos y restos de panojas sin trillar
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Una vez tamizado el grano de quinua se procede a pasarlo por el ciclón para retirar las
impurezas de tamaño similar que se filtran en el tamizado. El proceso se realiza dos veces
para eliminar en lo posible la totalidad de impurezas del grano de quinua.
Para el procedimiento se utilizan los siguientes equipos y materiales: Ciclón, balanza, recipientes plásticos, bolsas para almacenamiento, recipiente para alimentación al ciclón y
cronometro. Se pasan prev iamente algunos kilos de grano de quinua por el ciclón para su
estandarización, de manera que se puedan seleccionar, el caudal de alimentación, el caudal de aire, y la velocidad del aire, que permitan separar las impurezas con un mínimo de arrastre
del grano. Luego se someten a proceso 18 kilos de grano verificando que la alimentación del
ciclón permanezca llena, el equipo funciona automáticamente una vez estandarizado, se debe
c)
b)
Figura 19 a) Limpieza de los granos de quinua por el ciclón, b)
Impurezas, c) grano limpio.
a)
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tener precaución con el deposito de impurezas (Figura 19c) retirando su contenido cuando
esté al tope.
Almacenamiento
El almacenamiento es importante en el proceso debido a que éste no es continuo. La quinua
se almacenara una vez haya pasado por la etapa de limpieza de tal manera que al ser necesario un proceso de producción, se contara con materia prima lista para ser utilizada. Las
condiciones de almacenamiento son primordiales para ev itar que el grano de quinua absorba
humedad. Deberá ser un lugar fresco a temperatura ambiente que impida el contacto de agua con el grano.
Desaponificación
En el proceso se desea obtener grano de quinua libre de saponinas, para ev itar el sabor
amargo y picante en el producto final, y se deberá seleccionar el método más eficiente para
este proceso. Además de eliminar las saponinas, aquí se separan fibras como tallos, impurezas impregnadas y pericarpio. La variedad de quinua seleccionada para el proyecto es
Blanca dulce procedente de Duitama (Boyacá), con un contenido de saponinas bajo, y para la
práctica experimental se aplica el método húmedo descrito por A. Romero (Ver anexo C), adecuándolo a esta investigación. El lavado de la quinua es importante no sólo porque
permite eliminar las saponinas, además permite eliminar en su totalidad los perigonios y otras
impurezas que se traducen en fibra, afectando la expansión del producto en el extrusor. La eliminación de las impurezas mejora el sabor, el color y textura del producto final.
Los equipos y materiales necesarios para la experimentación fueron: Recipiente con capacidad de 20 litros, recipiente con capacidad de 15 litros, secador de aire caliente,
marmita, balanza, paleta para mezclar, bandejas de aluminio, mallas y cronometro.
Los granos de quinua se someten a constantes lavados con agua a la temperatura de
experimentación, con agitado manual sucesivo para generar turbulencia, los perigonios y las
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saponinas se disuelven fácilmente y se descargan junto con el agua. La relación de agua en
litros utilizada por kilogramo de granos de quinua es 1.5:1 por cada lavado.
Tabla 8: Metodología para el proceso de lav ado
Parámetros Método normal Experimentación Temperatura del agua 70°C 30, 40, 50, 60 y 70°C Relación Quinua : Agua por lavado 1:1.5 1:1.5 Numero de lavados 10 5 Agua total en litros 15 7.5 Tiempo por lavado 3 minutos 3 minutos Tiempo de escurrido 30 segundo 30 segundos
Fuente: el Autor
Se v ierten 5 kilogramos de grano de quinua, en un recipiente plástico con capacidad de 20
litros, simultáneamente se agrega agua suficiente en una marmita calentada a vapor (30 psi)
para subir la temperatura del agua hasta la temperatura de experimentación. Una vez el agua alcanza la temperatura señalada, se v ierten 7.5 L, se mezclan con los granos de quinua y se
someten a turbulencia manual haciendo movimientos caudalosos con una paleta (figura 20). Los perigonios y cutículas se concentran en la superficie del agua, dando lugar a turbiedad y
un color amarillento oscuro. La agitación se lleva durante 3 minutos, luego con una malla se
extraen las impurezas o sobrenadante y se hace un escurrido del agua por 30 segundos para un nuevo lavado. Se hacen cinco lavados sucesivos; en los últimos dos lavados el agua es
clara y no hay sobrenadante. Se hace un escurrido durante 1 minuto procediendo a colocar el
grano de quinua húmedo en bandejas metálicas perforadas para secar en el horno a 40°C y luego se hace la medición de saponinas por el método rápido. El proceso se repite
idénticamente para cada nivel de temperatura seleccionado y finalmente se comparan los
contenidos de saponinas.
Contenido de saponinas. Para verificar la reducción del contenido de saponinas por el
proceso de lavado, se hace una cuantificación al grano antes y después del proceso utilizando el método convencional (Ver anexo D). Es recomendable por varios autores que el contenido
de saponinas esté por debajo del 0.01% , para ev itar que el producto adquiera un sabor
amargo y picante.
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Se mide el contenido de saponinas a los granos de quinua antes del proceso para compararlo
con el contenido de saponinas luego del lavado a diferentes temperaturas del agua. Para ello
se toman muestras y se pesan 0,5 gramos de grano entero antes del proceso y después del proceso a las diferentes temperaturas del agua de lavado, para obtener en total seis (6)
muestras. Se mezclan con 5ml de agua destilada en tubos de ensayo correctamente
marcados, se tapan y se agitan v igorosamente durante 30 segundos y se dejan en reposo 30 minutos, el proceso se repite una vez más, los tubos de ensayo se dejan en reposo por cinco
(5) minutos y al final se mide la altura de la espuma en cm (Figura 22).
Figura 20 Mezcla del agua de lavado con los granos de quinua, obsérvese la
agitación turbulenta realizada manualmente con la ayuda de una paleta
Figura 22 a) comparación de la altura de la espuma. De izquierda a derecha; grano sin lavar, grano lavado con agua a 40°C y grano lavado con
agua a 60°C. b) Medición de la altura de la columna de espuma.
a) b)
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Figura 21 Diagrama de lavado para la eliminación de saponinas de los granos de quinua
DESAPONIFICACIÓN
Granos de Quinua 5 Kilogramos
Lavado: Agitación manual por 3 min.
Agua de lavado, 7.5 L. A temperatura Ts*.
Sobrenadante (fibra) retirado por malla
Escurrido del grano30 segundos
Agua con saponina
Repetir el proceso Cinco veces
Escurrir el grano dequinua por 1 min.
Agua con saponina
Secar el grano A 40°C
*Ts: 30, 40, 50, 60 y 70°C. El proceso es igual para cada temperatura del agua de lavado.
Medir el contenido de saponinas
Humedad retirada
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Secado
Es ev idente que esta operación es necesaria en el proceso de interés, excepto para
operaciones de desaponificación diferentes al método húmedo. El grano de quinua ganara humedad considerablemente permitiendo su germinación, es por eso que se debe efectuar un
secado inmediatamente para devolver el grano a la humedad pertinente.
Los equipos y materiales necesarios para la experimentación son: Secador, termómetro,
bandejas metálicas perforadas, balanza, cronometro. Luego de un escurrido de 1 minuto, el
grano de quinua inicialmente pesado se coloca en bandejas metálicas perforadas distribuido en capas finas y se seca en el horno (Figura 23) con capacidad de 9 bandejas a una
temperatura de 40°C promedio por un tiempo determinado.
Figura 23 a) Secador de Aire caliente utilizado para el secado de los granos de quinua, b) Bandejas para el secado del
grano. Nótese la distribución para que el secado sea uniforme.
No se recomiendan temperaturas superiores, porque el almidón del grano de quinua gelatiniza
entre 55 – 65°C y ex iste la posibilidad de que el grano se tueste y en la extrusión no podrá gelatinizar y fluir, para corroborar lo dicho se seleccionaron 500 gramos de grano de quinua y
se secaron a temperaturas superiores a 60°C, como resultado se obtuvo grano de quinua de
color amarillo oscuro con humedad del 8.2% . Al moler los granos se obtiene harina tostada y su estructura muy fuerte que al ser extrudida no gelatinizo, la harina no expande y no forma
un fluido v iscoso a pesar de tener suficiente humedad.
b) a)
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Para fijar los parámetros de secado, se mide cierta cantidad de grano húmedo y se coloca en
una bandeja metálica perforada de tal manera que permita el paso del aire caliente por entre
los granos y el secado sea uniforme y rápido. Para estimar la curva de secado, se coloca en una bandeja prev iamente tarada, una cantidad de grano de quinua conocido húmedo bien
distribuido y se mide el peso cada 30 minutos. Los datos se grafican para obtener una curva
de tiempo contra peso, así se puede estimar la humedad en cualquier punto y el tiempo necesario de secado.
Molienda Los granos de quinua se deben someter a extrusión para obtener el producto deseado, para
que la operación sea realmente óptima, la materia prima se debe alimentar en forma de
harina y su tamaño debe ser homogéneo, clasificado a través de un tamizado adecuado para que todo el producto tenga una cocción uniforme. El proceso de disminución de tamaño se
hace en un molino prov isto de un tamiz interno para proporcionar harina de tamaño granular
uniforme. La importancia del molido es que todos los granos tengan un tamaño de grano similar, así se garantiza que el producto adquiera la calidad de textura y terminado adecuado.
Se debe tener en cuenta que, granos gruesos son difícilmente procesados, porque no se logra efectuar una cocción adecuada, granos muy finos no son recomendables porque fácilmente
Figura 24 Molino de martillos, modelo Trimax 80-B611. Cabezal de
martillos donde se produce la reducción de tamaño
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se pegan al tornillo del extrusor y en ves de gelatinizar estas capas pegadas al tornillo se
queman.
Para la operación se hace uso del molino de martillos Modelo Trimak 80 – B611 (Figura 24) de
la Planta Piloto de Vegetales, ICTA. Sus especificaciones técnicas son: fabricación en acero
inox idable, 40 cm de diámetro de rotor, velocidad de giro 300-800rpm, motor de 2 HP.
La harina producida se hace pasar por malla 80, de manera que no se requiere tamaño de
grano fino para el proceso de extrusión. El proceso para la molienda es sencillo, una vez encendido el equipo se verifica que el flujo de alimentación sea constante, inspeccionando la
tolva de alimentación, se procesaron 20 kilos de grano de quinua limpio para ser utilizado en
el proceso de extrusión
Extrusión
El objetivo principal de la extrusión es efectuar la cocción del material, a través de alta temperatura y presión. En este punto se manejan variables críticas que afectan las
características del producto, por lo tanto se deben controlar adecuadamente. Es la etapa más
importante del proceso porque se definen las características funcionales del producto final.
El proceso se lleva a cabo en un extrusor de tornillo simple DEMACO modelo S - 25
perteneciente al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos, ICTA (Figura 25) con las siguientes características.
Geométricas: Dimensiones: 79 x 95 cm Altura: 79 cm Longitud del tornillo: 49 cm Diámetro del tornillo: 2.9 cm Altura del canal: 7,6 mm Paso de canal: 3.1 cm Diámetro del dado: 16 cm Diámetro de la boquilla: 3 mm Operacionales recomendadas: Velocidad tornillo: 28 – 30 rpm Temperatura: 100°F Producción: 25 Lbs/h
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El equipo de extrusión se ajusto a las temperaturas de 90, 100, 120 y 130°C y se pasaron las
muestras de harina de granos de quinua adecuadas a 12, 16, 18, y 25% de humedad, para cada temperatura (Anexo D). El proceso para cada corrida fue continuo para ev itar la parada
del extrusor implicando limpieza y acondicionamiento para recuperar las condiciones iniciales
con el propósito, para tal efecto se agrega un indicador (colorante) térmicamente resistente, para indicar la pasada de cada muestra. Cada corrida se realiza de acuerdo a lo especificado
en el diseño experimental. Se trata de mantener las mismas condiciones del proceso para que
pueda ser repetible, de manera que las condiciones externas afecten mínimamente el proceso.
Secado
De acuerdo los requerimientos de un producto como la bebida instantánea, se desea que la
humedad este por debajo del 7% , de manera que si es necesario los productos como resultado del proceso de extrusión se someten a secado bajo las mismas condiciones del
grano de quinua sometido a secado después de la etapa de desaponificación.
Figura 25 Equipo de extrusión S-25, y el proceso de extrusión. Obsérvese la harina de quinua transformada saliendo
del dado formador.
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Las muestras extrudidas presentan humedades entre 10 y 11% , para productos secos, esta
humedad es elevada y el producto no tendría un periodo de v ida adecuado por lo que es
necesario retirar humedad a los productos, por debajo de 7% , este proceso se lleva a cabo en el secador de aire caliente a una temperatura de 40°C, el tiempo para la operación es de 3
horas y las mediciones de humedad se realizan un analizador de humedad SARTORIUS de
INDUSTRIAS PROCOHARINAS. Tomando muestras de 5 gramos, se colocan en un portador de muestras de aluminio y se introduce en el equipo por diez minutos a 100°C, luego de los
diez minutos se lee el valor de humedad que ya se ha estabilizado.
Pulverizado
Una vez el producto sale del extrusor, se procede a una etapa de pulverización con el fin de
obtener harina fina. El tamaño de grano es importante; a mayor finura se favorecerá la solubilidad.
Una de las características esenciales de la bebida instantánea es que debe ser soluble en los líquidos normalmente utilizados; agua y leche, a temperatura ambiente y superiores. El
pulverizado es un factor importante en la solubilidad, entre más fino sea el grano de partícula
mejor se favorece la solubilidad. Esto es posible hacerlo en un molino pulverizador especial para reducir tamaño a partículas muy finas, capaz de moler harinas hasta un tamaño de malla
200. El pulverizado de las muestras se llevo a cabo en MOLINOS PULVERIZADORES donde
cuentan con un molino universal turbo de pines, modelo T25 (Figura 26).
Las muestras obtenidas en el proceso de extrusión se procesan en el molino para obtener
harina fina. Al final de cada muestra el equipo se desinfecta efectuando una limpieza rigurosa debido a que en el tamiz y en las paredes internas de la carcasa se acumula harina
procesada, de esta forma se ev ita la contaminación de las muestras.
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Figura 26
a) Molino universal turbo de pines, modelo T25, para la obtención de harina a partir de los productos extrudidos, b) Carcasa y sistema de reducción de tamaño del molino de pines, c) Pines del molino capaz de girar a 10000
rmp para romper el material procesado al acoplarse a la carcasa.
Mezcla
La formula del producto es importante para dar sabor y características agradables para el consumo. Es esencial entonces agregar endulcorantes, saborizantes, y estabilizantes para
mejorar la solubilidad y ev itar la precipitación del sólido en solución.
Como saborizante se agregó una mezcla azucarada de cocoa para dar un sabor característico
para que el producto sea agradable para mezclarse con leche o agua. La mezcla de cocoa
contiene, Cocoa en polvo, extracto de malta, azúcar morena y v itaminas esenciales. La mezcla fue elaborada en el ICTA para ser utilizada como saborizantes en productos
alimenticios (bebidas refrescantes). El proceso de mezclado se lleva a cabo en un equipo
a)
b)
c)
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59
rotatorio con paletas internas, para permitir una homogeneización de las mezclas adecuada.
El proceso de mezclado se realizó por media hora y al final de cada muestra se hizo limpieza
adecuada del equipo para ev itar contaminar las muestras.
Empaque
El producto seleccionado y terminado se empaca bajo condiciones de higiene adecuadas y los controles de calidad requeridos.
3.5 ANÁLISIS QUÍMICO Y SENSORIAL DEL PRODUCTO Las características a medir del producto final fueron: Pruebas Químicas
Análisis prox imal Determinación de Humedad Determinación de grasa (E.E.) Determinación de proteína Determinación de E.N.N. Determinación de fibra cruda Determinación de cenizas
Las pruebas químicas se realizaron a los productos obtenidos en el proceso de ex trusión correspondientes a las muestras M6, M7, M10 y M11, antes de ser saborizados con cocoa, para determinar la influencia de las v ariables de proceso en la composición química del producto y
seleccionar el que mejor características funcionales presento. Las pruebas para el análisis prox imal se realizaron en los Laboratorios del Departamento de Química e Ingeniería Química de La
Universidad de los Andes y en los laboratorios del ICTA de la Universidad Nacional. La
metodología para la experimentación es descrita por Inés Bernal (1993), correspondiente al análisis prox imal para farináceas (Anexo B).
Pruebas Sensoriales Análisis Organoléptico:
Apariencia
Color Sabor
Textura
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Tabla 9: Análisis prox imal, Normas aplicadas
Análisis Norma Método Proteína AOAC 2.057/1980 Kjeldahl Ex tracto Etereo AOAC 7.060/84.
920.39/90
Humedad AOAC 7.003/84, 930.15/90 Adaptado
Cenizas AOAC 7.009/84, 942.05/09 Adaptado
Fibra OCE 83/24-1973 E.N.N. - Por diferencia
Fuente: Bernal de Ramírez, Inés. Análisis de alimentos. 1993.
El producto al final de la extrusión ha sufrido un proceso de cocción, el cual puede ser digerido
una vez se ha convertido en harina. Para que el producto pueda ser lanzado al mercado como
bebida instantánea debe ser agradable en cuanto a sabor y textura principalmente. Este proceso se realizó en la etapa de mezclado agregando una formulación de cocoa, v itaminas y
estabilizantes a la harina de quinua. Las muestras obtenidas en la extrusión se mezclan con el
saborizante (Cocoa) y se someten a un análisis organoléptico para seleccionar el producto más aceptable teniendo en cuenta también los resultados del análisis prox imal.
Dentro de las características sensoriales del producto son importantes, la apariencia, el color,
sabor, y textura, se definen a través de una encuesta presentada a 12 panelistas entrenados.
Las muestras se preparan mezclando la misma cantidad de cada una (cuatro cucharadas razas) con leche caliente en vasos de v idrio bajo condiciones de higiene adecuadas.
Se consideran cuatro (4) parámetros: apariencia, color, sabor, y textura. Se otorga mayor importancia al sabor y textura, porque estos definen la aceptación; entre mas guste el
producto antes y en el momento del consumo, tendrá mayor aceptación. En la tabla 10 se
aprecian los puntajes asignados a cada parámetro.
El sabor es fundamental en este propósito, un buen sabor es indicio de apetito y suposición de
que el producto es agradable, un sabor agradable es prueba de exquisitez. Sin dunda la
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sensación en la boca es importante, pero si un producto no presenta un sabor y aroma
agradable, no será deleitado para percibir otras sensaciones. El producto no deberá ser tan
v iscoso, ni gomoso, en lo posible no arenoso, porque son causa de perdida del apetito. La apariencia es signo de un alimento fresco bien procesado y homogéneo, es importante que el
producto sea agradable a la v ista, esto se logra con un color característico y una estructura
homogénea. Tabla 10: Parámetros a medir y su importancia
Factor de Calidad Puntaje Máximo Apariencia 4 Color 3 Sabor 6 Tex tura 5 TOTAL 20 PORCENTAJE 100%
Fuente: el Autor
Prueba Microbiológica El análisis microbiológico se le realizo al producto seleccionado a trav és del análisis prox imal y organoléptico. Este análisis se llev o a cabo en los laboratorios del de microbiología del ICTA de la Univ ersidad Nacional de Colombia (Ver Anex o B).
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Tabla 11: Análisis Prox imal del grano de quinua utilizado en esta inv estigación
4 RESULTADOS Y ANALISIS
4.1 MATERIA PRIMA Propiedades Físicas
Sus granos son blancos, dulces y de tamaño mediano 1,5 – 2,0 mm). La panoja es
amarantiforme de color amarillo-naranja. La planta puede alcanzar una altura de 1.60 a 2.00 m, con tallo engrosado y resistente al volcado.
Propiedades Químicas Según el análisis prox imal realizado en los laboratorios de Ing. Química y Química de la
Universidad de los Andes, el grano de Quinua presenta un contenido de proteína elevado,
superando a cereales de gran consumo. Se utilizaron los métodos de la AOAC (Anexo B).
- Proteína Método Kjeldahl AOAC 2.057/1980 - Grasa AOAC 7.060/84. 920.39/90 - Humedad AOAC 7.003/84, 930.15/90 Adaptado - Cenizas AOAC 7.009/84, 942.05/09 Adaptado - Fibra OCE 83/24-1973 - Ex tracto no nitrogenado (Por diferencia)
Propiedades Organolépticas
Las propiedades organolépticas del grano de quinua se evaluaron por el método sensorial,
mostrando los siguientes atributos: color amarillo pálido, sabor ligeramente amargo. Aroma suave y característico, textura firme y dura.
Análisis Porcentaje % Humedad 12.00
Extracto Etéreo 8.20
Proteína 14.67
E.N.N. 59.68
Fibra Cruda 2.97
Cenizas 2.58
Fuente: El Autor
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4.2 ETAPAS DEL PROCESO
Recepción
Como medida de verificación se llevaron muestras de quinua a la industria PROCOHARINAS, para medir la humedad en un analizador de humedad SARTORIUS exclusivo para harinas. Se
molió la muestra de quinua y se peso en un recipiente de aluminio 5.136 g de harina, se
sometió a análisis durante 10 minutos a una temperatura de 100°C. Se obtuvo una humedad de 11.97%
Los siguientes resultados muestran que el contenido de humedad es aprox imadamente el 12% , luego de haber sometido los granos a secado en un horno a 100°C durante 6 horas.
Tabla 12: Datos para el cálculo del contenido de humedad
Muestra Grano Inicial (g) Grano final (g) Humedad % 1 5,0188 4,4699 11,94
2 5,0448 4,4967 11,86
3 5,0051 4,4644 11,80 Fuente: el Autor
Se puede afirmar que los resultados obtenidos aplicando el método para la cuantificación de humedad es confiable al compararse con los resultados obtenidos en un medidor de
humedad. El contenido de humedad del grano seleccionado para el proceso está entre los
promedios máximos y mínimos señalados en las rev isiones bibliográficas.
Limpieza
El análisis de tamizado no es adecuado para determinar la granulometría del grano de quinua, por razones obvias; la finalidad como se mencionó inicialmente es determinar una malla
donde se puedan separar impurezas demasiado grandes en comparación con el grano porque
pueden causar averías en el ciclón, e impurezas finas como polvos y tierra, que facilitaran el proceso de venteo. Las partículas gruesas se retienen parte en malla 4 y malla 6. En la tabla 7
se observa que el retenido en la malla cuatro y seis es cero con respecto al grano, pero ahí se
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depositan piedras, racimos de panojas y tallos
grandes. En la malla 8 se depositan básicamente
granos de quinua con perigonio, que puede eliminar en la etapa de desaponificación sin problema
alguno. En la malla 20 se depositan polvos.
Se procesaron 18 kilos de grano de quinua para
eliminar impureza que tienen un tamaño similar con respecto al grano de manera que no es posible
eliminarlo utilizando un sistema de tamices. La
propiedad del grano a ser más denso que las impurezas permite por medio del ciclón eliminarlas, y se obtienen los siguientes resultados:
Peso Inicial Muestra 18 kilogramos Peso Impurezas 832.7 gramos Tiempo de procesado 34.76 minutos (0.6 hora) Velocidad de Rotación 80 rpm Flujo de Aire 0.7 (escala 0-10) Flujo másico 4 (escala 0-7)
De los datos anteriores, se establecen, los flujos
másicos de entrada y de salida útiles para el balance de materia en el equipo.
Flujo másico de entrada = 18kilogramos / 0.6hora = 30 Kg/h. Peso muestra a la salida del ciclón = 18kg – 0.8327Kg = 17.17kg Flujo másico a la salida = 17.17kg/0.6hora = 28.62kg/h Flujo másico perdidas = 0.8327kg/0.6hora = 1.39kg/h
Junto con las impurezas se incluyen también granos por el arrastre; el porcentaje de pérdidas
se estima en: Porcentaje de perdidas = (0.8327kg*100% )/18kg = 4.63% . Esto demuestra que no hay pérdidas apreciables durante la operación.
Figura 27 Impurezas obtenidas de la limpieza
del grano de quinua
Figura 28 Granos de Quinua limpio después del ciclón
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De lo anterior se puede concluir que antes de efectuar la etapa de limpieza en el ciclón la
muestra deberá pasarse por malla 6 para retirar tallos grandes, piedras, terrones, boñiga etc.
Y malla 20 para eliminar polvos, tierra y demás partículas finas. En la figura 27 se observ an las impurezas retiradas por el ciclón, el contenido de granos de quinua por arrastre es mínimo y se estima en un 1%, pero las perdidas se calculan en base a su totalidad, porque éstas hacen parte del peso inicial registrado en recepción y durante el proceso se consideran como desechos y se eliminan.
Desaponificación
La solubilidad de la saponina ev identemente se favorece con el aumento de la temperatura del agua, como se observa en la Tabla 13,de igual forma el desprendimiento de impurezas del
grano (episperma) y polvos finos es mas notorio al aumentar la temperatura, encontrándose
mayor concentración en el sobrenadante.
Tabla 13: Contenido de saponinas a diferentes temperaturas en los granos de quinua
Altura espuma cm
Temperatura Agua °C
Saponinas %
1,2 0 0,1342 0,9 30 0,0955 0,5 40 0,0438 0,3 50 0,0180 0,1 60 0,0078 0,1 70 0,0078
Fuente: el Autor
En la figura 23 se observa que a medida que la temperatura de agua de lavado aumenta, el
contenido de saponinas se reduce considerablemente, demostrando que la temperatura favorece la solubilidad como se esperaba. A partir de los 50°C ya se observan buenos
resultados.
Es importante notar que el ciclo de lavado se redujo a la mitad y a la temperatura
recomendada por el método normal (70°C) se obtiene un porcentaje de saponinas de
0.0079% , equivalente a una altura de espuma de 1mm. Además de ello a la temperatura de 60°C se obtiene el mismo resultado. El contenido de saponinas se encuentra por debajo del
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66
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
20 30 40 50 60 70 80
Temperatura °C
% S
apon
ina
recomendado (0.01% ). Esto demuestra que no es necesario lavar la quinua a 70°C y la
reducción de lavados de diez a cinco produce resultados eficientes. De la curva de
desaponificación se observa que a 50°C el contenido de saponinas es 0.018% , de manera que a una temperatura superior no mayor a 60°C se espera reducir su contenido por debajo
del 0.01% .
En el tercer lavado de los granos de quinua se observa que no hay sobrenadante y el agua de
lavado es clara, demostrando que se han eliminado las impurezas en su totalidad (Figura 29), de manera que es eficiente trabajar a temperatura de 60°C y cinco repeticiones de lavado. Al
final se obtiene grano de quinua libre de saponinas y limpio (figura 30), es decir, grano de buena calidad para el proceso.
Es importante resaltar que cada variedad de quinua presenta un contenido de saponina diferente de manera que los resultados obtenidos en esta experimentación son sólo validos
para el contenido de saponinas de la variedad blanca dulce, es posible que para variedades
de quinua con mayor contenido de saponinas la metodología no permita buenos resultados.
Figura 23 Variación del contenido saponinas en los granos de quinua con la
temperatura el agua
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67
Los datos directamente obtenidos luego de procesar 5 kilogramos de quinua son:
Peso Inicial Muestra : 5 Kilogramos Peso muestra final : 8.5685 kilogramos
Humedad Inicial (% ) : 12%
Humedad final (% ) : 48.065% Saponina Inicial (% ) : 0.13%
Saponina Final (% ) : 0.0078%
Tabla 14: Condiciones para el lav ado de los granos de Quinua (Variedad Blanca dulce)
Parámetros Método normal Temperatura del agua 60°C Relación Quinua : Agua 1g:1.5L Numero de lavados 5 Agua total en litros 7.5 Tiempo por lavado 3 minutos Tiempo de escurrido 30 segundo
Fuente: el Autor
Contenido de saponinas. Muestra de calculo del contenido de saponinas de los granos
de quinua sin lavar Altura espuma = 1.2 cm.
% saponina = 0,646 x (altura de espuma en cm) – 0,104
(Peso de muestra en g) * (10)
Figura 29 Sobrenadante del proceso de desaponificación
de los granos de quinua.
Figura 30 Granos de quinua lavados y limpios.
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68
% saponina = 0,646 x (1.3 cm) – 0,104
Peso de muestra en g) * (10)
% saponina = 0.13 % Este mismo cálculo se realiza para determinar el contenido de saponinas para los niveles de
temperatura del agua señalados.
Calculo humedad final. De la humedad inicial se obtienen los sólidos secos
Sólidos secos = Peso muestra inicial *(1 - humedad inicial) = 5000*(1 - 0.11)
= 4450 gramos La muestra inicialmente contiene 5000 – 4450 = 550 gramos de agua.
El peso de agua ganado en el lavado es
Agua ganada = Peso final muestra - Peso inicial muestra = 8568.5 – 5000 = 3568.5 gramos.
El agua total en el grano al final del lavado es:
Agua total = contenido de agua inicial + agua ganada = 550 + 3568.5 = 4118.5 gramos
Humedad final = (peso de agua perdido * 100% )/peso muestra
= (4118.5g*100% )/8568.5g = 48.065 % Secado
El grano de quinua sometido a secado en un secador de aire caliente por un tiempo
aprox imado de 4 horas, logra reducir su humedad hasta un 11 – 12% . Es conveniente secar los granos porque se pueden originar fermentaciones que desmejoran la calidad del producto,
así se pueden almacenar sin riesgos de perdida dado el caso.
Los datos para la curva se secado se muestran en la siguiente tabla Peso Inicial Muestra: 1000 gramos Temperatura secador: 40°C Peso Bandeja: 1064.5 gramos
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Curva de secado
y = 19,423x 2 - 182,57x + 1006,3
0
200
400
600
800
1000
1200
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Tiempo (h)
Peso
(g)
Tabla 15: Datos para la curva de secado del grano de quinua
Tiempo (horas)
Bandeja + muestra (gramos)
Muestra (gramos)
Humedad (%)
0 2064.5 1000 48.065
0.3 1975,40 910.90 42.98 1.0 1913,80 849.30 38.85 1.5 1865.6 801.10 35.17 2.0 1795,00 730.50 28.90 2.5 1719.70 655.20 20.73 3.0 1683,45 618,95 16,09 3.5 1664,75 600,25 13,48 4.0 1650,40 585,90 11,36 4.5 1647,70 583,20 10,95 5.0 1647,30 582,80 10,89
Fuente: el Autor
Muestra de Calculo: % humedad = (Peso Agua perdido/Muestra)*100% Si la humedad inicial es 48.065% Sólidos Secos = 1000*(100-48.065) = 519.35 gramos Para el peso de muestra de 910.90 gramos se tiene % Humedad = 100% - (519.35g*100)/910.9g = 42.985% El cálculo es similar para calcular la humedad en los diferentes tiempos
Figura 31 Curva de secado. Peso del grano con respecto a la temperatura
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70
Curva de Secado
0
10
20
30
40
50
60
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Tiempo (h)
Hum
edad
(%)
Figura 32 Curva de secado. Humedad con respecto a la temperatura
La curva de humedad (Figura 32) presenta una ligera concavidad hacia arriba, y en esos puntos la humedad no se retiro de manera regular, es posible que la temperatura del equipo
se haya reducido o el calor dentro del equipo se escape en el momento de la inspección. Un
problema que presenta el equipo es que la temperatura es variable a lo largo de este, de manera que algunas bandejas están expuestas a mayor temperatura que otras y por lo tanto
el secado no será regular.
El tiempo de secado para el grano, es decir, para retirar la humedad hasta un 12% , es de 4
horas, un tiempo sumamente rápido, pero el grano se debe distribuir de manera uniforme y en
capas finas sobre las bandejas, para que el flujo de aire caliente pase a través de ellas
Resumiendo, los resultados obtenidos del proceso de secado, son los siguientes:
Humedad inicial: 48.065% Temperatura: 40°C
Tiempo: 4 horas
Humedad final: 11.36%
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Molienda
Se procesan 10 kilos de grano lavado, por un periodo de 1.38 minutos, y se obtienen 9.957
kilos de harina de quinua. Las perdías son despreciables pero se aprox iman al 1% . El flujo de proceso obtenido es 435 Kg/h.
Procesado: 10 Kilos
Tiempo: 1.38 min Flujo: 435 kg/h
Malla: 80
Extrusión
CARACTERISTICAS DE LAS MUESTRAS EN LA PRUEBA DE EXTRUSIÓN
Humedad (% ) 12 16 18 25
Temperatura
(°C)
O b s e r v a c i o n e s
90
La temperatura no es suficiente para lograr la gelatinización del material. Estructura seca y harinosa indicando que no se ha formado un fluido v iscoso. La temperatura y humedad no son suficientes para la cocción.
Formación de un fluido v iscoso por la humedad más elev ada, hay formación de burbujas en la estructura. La cocción no es uniforme, en algunas zonas el material es aun crudo, y su contenido de humedad es bajo.
La estructura es más uniforme, que las muestras de humedades bajas (M1,M5) generando un material gelatinizado y continuo, con alto contenido de humedad proporcionando mejores características de plastificación.
No hay salida de material del ex trusor, la elev ada humedad forma una pasta muy v iscosa. En el dado se forma un taponamiento impidiendo el paso, la presión aumenta superando el límite del equipo.
M1 M5 M9 M13
Se forma un material mas compacto un poco más uniforme, pero su
El material se comporta mejor, el color es agradable y claro por la cocción, la
Al aumentar la temperatura el material se comporta mejor, proporcionando
Dentro del ex trusor se forma una pasta muy v iscosa, la temperatura no es
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72
100
característica es quebradiza, duro y seco. La humedad no es suficiente para plastificar el material.
temperatura y humedad son adecuadas para la gelatinización del almidón
una estructura mas uniforme con bajo contenido de humedad, su color es amarillo muy pálido agradable.
suficiente para lograr una distribución adecuada del material, la elev ada humedad no permite gelatinizar el almidón, generando antes una plastificación
M2 M6 M10 M14
120
Hay plastificación en la superficie de la estructura compacta. Hay principios de ex pansión. El color es oscuro desagradable producto de reacciones de maillard. La estructura no es uniforme.
El material se comporta de la misma manera que M6, hay un cierto grado de uniformidad, el material es blando almidonoso, color agradable y el material esta gelatinizado en su totalidad.
Presenta características similares a M7, con un poco mas de ex pansión, y el producto es mejor cocido, las propiedades de v iscosidad y fluidez son apropiadas para generar una estructura interna agradable.
No hay cocción del material, su estructura es compacta con transformación en la superficie donde se concentra la humedad, mientras que en el centro la harina sólo esta compactada.
M3 M7 M11 M15
130
La temperatura es muy elev ada. La poca humedad permite ex pansión en algunas partes de la estructura. El color es muy oscuro (Maillard) y desagradable, propagación de las reacciones entre componentes
La temperatura es ex cesiv a porque el material adquiere un color amarillo oscuro mostrando desnaturalización y quemadura de los componentes. (Maillard)
El material adquiere un color amarillo oscuro, pero la estructura es uniforme y dura (baja humedad), por la ex cesiv a temperatura y el tiempo de residencia, por la v elocidad baja de tornillo.
El material sale húmedo, con un color amarillo oscuro hay formación de burbujas, pero no es uniforme, el material sale en forma de pasta v iscosa y poco más transformada.
M4 M8 M12 M16
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Figura 33. Muestras M1: Obtenidas a 12% de Humedad y 90°C de Temperatura
Figura 34. Muestras M2: Obtenidas a 12% de Humedad y 100°C de Temperatura
Figura 35. Muestras M3: Obtenidas a 12% de Humedad y 120°C de Temperatura
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74
Figura 36. Muestras M4: Obtenidas a 12% de Humedad y 130°C de Temperatura
Figura 37. Muestras M5: Obtenidas a 16% de Humedad y 90°C de Temperatura
Figura 38. Muestras M6: Obtenidas a 16% de Humedad y 100°C de Temperatura
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75
Figura 39. Muestras M7: Obtenidas a 16% de Humedad y 120°C de Temperatura
Figura 40. Muestras M8: Obtenidas a 16% de Humedad y 130°C de Temperatura
Figura 41. Muestras M9: Obtenidas a 18% de Humedad y 90°C de Temperatura
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76
Figura 42. Muestras M10: Obtenidas a 18% de Humedad y 100°C de Temperatura
Figura 43. Muestras M11: Obtenidas a 18% de Humedad y 120°C de Temperatura
Figura 44. Muestras M12: Obtenidas a 18% de Humedad y 130°C de Temperatura
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Figura 45. Muestras M13: Obtenidas a 25% de Humedad y 90°C de Temperatura
Figura 46. Muestras M14: Obtenidas a 25% de Humedad y 100°C de Temperatura
Figura 47. Muestras M15: Obtenidas a 25% de Humedad y120°C de Temperatura
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Figura 48. Muestras M16: Obtenidas a 25% de Humedad y 130°C de Temperatura
Al final de las pruebas de extrusión es ev idente que las muestras a humedades y temperaturas moderadas se comportan mejor, mientras que los extremos presentan
dificultades. La muestra de humedad al 25% mejora con la temperatura, es posible que al trabajar con temperaturas superiores a los 130°C se obtengan buenos resultados, aunque es
posible que puedan ocurrir reacciones químicas entre los componentes del material, y cada
vez tomaría más importancia la velocidad del tornillo para observar la influencia del cizallamiento y el tiempo de residencia. Las muestras a humedades bajas, 12% no sufren
ninguna transformación cuándo se procesan a temperaturas inferiores a los 100°C (Figura 33)
porque el material no alcanza a gelatinizar por su baja humedad, de modo que el material se compacta pero no se transforma, y es posible que puedan ocurrir taponamientos en el equipo
porque el material no fluye como se esperaría. A humedades bajas se recomienda un alto
grado de cizallamiento, esto mejorara la transformación porque la cizalla rompe las moléculas aumenta la temperatura y el material cambiara su estado vítreo a un fluido compacto v iscoso.
En extrusores de doble tornillo hay mejor cizallamiento y calentamiento del material de manera
más rápida y uniforme, es por eso que para mezclas con un porcentaje bajo y elevado de humedad el proceso funciona mejor.
Las muestras que mejor se comportaron fueron M7, M6, M10, y M11 (Figuras 39, 38, 42 y 43); las condiciones de proceso se muestran en la tabla 16. Esto permite establecer que para la
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79
extrusión de harina de quinua la temperatura sugerida esta entre 100 – 120°C y la humedad
inicial del producto debe estar entre 16 – 18% , en todas las pruebas se mantiene constante la
velocidad del tornillo, pero el tiempo de residencia es variable, siendo similar en las muestras anteriormente nombradas entre 20 - 30 segundos, esto demuestra que el tiempo de residencia
no sólo depende de la velocidad del tornillo.
Tabla 16: Muestras seleccionadas y las condiciones de operación
Muestra Temperatura (°C) Humedad (%) V. Tornillo (rpm) F. Masico kg/h M6 100 16 20 4 M7 120 16 20 4
M10 100 18 20 4 M11 120 18 20 4
Fuente: el Autor
La estructura interna de las muestras ev idencia una cocción y uniformidad adecuadas y , la
humedad permite la plastificación y expansión ideales para que el material se trasforme
totalmente como se muestra en las siguientes figuras.
Figura 49 Estructura interna de la muestra
seleccionada M10
Figura 50 Estructura interna de la muestra
seleccionada M11. Nótese la expansión y la transformación homogénea del material
luego del proceso de extrusión.
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80
Fuente: el Autor
Mezclado
La mezcla de cocoa presenta la siguiente composición química. Tabla 17: Composición química del saborizante g/g totales
Nutrientes Cocoa Humedad 4,00Extracto Etéreo 0,50Proteína 7,00E.N.N. 75,00Fibra Cruda 0,50Cenizas 0,50
Fuente: Investigaciones realizadas por el ICTA.
La cantidad de cocoa y quinua pulverizada adecuadas para proporcionar un sabor y color agradable es de 30% cocoa y 70% Quinua. Este resultado de obtiene luego de hacer una
análisis sensorial con 10 panelistas a mezclas porcentuales de cocoa y un patrón (harina
pulverizada de quinua) elaborada bajo las condiciones adecuadas para su óptima calidad. Tabla 18: Mezclas de Cocoa y harina de Quinua
La identificación de las muestras para el análisis
se describen en la tabla 18; la identificación de las muestras con números aleatorios ev ita
preferencias de las muestras por parte de los
panelistas. La encuesta para el análisis sensorial se muestra en el apéndice E. Los análisis se hicieron en horas recomendadas, en la mañana
(10:00 -11:00am) y en horas de la tarde (3:00 – 4:00pm).
El resultado del análisis permite identificar que la muestra 731 es la mas aceptada (Figura 51)
presenta un porcentaje de aceptación de un 88% por el sabor suave y agradable, y
corresponde a la mezcla de 30% de cocoa y 70% de harina patrón. Esta proporción se utilizara para saborizar el producto (Bebida Instantánea) a base de quinua.
Mezcla Muestra Cocoa (% ) H. amaranto (% )
20 80 862 30 70 731 40 60 594 50 50 412
IQ-2005-I-25
81
0
20
40
60
80
1 00
Porc
enta
je
862 731 594 413 Ref.
Conociendo el porcentaje de cocoa, se agrega a las muestras de quinua obtenidas en el
pulverizado y se someten a homogeneización en un tambor rotatorio por 1 hora, para obtener un producto homogéneo. Finalmente estas muestras se someten a análisis físico.
4.3 ANÁLISIS PROXIMAL
Realizadas las pruebas químicas a los productos extruídos, que permiten establecer la composición química de las muestras se obtienen los siguientes resultados.
Tabla 19: Análisis prox imal muestras Obtenidas en la ex trusión
Análisis M6 M7 M10 M11 Humedad* 7.5 6.47 7.6 6.57
Extracto Etéreo* 4.20 3.87 3.76 4.02
Proteína+ 15.32 15.12 15.09 15.17
E.N.N.+ 77.25 78.16 78.15 79.36
Fibra Cruda- 1.16 0.78 1.05 0.65
Cenizas- 2.09 1.92 1.72 1.97 * Realizados en el Laboratorio de Ingeniería Química - Realizados en el Laboratorio de Química + Realizados en el ICTA
Figura 51 Resultado de la prueba de sabor de las mezclas de harina de
quinua con cocoa
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82
6 ,4
6 ,8
7 ,2
7 ,6
90 100 110 120 130
Temperatura de operación ºC
Por
cen
taje
6,40
6,60
6,80
7,00
7,20
7,40
7,60
7,80
15 16 17 18 19Humedad de operación (%)
Por
cen
taje
HUMEDAD FINAL
Con respecto a la humedad de los productos se observa que las muestras que se sometieron
a mayor temperatura presentan un porcentaje menor de humedad (Figura 52). Los datos para
una misma temperatura difieren en 0.1 y su desv iación es de 0.07 demostrando que hay una correlación de la humedad final del producto con respecto a la temperatura de proceso,
mientras que a humedades de proceso diferentes la humedad del producto se mantiene
constante (Figura 53), como lo indican los promedios.
Figura 52 Comportamiento de Humedad de los productos extrudidos con
respecto a la temperatura de operación
Figura 53 Comportamiento de Humedad de los productos extrudidos con
respecto a la humedad de proceso
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83
Esto es importante para el producto final puesto que su período de v ida es más prolongado.
De acuerdo a esto los productos elaborados a 120ºC son los que mejor se comportan con un
porcentaje de humedad promedio de 6.52% , bajo las condiciones técnicas de extrusión utilizadas en esta investigación.
Las elevadas temperaturas en el extrusor provocan la formación de burbujas en el material a causa de la evaporación de la humedad, la humedad es importante para mejorar la
plastificación del material en proceso y la cocción interna, pues la formación de burbujas
permite la formación de películas de almidón para expandir la estructura y mejorar el calentamiento interno. Cuando el producto sale del extrusor se presenta evaporación súbita
por el cambio de temperatura y presión, si mayor es la temperatura de operación mejor será la
evaporación y el material quedará con un contenido bajo de humedad. EXTRACTO ETÉREO El contenido de grasas es más susceptible a la humedad que a la temperatura (Figura 54).
Las muestras trabajadas en condiciones de temperatura diferentes presentan contenidos
similares de grasa, mientras que se presenta cierta diferencia entre las muestras que se trabajan a humedades diferentes. Para un 16% de humedad, las muestras M6 (a 100°C) y M7
(a 120°C) se comportan similares; la desv iación estándar y la diferencia es 0.07 y 0.11
respectivamente y para el 20% de humedad las muestras M10 (a 100°C) y M11 (a 120°C) se comportan similares, la desv iación estándar y la diferencia es 0.1 y 0.15 respectivamente
Las grasas son importantes en la formulación de un alimento porque suministran calorías para el buen funcionamiento del organismo. Por tal motivo son importantes en la formulación del
alimento. La quinua es una fuente rica en ácidos grasos esenciales, como el acido linoléico
(C18:2) y linolénico (C18:3) que constituyen 55 - 63% de la grasa
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84
Los productos elaborados a 18% de humedad presentan mayor contenido de grasa y es
posible que al aumentar la humedad el contenido de grasa se mejore. El producto elaborado a 120°C y 18% de humedad presenta el mayor contenido de grasa con un 3.76 % .
En la extrusión es posible que a humedades bajas las grasas sufran cambios químicos, por
las temperaturas elevadas, una explicación puede ser la propagación de reacciones de
maillard por azucares reductores induciendo a reacciones complejas entre los componentes del alimento, se sabe que las reacciones de maillard se propagan mejor a humedades bajas.
PROTEÍNAS El comportamiento de las proteínas con respecto a la temperatura es estable, no se logra
establecer una diferencia entre las muestras procesadas a condiciones diferentes (Figura 55),
lo mismo sucede si se aumenta el nivel de humedad (Figura 56).
Las proteínas son importantes en la formulación de un producto alimenticio, proporcionan
elementos esenciales para el crecimiento y renovación de los componentes funcionales del organismo. Las proteínas del grano de quinua son muy completas por su composición de
aminoácidos esenciales
3,65
3,70
3,75
3,80
3,85
3,90
3,95
4,00
4,0515 16 17 18 19
Humedad de operación (%)
Porc
enta
je
Figura 54 Comportamiento de Grasas de los productos extrudidos con
respecto a la humedad inicial
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85
15,08
15,12
15,16
15 ,2
15,24
90 100 110 120 130
Temperatura de operación ºC
Porc
enta
je
15 ,08
15 ,10
15 ,12
15 ,14
15 ,16
15 ,18
15 ,20
15 ,22
15 ,24
15 16 17 18 19
Humedad de operación (%)
Porc
enta
je
Es posible que a mayor temperatura la diferencia se pueda observar, primeramente por las
reacciones de maillard, por otro lado la descomposición de la Lisina por ser un amino acido termolábil sufre cambios considerables a medida que se aumenta la temperatura. Se espera
entonces que a temperaturas extremas el contenido de proteínas disminuya.
Las altas temperaturas en el cilindro y las bajas humedades promueven las reacciones de
Maillard en el desarrollo de la extrusión. Los azúcares reductores (grupo carboxilo intacto)
incluyendo los que se forman durante el cizallamiento del almidón, pueden reaccionar con las
Figura 55 Comportamiento de proteínas de los productos, con respecto
a la temperatura de operación
Figura 56 Comportamiento de proteínas de los productos, con respecto
a la humedad de operación
IQ-2005-I-25
86
0,60
0,80
1,00
1,20
1,4090 100 110 120 130
Temperatura de operación ºC
Porc
enta
je
proteínas. La reacción de Maillard ocurre v ía una serie de reacciones complejas definidas
entre azúcares reductores y grupos amino de aminoácidos y proteínas. Estas reacciones
causan perdida en el valor nutritivo, formación de pigmentos pardos y sabores especiales. La reacción posee una velocidad máxima en el intervalo de humedad baja. En conclusión el
intervalo de trabajo, los cuatro productos desarrollados son esénciales en el contenido de
proteínas en cuanto a productos alimenticios de este tipo. FIBRA
El contenido de fibra es sensible a la temperatura, a mayor temperatura el contenido de fibra disminuye (Figura 57). Básicamente por la transformación de fibra soluble involucrada en
reacciones complejas desencadenadas por las condiciones agresivas de operación. La
solubilidad del producto efectivamente se afecta y formará partículas en suspensión en una disolución. Los productos elaborados a temperaturas de 120ºC presentan menor contenido de
fibra. El producto elaborado a 120ºC y 18% de humedad presenta menor contenido de fibra
con un 0.65%
La fibra se compone de fibra soluble y fibra no soluble, el proceso de extrusión no afecta el contenido de fibra insoluble, no se reduce de tamaño y tampoco sufre cambios químicos. La
fibra soluble se ve afectada por el proceso de extrusión principalmente en su reducción de
tamaño, y posiblemente se involucre en ciertas reacciones al aumentar la temperatura.
Figura 57 Comportamiento de la fibra de los productos, con respecto a
la humedad de operación
IQ-2005-I-25
87
76 ,5
77 ,5
78 ,5
79 ,590 100 110 120 130
Temperatura de Operación ºC
Porc
enta
je
CARBOHIDRATOS (E.N.N.)
El contenido de carbohidratos se comporta de manera similar al de las proteínas. Se aprecia
en la figura 58 que no hay una correlación con respecto a la temperatura o a la humedad. La leve tendencia a aumentar puede ser posible, ya que al aumentar la temperatura algunos
componentes se reducen y por lo tanto el contenido de carbohidratos se concentra, pero no
es posible afirmarlo con certeza. Los cuatro productos en si presentan un contenido elevado de carbohidratos, de manera que el producto suministra la energía necesaria para el buen
funcionamiento del organismo si este es consumido.
CENIZAS
El contenido de cenizas tiende a disminuir con el aumento de temperatura (Figura 59). Dentro
de las cenizas se encuentra una variedad de combinaciones minerales aunque también restos de componentes orgánicos y la cuantificación de las cenizas solo es una idea del contenido de
minerales. Al aumentar la temperatura y la severidad del proceso por cizallamiento y alta
presión, cambia la naturaleza de las combinaciones originales debido a la destrucción de la metería orgánica, produciendo una reducción de componentes, en este caso de cenizas.
Figura 58 Comportamiento de E.N.N. de los productos, con respecto a
la temperatura de operación
IQ-2005-I-25
88
1,84
1,86
1,88
1,90
1,92
1,94
1,96
1,98
90 100 110 120 130
Temperatura de operación °C
Porc
enta
je
En si, el contenido de cenizas no es primordial en la composición química de la quinua,
estudios anteriores han demostrado que el contenido de minerales es pobre y no es de
relevancia, siendo significativa la concentración de hierro, calcio y potasio.
No hay una correlación que se pueda identificar de los componentes químicos con respecto a
las variables de operación a excepción de la humedad, ceniza y fibra. El contenido de proteínas es importante en el producto final, y todos los productos presentan un contenido
similar de manera que no se puede hacer una selección. El contenido de carbohidratos de
igual forma no presenta cambios con respecto a las variables de operación y no se puede estimar una correlación que pueda definir una disminución o aumento de su contenido. En
general la composición química es similar, para el contenido de proteínas por ejemplo la
desv iación estándar es de 0.1, para el contenido de grasa es 0.19, de modo que este análisis no permite hacer una discriminación y por lo tanto todas las muestras son óptimas para el
consumo porque proporcionan la misma cantidad de nutrientes.
4.4 ANÁLISIS SENSORIAL
Teniendo en cuenta los niveles de importancia de cada parámetro sensorial (apariencia, color, sabor y textura) se asignan puntajes a los parámetros y de acuerdo a ello se consideran
distintas posibilidades que serán evaluadas por los panelitas. En el apéndice F se muestra la
encuesta utilizada en la presente investigación para el análisis donde se especifican los
Figura 59 Comportamiento de cenizas de los productos, con respecto a
la humedad de operación
IQ-2005-I-25
89
0
10
20
30
Apariencia Color Sabor Textura
870 753 561 435 Ref.
parámetros a evaluar y su orden de importancia, así mismo las posibilidades de cada uno a
evaluar según la muestra.
Una vez preparadas las muestras se identifican debidamente con números que presentan un
orden aleatorio para no afectar la atención del panelista. Las muestras identificadas se pasan
a los panelistas para iniciar el análisis. Estos se realizaron en los laboratorios de análisis sensorial del ICTA, las horas normales recomendadas para las pruebas son 10:00am –
11:00am y en la tarde de 2:30pm – 3:30pm. Tabla 20: Identificación de los productos para el análisis sensorial
Producto Composición Proceso, T° y H Identificación P1 70% de M6 30% cocoa 100°C y 16% 870
P2 70% de M7 30% cocoa 120°C y 16% 753
P3 70% de M10 30% cocoa 100°C y 18% 435
P4 70% de M11 30% cocoa 120°C y 18% 561 Fuente: el Autor
Figura 60
Resultados del análisis sensorial. El porcentaje de cada parámetro se compara con la referencia o puntaje máximo. Obsérvese en la evaluación
de color los panelistas no lograron percibir diferencias.
IQ-2005-I-25
90
0
5
10
15
20
25
APARIENCIA
Prom
edio
s
870 753 561 435
Figura 61 Prueba de apariencia de las Muestras seleccionadas
En la figura 60 se representan los resultados obtenidos luego de evaluar los cuatro productos
a través de 12 panelistas. La grafica compara los porcentajes de apariencia, color, sabor y
textura con la referencia que corresponde al puntaje más alto en cada parámetro. Claramente se observa que los panelistas no perciben diferencia de color, mientras que en apariencia,
sabor y textura se perciben diferencias entre los productos y se observa que las muestras 753
y 561 son las mejor calificadas, correspondientes a los productos P2 y P4 elaborados bajo condiciones de extrusión de 120°C y 16, 18% de humedad.
APARIENCIA La variable de apariencia presenta diferencias significativas entre los promedios de los cuatro
(4) productos evaluados, luego para esta característica los panelistas percibieron diferencias
entre los cuatro (4) productos evaluados y por esta variable se pueden ev idenciar el mejor producto. Escogieron como mejor producto la muestra 561 (Figura 61) correspondiente al
producto P4 elaborado bajo condiciones de humedad y temperatura, 18% y 120°C
respectivamente.
IQ-2005-I-25
91
0
5
10
15
COLOR
Pro
med
ios
870 753 561 435
COLOR
La variable color de los productos terminados no presentó diferencias significativas entre los
promedios de los cuatro (4) productos evaluados (Figura 62). Para esta característica los panelistas no percibieron diferencia entre las cuatro (4) muestras evaluadas, por esta
variable no se puede ev idenciar el mejor producto por parte de los evaluadores.
SABOR
Los promedios de la variable sabor de los productos terminados para los cuatro (4) tratamientos evaluados presentaron diferencias significativas; se pudo observar que las
muestras 753 y 561 obtuv ieron la mayor calificación (Figura 63), siendo la muestra 561
calificado con mayor puntaje, superando a la muestra 753 con 1.25% . Se puede ev idenciar que los panelistas pudieron diferenciar entre los productos.
Las formas más comunes de los sólidos solubles utilizados en la extrusión para dar sabor a estos productos son hidratos de carbonos pequeños y sal. Se disuelve en la fase y forman un
fluido plastificante mas v iscoso pero tiene poco efecto sobre la mayoría de los biopolímeros
formadores de estructura a bajos niveles de adición (< 5 % ).
Figura 62 Prueba de color de las Muestras seleccionadas
IQ-2005-I-25
92
0
5
10
15
20
25
30
SABOR
Porc
enta
je
870 753 561 435
Sin embargo, pueden reducir el nivel de almidón en una formulación por su alta presencia en
el fluido derretido. Por ejemplo, si se añade azúcar al 10% en la formulación seca de un producto ex igido, utilizando un 15 % de agua total para la extrusión la materia prima se reduce
un 60% .La adición de azúcar aumenta el volumen y diluye el almidón en el fluido de manera
que su reacción mecánica a la compresión y al cizallamiento del tornillo se reduce y cae la entrada de energía. Esto reduce la temperatura y la cantidad de degradación del almidón de
manera que el extrudido esta menos expandido, también el azúcar cambia el carácter de
textura del extrudido cuando se seca y puede formar un cristal menos poroso en las paredes de la célula para dar un mordisco más crujiente (Guy, 2002).
TEXTURA
En cuanto a la variable textura evaluada en los productos terminados se pudo observar que se presentaron diferencias significativas entre los promedios para los cuatro (4) tratamientos
evaluados, luego para esta características los panelistas percibieron las diferencias entre las
seis muestras y escogieron como mejor muestra la 561 (Figura 64), correspondiente al producto P4, sin embargo la muestra 753 también obtuvo un alto puntaje
Figura 63 Prueba de sabor de las Muestras seleccionadas
IQ-2005-I-25
93
0
5
10
15
20
25
30
TEXTURA
Porc
enta
je
870 753 561 435
La textura es uno de los atributos sensoriales más importantes de esta clase de productos
extrudidos; la cual esta dada por el grado de transformación del almidón, si el almidón se trasforma hasta obtener maltosas, se obtendrá una textura pegajosa y una sensación en la
boca poco agradable, el producto deberá ser soluble porque de no serlo se percibirá una
textura harinosa al ser degustado.
El aroma no se tuvo en cuenta en el análisis sensorial, porque el tiempo de residencia en un extrusor es muy reducido. Por lo tanto, la cocción por extrusión es esencialmente un proceso
de alta temperatura y corto tiempo y no se produce cierto número de aromas.
Así como en los procesos tradicionales de cocción, el aroma se genera durante la cocción por
extrusión mediante cierto número de reacciones que tienen lugar y que son controladas por la
composición de las materias primas, la temperatura y el tiempo de residencia. Sin embargo, en la cocción por extrusión estas reacciones se aceleran debido a las fuerzas de cizalla.
Generalmente, los productos que salen de los extrusores no tienen aromas fuertes debido al
corto tiempo de residencia y a la evaporación súbita de los compuestos volátiles del aroma a
Figura 64 Prueba de textura de las Muestras seleccionadas
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94
medida que el producto expande. Por lo tanto los aromas usualmente se añaden después de
la extrusión para hacer mas sabroso el producto (Guy, 2002). En conclusión se observa que el color de todas las muestras evaluadas es característico, de
manera que no es un parámetro de diferenciación entre ellas. La textura y el sabor fueron los
parámetros que se estimaron importantes y que son los puntos fundamentales sobre los cuales se encontraran diferencias entre las muestras. Ev identemente las muestras 753 y 561
se comportan mejor en cuanto a sabor, textura y apariencia. La muestra que presenta un
porcentaje mas alto de aceptación es la 561. En cuanto a sabor alcanza un 1.26% más, en textura un 2.12% más respecto a la muestra 753 la segunda mejor aceptada. Si la muestra
561 se compara con la 870 de menor aceptación, vemos que en sabor alcanza un 13.33%
más, en textura un 15.42% más, y en apariencia un 7.55 % más de aceptación.
De lo anterior se puede concluir que respecto a la composición química todas las muestras
presentan características similares, de manera que cualquiera de ellas cumple su función alimenticia proporcionando al organismo un producto de buen valor biológico.
El análisis organoléptico muestra los productos P2 (120°C temperatura y 16% humedad) y P4 (120°C temperatura y 18% humedad) son aceptados en comparación con las dos productos
restantes, siendo P4 (Figura 65) el que mejor fue calificado por los panelistas.Se concluye
entonces que para la elaboración de una bebida instantánea a base de quinua, las condiciones de extrusión (sólo aplicables al equipo involucrado o similar) para obtener un
producto de buena calidad son:
Condiciones de extrusión
Temperatura en el extrusor: 120°C. Humedad inicial producto: 18% Flujo másico: 4Kg/h Velocidad del tornillo: 30RPM Orificio de la boquilla (dado): 3mm Granulometría de la harina: 80 mallas
IQ-2005-I-25
95
4.5 EFECTOS DEL LAVADO Y LA EXTRUSIÓN
El proceso de extrusión mejora la calidad del producto si se compara con la materia prima, de igual forma el contenido de fibra y cenizas se reduce considerablemente. El grano de quinua
sin lavar presenta alto contenido de fibra; un buen porcentaje de los granos conservan el
perigonio o cáscara, el cual se retira en el lavado, es por eso que la quinua lavada presenta menor porcentaje de fibra.
Tabla 21: composición química materia prima y producto (%)
Análisis* Grano sin lavar Grano lavado Extruído Humedad 12.00 11.50 6.57 Extracto Etéreo 8.20 8.61 4.02 Proteína 14.67 14.18 15.17 E.N.N. 59.68 62.47 79.36 Fibra Cruda 2.97 1.70 0.65 Cenizas 2.58 1.54 1.97
*Análisis realizado en los laboratorios de Química e Ing. Química de la Universidad de los andes
Figura 65 Producto seleccionado, elaborado bajo condiciones
de extrusión a 120°C de temperatura y 18% de humedad.
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96
0
2
4
6
8
10
12
14
Maria Prima Grano lavado Producto (P4)
HUMEDAD
La humedad del grano es estable al 12% , la humedad después del el lavado aumenta en un
30% , porque se somete a constantes lavados para la eliminación de la saponina, una vez el grano de quinua se lava, se somete a secado, para reducir la humedad a su estado original
(Figura 66). Antes del proceso de extrusión la humedad se eleva hasta el 18% , por las
condiciones de extrusión. El proceso de extrusión reduce el contenido de humedad en el producto hasta un 11% , por la elevada presión y temperatura de trabajo, esto ocasiona que a
medida que el producto abandona el equipo inmediatamente se presente una evaporación
instantánea. En productos granulares secos la humedad no supera el 7% . Al final del proceso de extrusión se realiza la operación de secado para reducir la humedad del producto por
debajo del 7% , en este caso fue 6.57% . Figura 66 Comparación de la Humedad
EXTRACTO ETÉREO Durante el lavado el contenido de grasas se aumenta en un 4.5% , esto se debe a que otros
componentes del grano de quinua se reducen, por ejemplo fibra e impurezas, concentrando
de esta forma otros componentes que permanecen intactos en el lavado. El proceso de extrusión reduce considerablemente el contenido de grasas en un 51% (Figura 67), se aprecia
IQ-2005-I-25
97
0
2
4
6
8
10
Maria Prima Grano lavado Producto (P4)
entonces que durante el proceso de extrusión las grasas se involucran en cierto tipo de
reacciones complejas donde interv ienen los componentes químicos del alimento afectando el
contenido nutricional del producto. Figura 67: Comparación de Grasas
PROTEÍNAS
El contenido de proteínas en el lavado se reduce en un 3.34% . En el episperma o cáscara se
presenta cierto contenido de proteínas, muy bajo en comparación al grano. Se observo también que en algunos granos el germen fue desprendido por acción del lavado, en el cual el
contenido de proteínas se concentra.
El proceso de extrusión mejora el contenido de proteínas (Figura 68), además que mejora la
disponibilidad biológica por la desnaturalización. El contenido de proteínas con respecto al
lavado crece en un 6.53% . El proceso no tiene influencia sobre el contenido de proteínas, y este se concentra debido a que otros componentes se reducen en el proceso, como por
ejemplo la humedad, cenizas y fibra. Y componentes que permanecen estables, como
carbohidratos y proteínas aumentan aparentemente.
IQ-2005-I-25
98
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
Maria Prima Grano lavado Produc to (P4)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Maria Prima Grano lavado Producto (P4)
Figura 68 Comparación de proteínas
CARBOHIDRATOS O E.N.N.
Si se compara el contenido de carbohidratos (Figura 69) entre la materia prima y después del
lavado, este aumenta en un 2.79% mejorando la calidad del producto. De igual modo el
proceso de extrusión mejora el contenido de carbohidratos por las mismas razones explicadas en el caso de las proteínas.
Figura 69 Comparación de E.N.N.
IQ-2005-I-25
99
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Mar ia Prima Grano lavado Producto (P4)
FIBRA CRUDA
El contenido de fibra se reduce sustancialmente con el lavado, debido a que la temperatura
elevada del agua y la constante agitación permite eliminar en su totalidad el pericarpio del grano, gran cantidad de hojas y tallos liv ianos que no se separaron en la etapa de limpieza. El
proceso de extrusión reduce aun mas el contenido de fibra, por las fuerzas de cizalla y
temperaturas elevadas, ocasionando disminución de tamaño o reacción de componentes solubles (Figura 70).
Figura 70 Comparación de fibra
CENIZAS En el lavado de los granos de quinua se reduce el contenido de cenizas, puesto que la
materia prima esta impregnada de polvos y otros materiales finos, que influyen en el contenido
de ceniza, al ser estos eliminados en el lavado, el contenido de cenizas se reducirá; el cual después de la extrusión aumenta en un 0.43% . Esto señala que el contenido de cenizas no
sufre cambios en la extrusión de manera que al ser eliminados otros componentes la ceniza se concentra aumentando su contenido en el producto final (Figura 71).
IQ-2005-I-25
100
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Maria Prima Grano lavado Producto (P4)
Figura 71 Comparación de Cenizas
El proceso se lavado no solo es importante por eliminación de saponinas que básicamente no es un problema por el contenido bajo que presenta la variedad de materia prima que se
utilizo durante la presente investigación. El lavado toma importancia porque reduce el
contenido de fibras y ceniza, y concentra el material en cuanto a los componentes que son importantes nutricionalmente; grasa, proteína y carbohidratos. Además de ello se eliminan
impurezas finas, como polvos y tierra que no se desprenden tan fácilmente en el proceso de
limpieza, de manera que se obtiene grano de quinua limpio con bajo contenido de fibra y cenizas, y de mejor calidad nutritiva. Por su parte el proceso de extrusión proporciona un
producto transformado, que además de ser biológicamente aprovechable reduce algunos
componentes que no son de relevancia nutritiva; es importante notar que además de concentrar los componentes nutritivos más importantes como las proteínas y carbohidratos los
transforma para que puedan ser más aprovechables por el organismo.
A continuación se resumen algunas ventajas del proceso de desaponificación y el proceso de
extrusión sobre las características funcionales del producto:
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101
Ventajas del lavado Permite la eliminación de la saponina
Reduce el contenido de fibras y cenizas Elimina polvos, tierra; impurezas finas.
Concentra los componentes nutritivamente importantes
Proteínas, grasas y carbohidratos
Ventajas de la Extrusión Proporciona un alimento aprovechable Desnaturalización de proteínas, gelatinización del almidón
Reduce el contenido de fibra y cenizas
Concentra los nutrientes que son importantes en el aporte nutricional
4.6 CONSECUENCIA DE LA SABORIZACION DEL PRODUCTO
No es posible consumir el producto extruído a partir de grano de quinua de manera natural, porque es insípido, y no tendrá oportunidad en el mercado. Para ello se formuló una
composición de 30% de cocoa y 70% de harina pulverizada (P4). La aceptación del producto
sacrifica el contenido nutricional como se vera mas adelante. El contenido neto de productos comerciales de este tipo es de 300g. La composición nutricional que aparece en la tabla de
información de estos productos es por ración (20 o 25g)
Tabla 22: Composición química por 20g bebida instantánea (producto Saborizado)
Bebida Instantánea a base de Quinua Nutrientes P4 (g) Cocoa (g) Total (g) g/20g Composición %
Humedad 0,92 0,45 1,37 0,07 5,65 Ex tracto Etéreo 0,56 0,06 0,62 0,03 3,03 Proteína 2,12 0,60 2,72 0,13 13,26 E.N.N. 11,11 4,50 15,61 0,75 75,99 Fibra Cruda 0,09 0,03 0,12 0,01 0,59 Cenizas 0,28 0,03 0,31 0,01 1,49 Total 15,08 5,67 20,75 1,00 100,00
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102
La Saborización del producto (Figura 72) reduce el contenido nutricional en todos los
componentes nutritivos como se observa en la Tabla 23 al comparar el contenido de
nutrientes de la bebida instantánea y el producto antes de ser saborizado. Es necesario sacrificar la calidad nutricional por aceptación del producto, a pesar de esto el contenido de
proteínas en comparación con los productos comerciales es superior.
Tabla 23: Comparación de la bebida instantánea con el producto Ex trudido seleccionado
Nutrientes
Extruído%
Bebida Instantánea %
Humedad 6,57 5.65 Extracto Etéreo 4,02 3.03
Proteína 15,17 13,26 E.N.N. 79,36 75,99 Fibra Cruda 0,65 0,59 Cenizas 1,97 1,49
Fuente: el Autor
Productos en el mercado y la bebida instantánea a base de quinua
En comparación con productos encontrados en el mercado catalogados como bebidas instantáneas el porcentaje de grasas alcanza el 2.5% , en nuestro producto a pesar de la
reducción en el proceso el contenido es de 3.03% ; el contenido de proteínas no supera el 7% , es una diferencia importante del producto elaborado con respecto a productos comerciales
alcanzando un contenido de proteínas de 13.22% . En los productos comerciales el contenido
de carbohidratos esta entre 60 – 79% , el producto elaborado a base de quinua presenta un contenido de carbohidratos de 75.99% . En los productos comerciales el contenido de fibra es
del 6% , superior al contenido de fibra encontrado en nuestro producto correspondiente al
0.59% Tabla 24: Producto a base de quinua y productos comerciales
Nutriente Productos en el mercado Bebida Instantánea Grasa 0.1 – 2.5 3.03 Proteínas 3 - 7 13.22 E.N.N. 60 - 79 75.99 Fibra 0.1 - 6 0.59 Ceniza - 1.49
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103
Figura 72 Producto saborizado A base de Quinua: Bebida instantánea.
4.7 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL PRODUCTO NTC 3659 Al evaluar los porcentajes de nutrientes del producto extruído y saborizado encontramos un
aporte valioso con respecto al porcentaje de proteína, constituyéndose en un producto
esencialmente proteico ideal para la nutrición de los niños, jóvenes, madres lactantes y gestantes, adultos y personas de la tercera edad.
El extruído de quinua cumple satisfactoriamente con los requisitos establecidos por la legislación colombiana para productos relacionados con bebidas instantáneas
El porcentaje de proteínas del producto a base de granos de quinua saborizado es 13.12% en peso, superior al 3.0% requerido por la norma; en cuanto al contenido de grasas, el producto
a base de quinua contiene 3.00% , porcentaje menor al máximo establecido por la norma 50% ,
el contenido de carbohidratos es de 75,22% menor al máximo establecido por la norma 95% , ofreciendo de esta manera un producto que proporciona los nutrientes, proteínas y calorías
cuerpo humano para satisfacer sus necesidades fisiológicas de mantenimiento, crecimiento y reparación de tejidos y fluidos.
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104
4.8 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO NORMA NTC 3659
Los coliformes se destruyen fácilmente por altas temperaturas, además, la mayoría de los
casos de alteración de organismos mesófilos se da como consecuencia de un tratamiento térmico insuficiente. La bebida instantánea a base de Harina de Quinua cumple con los
requisitos establecidos en la norma técnica Colombia NTC 3659.
Los productos extrudidos tipo snack o bebida instantánea son seguros para comer ya que las
materias primas están sometidas a temperaturas altas y la activ idad de agua del producto es
baja debido ha que el producto se seca hasta un contenido en humedad menor del 7% . Tabla 25: Comparación de los v alores nutricionales por la Norma NTC y los aportes de la bebida
instantánea a base de quinua. Nutrientes Método
analítico NTC 3659 % Bebida
Instantánea % Calorías(kcal/100g) Producto - 3.8 Carbohidratos(CH) Diferencia 95 75.22 Proteína (P) Kjeldahl 3.0 13.12 Grasa (G) Soxhlet 50 3.00 Fibra (F) Extracción - 0.58 Cenizas (C) Mufla - 1.47
Tabla 26: Análisis microbiológico*
Resultados análisis microbiológicos
NTC 3659 seleccionada Prueba Alimento extruído
M (Máximo) m (Mínimo)
Recuento de aerobios mesófilos (UFC/g)
23 x 101 10000 5000
NMP Coliformes totales /g
<3 11 3
NMP Coliformes fécales /g
<3 - 3
*Laboratorio de microbiología, ICTA. Univ ersidad Nacional sede Bogotá
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105
5 EQUIPOS RECOMENDADOS PARA EL PROCESO
Y COSTOS El proceso de fabricación de una bebida instantánea a partir de la quinua, requiere el uso de
ciertos equipos nombrados a continuación a manera de información.
BALANZA
Funciona con batería que le permite trabajar durante 40 horas en caso de cortes de energía.
Bandeja en acero inox idable. Display de cristal líquido de bajo consumo. Referencia JAV – 30T
Distribuidor: JAVAR. Maquinaria para alimentos, básculas y balanzas electrónicas Capacidad: 30 Kg. Precisión: 5 g. Precio total: $ 250.000,00 BÁSCULA De tipo electrónica, con capacidad máxima de 1 tonelada elaborada en acero galvanizado
(base) y en acero inox idable (plataforma), con protección a la corrosión. Industrias JAVAR
proporciona una báscula con las especificaciones que se requieren: Bascula: Industrial Pintada Ref: BS120/PS-15 Carga máxima: 1 o 2 ton Precisión: 200g o 500g respectivamente Plataforma: En lamina pintada 120X120cm 4 celdas protegidas contra ambientes agresivos Precio total: $3.500.000,00 SISTEMA DE TAMIZADO
Conformado por dos tamices para retirar partículas gruesas y finas, de mallas 6 para
partículas gruesas y malla 20 para partículas finas con capacidad para 20Kg.
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106
CICLÓN
Se recomienda una maquina venteadora con manejo manual o automático, fabricada por la
empresa Herrandina del Perú, construida en acero inox idable con un sistema de poleas par uso manual o eléctrico incorporado a un ventilador, para obtener rotaciones desde 0 – 150
rpm, ofreciendo una gama interesante en la limpieza de diferentes granos. Peso de la
maquina 37 kilos, longitud de 1.52 m, ancho 0.5 m, altura 1.15 m, rendimiento de 30 – 100 kilos por hora.
Precio: $ 1.825.980,00
MOLINO
Molino para el procesamiento granos, fabricado en acero inox idable, sistema variado de
tamices internos, ideal para el procesamiento en pequeñas empresas. Industrias. Gerrey ofrece un equipo con las siguientes características:
Modelo: Trimax 80 – B611 Diámetro del rotor: 40 cm. Capacidad: 500 Kg/h Velocidad rotación: 300 – 800 rpm Precio total: $ 2.181.037,00
MARMITA Construida en acero inox idable, con sistema de calentamiento a gas o vapor, don disposición
de bases niveladoras y sistema de volcado. Con capacidad de 100L. Industrias JAVAR
proporciona un equipo con las características que se ajustan a nuestro requerimiento. Marca: JAVAR Modelo: MT – 80 Especificaciones Recipiente en acero inox idable Estructura en tubo CR pintado Sistema de calentamiento a gas o vapor Sistema volcable Capacidad 20 galones Agitador constante Valor total $8.030.000
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MEZCLADOR
Fabricado en acero inox idable, con capacidad de 50 kilos. Industrias JAVAR proporciona un
equipo con las siguientes características que se adaptan a los requerimientos
Ref. mz – 100 Características Fabricada totalmente en acero inox idable Mezcladora de productos alimenticios Potencia: 2hp, monofasica Procesa masas blandas y duras Capacidad de la tolva 100 Litros Valor: $9.300.000,00
SECADOR
Secador de calentamiento a gas, construido en acero inox idable, bandejas perforadas en acero inox idable. Dimensiones alto 1 m, ancho 3 m, profundidad 2 m. Características: Paneles exteriores e interiores en acero inox idable tipo 304. Puerta de fácil apertura Sonda para medición de temperatura. Panel de control de fácil uso. Recolector de goteo integrado en la puerta. Sistema de autolimpieza para el generador de vapor. Bandejas 10 Precio total : $2.500.000,00
DESAPONIFICADOR
No hay un equipo de especializado para este proceso disponible en el mercado. En este caso
es preciso diseñar el equipo, que permita mezclar la quinua con agua, y generar turbulencia y separar el sobre nadante donde se concentra toda la fibra, además drenar el agua sucia sin
dejar perder el grano, controlando el tiempo de mezclado. El diseño de un equipo para
capacidad de 20 kilogramos de grano de quinua por PC maquinarias SRL. (Perú) se estima en $ 5.000.000,00
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PULVERIZADOR
Los molinos se utilizan ampliamente en la industria alimenticia con el fin de fraccionar materias
primas en tamaño de granos mínimo que están de acuerdo con el tamiz sobre el cual actúan. Distribuidor : Molinos Pulverizadores
Modelo : MT 80
Molino Universal tipo de pines fabricado en acero inox idable especialmente para procesamiento de harinas. Capacidad de trabajo 0 – 500 kg/h, diámetro del rotor 50cm
potencia del motor 7.5 HP, velocidades de rotación de 300 – 10.000 rpm.
Precio : $ 8.859.000,00
EXTRUSOR
Distribuidor: P.C. Maquinas, Perú Modelo XT – 100
Construido en acero inox idable en todas las áreas que entran en contacto con el producto.
Incorporación de sistema de control para controlar el proceso, tornillo de acero inox idable de diámetro creciente para la mejorar el aumento de presión, sistema de calentamiento de
inyección a vapor, manejo de tres zonas de temperatura a lo largo del tornillo, motor de 7.5
HP, velocidad de rotación 0 – 100 rpm, longitud del tornillo 80cm. Ideal para pequeñas fabricas de procesamiento de alimentos.
Precio : $ 22.268.00,00
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Tabla 27: Equipos recomendados para el Proceso
Quipos Características Distribuidor Costo $
Balanza Opcion de bateria para funcionamiento durante 40 horas, bandeja en cero inox idable, capacidad 30 Kg, precisión 5 g.
Javar, Bogtoá 250.000,00
Bascula Capacidad 1 o 2 ton, precisión 200g o 500g, plataforma en lamina pintada 120X120cm
Jav ar, Bogotá 3.500.000,00
Tamizado Sistema de tamices malla 6 y 20 Capacidad de 20kg/h
- -
Molino Fabricado en acero inox idable, sistema variado de tamices internos Diámetro del rotor 40 cm, capacidad 500 Kg/h, Velocidad rotación 300 – 800 rpm
Gerrey 2.181.037,00
Ciclón Maquina v enteadora manual o automático, v elodicidad 0 – 150 rpm, rendimiento de 30 – 100 kilos por hora.
Herrandina, Perú
1.825.980,00
Marmita Recipiente en acero inox idable Estructura en tubo CR pintado Sistema de calentamiento a gas o v apor Sistema v olcable Capacidad 20 galones Agitador constante
Jav ar, Bogotá 8.030.000,00
Mezclador Fabricada totalmente en acero inox idable Mezcladora de productos alimenticios Potencia: 2 hp, Procesa masas blandas y duras Capacidad de la tolv a 100 Litros
Jav ar, Bogotá 9.300.000,00
Desaponificador Diseño, capacidad 20 kg, fabricación en acero inox idable. Sistema de agitación incorporado.
PC Maquinarias SRL. Perú
5.000.000,00
Pulv erizador Molino de pines univ ersal, modelo T25 fabricado en acero inox idable especialmente para procesamiento de harinas. Capacidad de trabajo 0 – 1000 kg/h, diámetro del rotor 50 cm potencia del motor 7.5 HP, v elocidades de rotación de 300 – 10.000 rpm.
Molinos pulv erizadores, Bogotá
8.859.000,00
Ex trusor Construido en acero inox idable. Incorporación de sistema de control, tornillo de acero inox idable de diámetro creciente, sistema de calentamiento de iny ección a v apor, manejo de tres zonas de temperatura a lo largo del tornillo, motor de 7.5 HP, v elocidad de rotación 0 – 100 rpm, longitud del tornillo 80cm.
P.C. Maquinas, Perú
22.268.000,00
61.214.017,00
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6 CONCLUSIONES Realizadas las investigaciones para el desarrollo de un producto extruído a partir de los
granos de quinua, y de acuerdo a los resultados y análisis obtenidos en cada una de las etapas de proceso, se puede concluir que la bebida instantánea a base de granos de quinua:
Presenta excelentes propiedades nutritivas en comparación con otros productos en el mercado identificados como bebidas instantáneas. El producto contiene 13,2% de
proteínas mientras que productos encontrando en el mercado presentan en promedio
un 5% .
Cumple satisfactoriamente con los parámetros establecidos por la Norma Técnica
Colombiana NTC 3659, resaltando el porcentaje de proteína 13.22% mayor al 3%
señalado por la norma, grasa 3.76% menor al 50% señalado por la norma, carbohidratos 75.22% menor al máximo señalado por la norma 95% .
Microbiológicamente presenta el número más probable (NMP) de coliformes totales y
fecales menor a 3 y de mesófilos 23x101 unidades formadoras de colonia (UFC), registrando datos menores a los establecidos por la Norma Técnica Colombiana NTC
3659
Se puede utilizar para consumo directo como bebida instantánea saborizada, o como fortificante en otros productos ex istentes de manera que no sea un sustito, sino un
complemento para proporcionar alimentos nutricionalmente completos para niños,
adultos, madres gestantes y lactantes, y ancianos.
Puede ser una alternativa a tener en cuenta en programas de seguridad alimentária y
programas de desnutrición por sus características nutritivas.
Puede mejorar sus características físicas y químicas, si se tienen en cuenta las
variables operacionales comunes en el proceso de extrusión. Así se pueden
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establecer nuevas combinaciones que generen iguales o mejores características del
producto a menor costo.
El método de desaponificación proporciono grano de Quinua limpia, libre de
impurezas y fibras (generalmente pericarpios), generando materia prima de buena
calidad para el proceso de extrusión, además la eliminación de saponinas, factor que no es relevante con respecto a variedades de Quinua dulce.
RECOMENDACIONES Basado en las conclusiones del presente proyecto acordes con las prácticas experimentales y
los resultados discutidos, preciso hacer las siguientes recomendaciones útiles para una
posible profundización de esta investigación o el desarrollo de investigaciones similares.
Realizar pruebas de extrusión incluyendo las variables de velocidad de tornillo y flujo
másico de alimentación
Realizar pruebas de extrusión entre 100 - 120°C de temperatura y 12 - 18% de
humedad para observar el comportamiento real de los componentes químicos del material sometido a proceso.
Determinar el tiempo de v ida útil del alimento extrudido con el fin de garantizar su calidad durante el almacenamiento y comercializarlo
Realizar estudios de calidad proteínica de los productos extrudidos elaborados a partir de quinua, con el fin de aportar conocimiento que induzca a mejorar los
productos alimenticios y contribuir al fortalecimiento de la seguridad alimentaría de la
población.
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8 BIBLIOGRAFÍA ASCHERI, J. L. R. extrusão termoplástico de amidos e produtos amiláceos. Rió de Janeiro: EMBRAPA-CCTA, 1997. BERNAL DE RAMIREZ, Inés. Análisis de Alimentos. Santa fé de Bogotá: Academia Colombiana de Ciencias Exactas, físicas y Naturales, 1993. FENEMA, O. Química de los alimentos. Zaragoza. España: ACRIBIA, S. A. 1993. GANDARILLAS, Humberto. Quinua y Kañiwa. Cultivos andinos. Lima, Perú: IICA, 1979. GUY, Robin. Extrusión de Alimentos: tecnología y aplicaciones. Zaragoza España: Acribia S.A. 2001. KOZIOL, M. J. Desarrollo del método para determinar el contenido de saponinas en la quinua, en: Quinua hacia su cultivo comercial. Quito, Ecuador: Latinreco S.A., 1990. LEES, R. Análisis de los alimentos: métodos analíticos y de control de calidad. Segunda edición. Zaragoza, España: Acribia, 1982. MAHECHA LATORRE, Gabriela. Evaluación sensorial en el control de calidad de los alimentos procesados. Bogotá: Universidad Nacional, 1985. MATISSEK, Reinhard. Análisis de los alimentos: fundamentos, métodos, aplicaciones. Zaragoza, España: Acribia, 1978. MONTGOMERY, C. Douglas. Control estadístico de la calidad. Tercera edición. México: Grupo limusa, Grupo Noriega, 2004. NIETO Carlos; VIMOS Carlos. La quinua, cosecha y poscosecha. Quito, Ecuador: INIAP, 1992. NORMA TECNICA COLOMBIANA. Método para el Análisis por Tamizado de los Agregados Finos y Gruesos. PULGAR, J. Vidal. La quinua o suba en Colombia. Bogotá: Ministerio de Agricultura, Publicación No 3, 1954. QUISPE QUISPE, Damián. Elaboración de Fideos a Partir de Harina de Quinua (chenopodium Quinoa Willd) como Sustituto Parcial de la Harina de Trigo (Triticum Vulgare). Perú: Universidad Nacional del Altiplano, 2003.
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RIAZ, N. Mian. Extrusores en las aplicaciones de alimentos. Zaragoza, España: Acribia S.A. 2000. ROMERO, Arturo. Evaluación de las características físicas, químicas y biológicas de ocho variedades de quinua (Chenopodium quinoa, willd). Guatemala: Instituto de nutrición de Centroamérica y Panamá (INCAP), 1981. ROMERO, Arturo. Influencia en la expansión y texturización de la quinua sobre su valor nutritivo y aceptabilidad. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 1978. ROSENTHAL, J. Andrew. Relaciones entre medidas instrumentales y sensoriales de la textura de los alimentos, en: Textura de los alimentos: medida y percepción. Zaragoza, España: Acribia, 2001. SMITH, C. Aandrew. Alimentos basados en Almidón, en: Textura de los alimentos: medida y percepción. Zaragoza, España: Acribia, 2001. TAPIA, Mario. La Quinua y Kañiwa: Cultivos Andinos. Bogotá: Centro internacional de investigaciones para el desarrollo; instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas, 1979. WAHLI, Cristian. Quinua: hacia su cultivo comercial. Quito, Ecuador: Latinreco S.A., 1990.
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ANEXOS
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ANEXO A COMPOSICIÓN QUIMICA DE LA QUINUA CON OTROS CEREALES
Tabla 28: Valor nutricional de la quinua comparado con otros cereales1.
Nutrientes/100g Quinua Trigo Arroz Maíz
Valor energético Kcal 350,00 305,00 353,00 338.00
Proteínas g 14,61 11,50 7,40 9,20
Grasa g 5,59 2,00 2,20 3,80
Hidratos de Carbono g 60,95 59,40 74,60 65,20
Água g 12,00 13,20 13,10 12,50
Tabla 29: Tabla de contenido de aminoácidos en g/10Kg de proteínas2
Variedad Trigo Cebada Avena Maíz Quinua
Isoleucina 32 32 24 32 68
Leucina 60 63 68 103 104
Lisina 15 24 35 27 79
Fenilalanina 34 37 35 33 59
Tirosina 16 17 16 14 41
Cistina 26 28 45 31 Trazas
Metionina 10 13 14 16 18
Treonina 27 32 36 39 40
Triptófano 6 11 10 5 16
Valina 37 46 50 49 76
Proteína Bruta (%) 14.40
1 Quinua el Grano de los Andes. Comité de Ex portación de Quinua. La Paz-Boliv ia 2 Tapia Mario. La quinua y la Kañiw ua. Cultiv os Arandinos.
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ANEXO B
ANÁLISIS QUÍMICOS Y MICROBIOLOGICOS. Determinación de proteína por el método Kjeldahl AOAC 2.057/1980
Se pesó1 gramo de la muestra en papel de filtro y se envolv ió en este papel. Se introdujo el conjunto en el matraz kjeldahl, se añadió 2 gramos de sulfato de cobre, 10 gramos de sulfato de sodio anhidro, 25 mL de ácido sulfúrico concentrado y algunas perlas de v idrio para ev itar proyecciones durante el calentamiento. Se calentó la masa al principio suavemente, después a 100°C. Se puso en marcha la bomba extractora de gases, se dejó ox idar la masa por una hora aprox imadamente. El color de la masa puede pasar de negro a azul, a verde o quedar incoloro. La masa se dejó enfriar, se añadió 200mL de agua destilada y 6 gránulos de zinc metálico como catalizador. Se tapa el matraz con un tapón, se conecta convenientemente el equipo de Kjeldahl. Se adicionó NaOH a la masa hasta que formó un precipitado de color negro. Se calentó la masa y dejó herv ir. Se destiló hasta pasar todo el amoniaco, es decir hasta que quedó aprox imadamente 300 mL. El color del destilado debe ser amarillo. Se toma una gota de destilado y se coloca esta sobre papel tornasol rojo. Esto se hace para constatar si todo el amoniaco ha pasado. Si el papel no cambia de color, se termina la destilación. Se tituló con una solución de ácido clorhídrico 0.1 N, el destilado es amarillo. La titulación termina en el momento en que el color cambió a rojo. Conociendo la cantidad de ácido clorhídrico utilizada en la titulación se puede calcular el porcentaje de nitrógeno mediante la siguiente fórmula:
100*1000
**% ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
CBANITRÓGENO
Donde: A: Cantidad ml de ácido clorhídrico usada en la titulación. B: Normalidad del ácido clorhídrico, o sea, 0.1 N. C: Peso equivalente del nitrógeno, o sea 14. Si se multiplica este porcentaje por el factor correspondiente, se obtendrá el contenido proteico. Determinación de extracto etéreo AOAC 7.060/84. 920.39/90
Pesar cuantitativamente la muestra seca reservada en la determinación de humedad a un dedal de papel o a un trozo suficientemente grande de papel filtro. Encerrar el material colocando un poco de algodón desengrasado en la boca del dedal de extracción o empaquetamiento cuidadosamente con papel del filtro. Extraer con éter de petróleo de punto de ebullición 40-60°C, en un aparato soxhlet, goldfish u otro apropiado, cuyo recipiente haya sido prev iamente tarado, durante el tiempo suficiente o hasta que por media hora no se vea
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coloreado el disolvente que circula. Recuperar la mayor cantidad de disolvente por destilación y secar el extracto 30 minutos a 60°C enfriar y pesar.
100*%MUESTRAPESO
ETÉREOEXTRACTOPESOETÉREOEXTRACTO =
Determinación de humedad AOAC 7.003/84, 930.15/90 ADAPTADO
Se pesa exactamente una muestra de 1 a 2 gramos, se pasa a una cápsula de porcelana prev iamente tarada. Se calienta a 95-100°C en una estufa si el laboratorio se halla a nivel del mar o 90°C a presiones atmosféricas menores, o al vació a 70°C durante tiempo suficiente para lograr peso constante. Se enfría en desecador y se pesa.
100*.
%MUESTRADEPESO
PESODEPERDIDAHUMEDAD =
Determinación de cenizas AOAC 7.009/84, 942.05/09 ADAPTADO
Pesar exactamente 2 gramos de muestra en un crisol de porcelana prev iamente tarado colocar en una mufla y calcinar al rojo oscuro (500-550 ºC) mantenido en esta temperatura durante dos horas. Transferir el crisol directamente al desecador, dejar enfriar y pesar.
100*MUESTRA PESO
RESIDUO DE PESO CENIZAS % =
Determinación de fibra OCE 83/24-1973
Se peso 2 gramos de muestra seca en el recipiente de digestión. Se añadió 100 ml de H2SO4 al 1.25% hirv iendo mas 5 gotas de alcohol isoamílico, se conecto inmediatamente al condensador para calentar manteniendo la ebullición durante 30 minutos exactos. Luego se retiro del calor y se filtro inmediatamente a través del papel de filtro y con ayuda de vacío. Se lavo con agua caliente hasta el fin de la acidez. Se transfirió de nuevo el residuo al recipiente de digestión con ayuda de una espátula y lavando con 100 mL de NaOH al 1.25% , se añadió unas gotas de antiespumante, de nuevo se llevo a ebullición durante 30 minutos exactos terminaos los 30 minutos se filtro a través de papel cuantitativo secado y pesado, el cual se coloco en una cápsula de porcelana prev iamente pesada y secada que posteriormente fue llevada a la estufa por 4 horas y finalmente se dejo enfriar hasta peso constante, y se peso. Calculó (BERNAL, I 1998)
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021
100%P
PPFIBRA
−=
P0= Peso inicial de la muestra P1= Peso del crisol conteniendo la muestra desecada P2= Peso del crisol conteniendo la muestra calcinada
Recuento de coliformes totales y Fecales. Decreto 2105 de 1983 de Ministerio de
Salud y Test de Mac-Kenzie Preparar las diluciones de los homogenizados , transferir por duplicado alícuotas de 1 ml de cada una de las diluciones en cajas de petri estériles prev iamente marcadas , inmediatamente verter en las cajas de 10 -15ml de agar plate count fundido y mantenido a 45-50º inmediatamente mezclar el inoculo en el medio fundido , la manera más indicada de realizar la operación es moviendo la caja de arriba hacia abajo cinco veces , rotando la caja cinco veces en el sentido de las agujas del reloj , moviendo la caja cinco veces haciendo ángulo recto sobre el primer movimiento , rotando la caja en contra de las agujas de reloj cinco veces, verter en cajas de petri , medio y diluyente sin inocular como control de esterilidad, dejar solidificar el agar. Invertir las cajas e incubar a 37º durante 51 horas. Recuento de aerobios mesófilos. Decreto 192 del Ministerio de Salud
Preparar la muestra y las diluciones de los homogenizados tal como se ha recomendado, pipetear 1 ml de cada una de las diluciones en tubos de caldo lactosado bilis verde brillante al 2% utilizando tres tubos por dilución, incubar los tubos a 35º por 24 a 48 horas.
Pasadas las 24 horas anotar los tubos que muestren producción de gas, volver a la estufa los tubos de gas negativos, para su incubación durante 24 horas adicionales .Pasadas las 48 horas anotar los tubos que muestren producción de gas, volver a los tubos negativos, para su incubación durante 24 horas adicionales, pasadas las 48 horas anotar los tubos que muestren producción de gas que se observa por el desplazamiento del tubo de Durham (KIRK, R. 1996).
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UNIVERSIDAD
NACIONAL DE COLOMBIA Sede Bogotá
Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos Laboratorio de Control de Calidad Microbiológico
LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD
REPORTE DE ANÁLISIS
No.326 Entidad: OSCAR JAVIER QUITIAQUEZ Fecha de Recibo: 12/05/05 Solicitado por: OSCAR JAVIER QUITIAQUEZ Fecha de Entrega: 13/05/05 C.C.5.212.962 de Aldana. Dirección: Clle 23 # 7-61 apto 301 Teléfono: 2 83 54 79
IDENTIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS: No. Muestra Cantidad Identificación Análisis solicitados 138 1 Bebida instantánea a Base Rto. Mesófilos De Quinua. N.M.P Coliformes
(Totales y Fecales) Valor total de los análisis $ 49.600°° Recibo No 3151
RESULTADOS N.M.P. Coliformes ufc/gr <3 N.M.P. Coliformes Fecales ufc/gr <3 Rto. Mesófilos Aerobios ufc/gr 23x10'
ISAÍAS DÍAZ FORERO
Director
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS – ICTA- tels: 3165300-3165000 Ex t 19209/19213 E-mail: [email protected]
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ANEXO C
METODO NORMAL DESAPONIFICACIÓN1 La quinua se lava durante 30 minutos, con un total de 15 litros de agua a 70°C por cada kilogramo de quinua. La operación se distribuye en 10 etapas parciales que tienen las siguientes secuencias:
1. Mezcla de 1 kilogramo de quinua con 1.5 litros de agua (1:1.5) a 70°C 2. Agitación durante 3 minutos. 3. Escurrido de agua con saponina durante 30 segundos. 4. Reiniciación de una nueva etapa.
Después de la décima etapa la quinua se escurre durante un minuto se seca en una estufa a 60°C con ventilación forzada. MÉTODO CUANTIFICACIÓN DE SAPONINAS
El método descrito a continuación se denomina método normal o rápido introducido por M.J. Koziol (1990). El método consiste en someter los granos de quinua a agitación, la saponina tiene activ idad espumante, y la altura de la espuma es la que se cuantifica para estimar el contenido de saponina notificada en porcentaje en peso. El método sólo es aplicable para alturas de columna de espuma menores a 3cm. Método normal 1. Colocar 0,50 ± 0,02 g de granos enteros de quinua en un tubo de ensayo. 2. añadir 5,0 ml de agua destilada y tapar el tubo. Poner en marcha el cronómetro y sacudir
v igorosamente el tubo durante 30 segundos. 3. dejas el tubo en reposo durante 30 minutos, luego sacudir otra vez durante 20 segundos. 4. dejar en reposo durante 30 minutos más, luego sacudir otra vez durante 30 segundos. Dar
al tubo una última sacudida fuerte, igual a las sacudidas que se usan con termómetros orales.
5. dejar el tubo en reposo 5 minutos, luego medir la altura de la espuma al 0,1 cm más cercano.
Mg saponinas / g peso fresco = 0,646 x (altura de espuma en cm) – 0,104 (Peso de muestra en g) % saponinas = 0,646 x (altura de espuma en cm) – 0,104 (Peso de muestra en g) * (10)
1 ROMERO J. Arturo. Influencia de la ex pansión y tex turización de la quinua sobre su v alor nutritivo y aceptabilidad. Univ ersidad Nacional de Colombia, p. 33. 1978.
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ANEXO D PREPARACIÓN DE MUESTRAS PARA EXTRUSIÓN
Se fija una cantidad de materia prima para la muestra que permita una corrida adecuada por el extrusor, con un duplicado para asegurar la confiabilidad de los resultados. Se seleccionan dos temperaturas y dos niveles de humedad. Se aseguran las posibles combinaciones de acuerdo al análisis estadístico, de la siguiente manera. Los niveles de humedad seleccionados son 12% , 16, 18 y 25% Los niveles de temperatura seleccionados son 90, 100, 120 y 130°C Se pesan 32 muestras de 1 kilogramo cada una en recipientes plásticos; esto incluye los duplicados. Cuatro muestras se acondicionan para estabilizar los niveles de humedad respectivos, por ejemplo ocho (8) muestras reestabilizan a 12% de humedad y así sucesivamente Muestras a humedad del 16% La muestra prev iamente molida tiene un contenido de humedad de 8.23 % Sólidos secos = 1000g (1 – 0.0823) = 917.7g A la humedad requerida los sólidos secos corresponden al 85% . Y se calcula el contenido de agua total. Contenido de agua (16% ) = 917.7g (16% )/85% = 161.95 gramos Peso de agua agregado = 161.95g – 1000g (0.0823) = 79.65 gramos.
A las cuatro muestras (M) se agregan 79.65 gramos de agua, se homogeneiza mediante mezclado y se tamiza para ev itar grumos. Las muestras se protegen con plástico y se dejan en reposo en cuarto frió durante un día para distribuir y estabilizar la humedad. El mismo procedimiento se utiliza obtener cuatro muestras con humedad del 20%
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ANEXO E UNIVERSIDAD NACIOANL DE COLOMBIA
SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE AGRONOMÍA INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
ANÁLISIS SENSORIAL BEBIDA SABORIZADA
05 de may o de 2005 Por fav or ev alúe las siguientes muestras según el sabor otorgando el puntaje apropiado a su criterio Sabor 6-7: Agradable, suav e característico. 3-5: Muy dulce, fuerte, amargo. 0-2: Insípido, artificial.
Muestras Factor evaluado 862 731 594 412
Sabor Gracias
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ANEXO F
UNIVERSIDAD NACIOANL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE AGRONOMÍA
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
ANÁLISIS SENSORIAL BEBIDA INSTANTANEA A BASE DE QUINUA 11 de may o de 2005
Factor de Calidad Puntaje Máximo Apariencia 5 Color 3 Sabor 6 Tex tura 6 TOTAL 20 PORCENTAJE 100%
Por fav or ev alúe las muestras según el factor de calidad, los puntajes se muestran a continuación.
Apariencia 4-5: Agradable, aspecto uniforme, tamaño de grano uniforme.
2-3: Moderadamente agradable, poca uniformidad. 0-1: Desagradable, húmedo, no hay uniformidad de tamaño.
Color 3: Café, característico. 0-2: No uniforme, con manchas. Sabor 5-6: Agradable, suav e característico. 3-4: Insípido, artificial. 0-2: Crudo, v iejo, amargo o picante. Textura 5-6: Firme uniforme 3-4: Gomosa pegajosa 0-2: Arenosa, blanda.
Muestras Factor evaluado 870 753 561 435
Apariencia Color Sabor Textura
![Aluminio Al Producto formato: Extruído Características ... · ... EN AW-1070A [AI 99,7] Barra extruida Estado de tratamiento ... [AI CU4 SI MG] Barra extruida Estado de tratamiento](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5bcb181409d3f2fd298d629d/aluminio-al-producto-formato-extruido-caracteristicas-en-aw-1070a.jpg)
