FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Efecto de temperatura de secado por convección sobre valor nutricional y propiedades funcionales en harina de mashua (Trupaeolum tuberosum).
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL AUTOR Betty Alicia Ysla Castro
ASESOR ESPECIALISTA Ing. MSc. María Elena León Marrou ASESOR METODOLÓGICO Ing. MSc. Barraza Jáuregui Gabriela del Carmen TRUJILLO - PERÚ 2012
Efecto de temperatura de secado por convección sobre valor nutricional y propiedades funcionales en harina de mashua (Trupaeolum tuberosum). JURADO EVALUADOR
Ing. MSc. Barraza Jáuregui Gabriela del Carmen Presidente
Ing. MSc. Juan Carlos Caballero Palacios
Ing. MSc. María Elena León Marrou
Secretario
Vocal
TRUJILLO – PERÚ 2012
DEDICATORIA
A Dios por darme salud
A mis padres Priscila y Pedro, por estar siempre junto a mí apoyándome en todo momento, y sin el apoyo de ellos no hubiera logrado nada.
A mis abuelos Fernando y Alicia por ser mis guías en mi formación tanto personal como profesional.
A mi amigo y compañero Johanesbert Grados por enseñarme a comprender, esforzarme aun más ; a nunca rendirme y luchar por mis sueños.
A mis tíos Ruth, Rosmery y Fernando que con cariño y comprensión me enseñaron a valorar y ser cada día mejor.
Betty Alicia Ysla Castro
iii
AGRADECIMIENTO
A la Ing. Ms. María Elena León Marrou asesora y directora
de la Facultad de
Ingeniería Agroindustrial, por su constante asesoría y la dedicación que me prestó durante el desarrollo de la tesis.
A la Ing. Ms. Sc. Barraza Jáuregui Gabriela del Carmen por que con su experiencia me guio y corrigió mis errores para mejorarlos.
A mis padres por brindarme los medios necesarios para realizar y completar mis metas.
A mi amigo y compañero Jonanesbert Grados por su apoyo y sus conocimientos que me brindo para corregir y mejorar mi tesis.
Al personal del Laboratorio de Química de la Facultad de Ingeniería Química que me dieron todas las facilidades para llevar a cabo la parte experimental en sus instalaciones.
Betty Alicia Ysla Castro
iv
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ............................................................................................................ iii AGRADECIMIENTO .................................................................................................... iv RESUMEN ................................................................................................................ viii ABSTRACT ................................................................................................................. ix 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 1 1.1.
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................ 2
1.1.1.
Realidad problemática ............................................................................. 2
1.1.2.
Formulación del problema ....................................................................... 4
1.1.3.
Justificación ............................................................................................. 4
1.1.4.
Antecedentes ........................................................................................... 5
1.1.5.
Objetivos .................................................................................................. 8
1.1.5.1.
General................................................................................................. 8
1.1.5.2.
Especifico ............................................................................................. 8
1.2.
MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 9
1.2.1.
Marco teórico. .......................................................................................... 9
1.2.1.1.
Mashua................................................................................................. 9
1.2.1.1.1.
Aspectos Generales: ......................................................................... 9
1.2.1.1.2.
Origen de la Mashua ...................................................................... 10
1.2.1.1.3.
Taxonomía de la planta de mashua ................................................ 10
1.2.1.1.4.
Descripción botánica ....................................................................... 11
1.2.1.1.5.
Morfología de la Planta de Mashua ................................................. 11
1.2.1.1.6.
Ecología y adaptación de la mashua .............................................. 12
v
1.2.1.1.7.
Caracterización de la colección de Mashua .................................... 13
1.2.1.1.8.
Composición Química y Valor Nutritivo: .......................................... 13
1.2.1.1.9.
Aplicaciones en la agroindustria. ..................................................... 14
1.2.1.2.
Harinas ............................................................................................... 16
1.2.1.2.1.
Procesamiento de raíces y tubérculos ........................................... 16
1.2.1.2.2.
Obtención de harina de raíces y tubérculos .................................... 18
1.2.1.2.3.
Normas de Calidad para la Harina .................................................. 20
1.2.1.3.
PROCESO DE SECADO ................................................................... 21
1.2.1.3.1.
El Secado ....................................................................................... 21
1.2.1.3.2.
Teoría De Secado ........................................................................... 23
1.2.1.3.3.
SECADO POR CONVECCION ....................................................... 26
1.2.1.3.4.
Propiedades Funcionales ................................................................ 33
1.2.1.3.4.1. Capacidad de retención de agua (CRA) ......................................... 33 1.2.1.3.4.2. Capacidad de retención de aceite (CRa) ........................................ 34 1.2.1.3.4.3. Capacidad de hinchamiento (CH) ................................................... 34 1.2.2.
Marco Conceptual.................................................................................. 35
1.2.2.1.
Temperatura de secado: .................................................................... 35
1.2.2.2.
Contenido de humedad en base húmeda:.......................................... 35
1.2.2.3.
Contenido de humedad en base seca: ............................................... 35
1.2.2.4.
Humedad libre: ................................................................................... 35
2. MARCO METODOLÓGICO............................................................................. 36 2.1.
Hipótesis ................................................................................................... 36
2.2.
Variables ................................................................................................... 37
2.2.1. 2.2.1.1.
Definición conceptual............................................................................. 37 Característica composicional.............................................................. 37
vi
2.2.2.
Definición operacional ........................................................................... 37
2.2.2.5.
Valor nutricional (AOAC, 1995) ......................................................... 38
2.3.
Metodología .............................................................................................. 39
2.4.
Población y muestra ................................................................................. 39
2.5.
Método de investigación ........................................................................... 39
2.6.
Técnicas de recolección de datos ............................................................. 40
2.6.1.
Descripción del proceso ........................................................................ 40
2.6.2.
Análisis composicional........................................................................... 42
2.7.
Métodos de análisis de datos.................................................................... 42
2.7.1.
Desviación estándar (DS) ...................................................................... 42
2.7.2.
Análisis de Varianza (ANVA) ................................................................. 43
3. RESULTADOS ................................................................................................ 44 4. DISCUSIÓN..................................................................................................... 46 5. CONCLUSIONES ............................................................................................ 49 6. SUGERENCIAS .............................................................................................. 50 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ............................................................... 51 8. ANEXOS ......................................................................................................... 61 ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1: Modelo de aplicación del análisis de varianza (ANVA) ...................... 43 Cuadro 2. Valor nutricional expresado en porcentaje de harina de mashua a tres temperaturas diferentes. ..................................................................................... 44 Cuadro 3. Propiedades Funcionales de harina de mashua a tres temperaturas diferente. ............................................................................................................. 44 Cuadro 4. Prueba de ANVA para composición nutricional.................................. 45 Cuadro 5. Prueba de ANVA para propiedades funcionales ................................ 45
vii
RESUMEN
El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de temperatura de secado por convección sobre valor nutricional y propiedades funcionales en harina de mashua (Trupaeolum tuberosum). A las harinas obtenidas se les evaluó la variación de las propiedades nutricionales como determinación de porcentaje de humedad por método gravimétrico, determinación de porcentaje de grasa por método hidrólisis ácido –soxhlet, determinación de porcentaje de proteína por método kjeldhal digestión,
determinación
de
porcentaje
de
fibra
por
método
gravimétrico,
determinación de porcentaje de cenizas por método gravimétrico todas las ya mencionadas validadas por (AOAC, 1995), y determinación de porcentaje de carbohidratos por diferencia. Asimismo para estas harinas se les evaluó también la variación entre porcentajes de propiedades funcionales como capacidad de retención de agua (CRA), capacidad de retención de aceite (CRa) y capacidad de hinchamiento (CH).
Los resultados revelaron que al aplicar las temperaturas de secado por convección de 50 °C, 60 °C y 70 °C no demostraron influencia significativa sobre las propiedades nutricionales de %humedad, % grasas, % carbohidratos, % proteínas, % cenizas y %fibra; a diferencia del efecto sobre las propiedades funcionales de capacidad de retención de agua (CRA), capacidad de retención de aceite (CRa) y capacidad de hinchamiento (CH), en donde si se observó influencia significativa.
viii
ABSTRACT
The objective of this study was to evaluate the effect of convection drying temperature on nutritional and functional properties of Mashua flour (Trupaeolum tuberosum). The obtained types of flour were evaluated with regards to moisture determination percentage using gravimetric determination, fat percentage through the acid hydrolysis-soxhlet method, percentage of protein using Kjeldahl digestion method, percentage of fiber by gravimetric determination of ash percentage by gravimetric method already mentioned above; all of them validated by (AOAC, 1995), and percentage of
carbohydrates by difference. Furthermore, Variation between
functional properties as percentages of water retention capacity (WRC), oil holding capacity (OHC) and swelling capacity (SC) were also evaluated.
The results showed that when convection drying temperatures were applied to 50 ° C, 60 ° C and 70 ° C ; there was not significant influence over the nutritional properties of Moisture, Fat, Carbohydrate, protein and fiber ash percentage, unlike the effect on the functional properties of water holding capacity (WHC), oil holding capacity (WHC) and swelling capacity (CH), where significant influence was observed.
ix
1. INTRODUCCIÓN
El aprovechamiento de los cultivos nativos de interés agroalimentarios es un tema de investigación actual, por el valor nutricional con el que cuentan cada uno de ellos, sin embargo estos no son consumidos por una falta de difusión. Actualmente muchos de estos cultivos son considerados alimentos funcionales, porque no solo nutren al ser humano si no al ser consumidos cumplen funciones específicas como prevenir enfermedades. Es de suma importancia llevarlos a la industria, darles un valor agregado, logrando así contribuir a
una mejor
alimentación y disminuir el índice de desnutrición.
La mashua (Tropaeolum Tuberosum) es uno de los tubérculos andinos, nativos de nuestro país de menor consumo nacional, los niveles de producción de este cultivo en la ciudad de Cajamarca son de 800 a 1000 Ha en comparación con otros tubérculos como la papa que asciende a más de 2 500 Ha.
Debido a la escasa demanda que existe por desconocimiento de su valor nutricional y su aporte en la seguridad alimentaria en la industria no existe actualmente trabajos previos en los cuales se industrializa la mashua para consumo humano directo, pues solo se comercializa como tubérculo, algunos investigadores mencionan que es utilizado en la preparación
de formulas
alimenticias para animales como “Harina de mashua en dietas de engorde para pollos” del autor Viscaino (2010).
Por tal razón, el presente proyecto tiene como objetivo determinar los efectos que causa la temperatura y el secado por convección en la composición nutricional, índice de solubilidad y absorción de agua en la harina de mashua (Tropaeolum tuberosum) para poder de esta manera sugerir la industrialización de la harina de mashua basándonos en su importancia nutricional.
1
1.1.
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1.1. Realidad problemática La mashua es una planta originaria de los Andes centrales, probablemente en las mismas zonas donde se originó la papa. En el Perú ha sido cultivada desde épocas preincaicas. Es un tubérculo que crece en forma silvestre o cultivada en los Andes del Perú entre los 3.500 y 4.100 m.s.n.m. y que, desde épocas ancestrales, es empleada en la región andina para prevenir dolencias del ser humano como: renales, problemas de la próstata, enfermedades del hígado y úlceras de la piel (Castillo, 2007).
La zona de la Sierra Central es una de las áreas que concentra parte de la gran diversidad biológica que alberga el ecosistema de montaña andino, destacando en especial su agro biodiversidad. Sin embargo, uno de los mayores problemas por los que atraviesan tanto los ecosistemas naturales como los agro ecosistemas -con sus cultivos nativos, variedades y parientes silvestres- es la amenaza del proceso de desertificación en franco avance, debido principalmente a una falta de armonía entre las actividades humanas y su entorno natural, lo que se expresa en la carencia de una estrategia adecuada de gestión de los recursos naturales (Campos, 2007).
Otro de los problemas significativos de los ecosistemas, plantas y animales nativos, tanto silvestres como cultivados o domesticados, en esta región andina central es la atención puesta en recursos exóticos, que en la mayoría de los casos demandan importantes cantidades de insumos externos, es decir, de altos subsidios energéticos y económicos, cuyo rendimiento frecuentemente se restringe al corto plazo. Frente a esto, existe la necesidad de volver a poner los ojos sobre la diversidad biológica nativa, tanto natural como cultivada o domesticada, e impulsar el aprovechamiento racional de sus múltiples beneficios (alimentario, medicinal, biocida, etc.), siendo hoy en día exclusivo de las comunidades campesinas, de las que es imprescindible rescatar conocimientos,
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tecnologías y prácticas tradicionales para garantizar un uso sostenido de las diversidades (Valle, 2006).
Algunas variedades de mashua o isaño pueden contener apreciables cantidades de carotenos (vitamina A) y su contenido de vitamina C (77 mg en 100 g de materia fresca comestible) es casi cuatro veces la cantidad de esta vitamina encontrada en la papa. La mashua es además interesante por su aporte en nutrientes funcionales. Diversos investigadores se han interesado en los glucosinolatos que tienen efectos beneficiosos sobre el sistema inmunológico (podrían proteger contra el cáncer) y pueden tener efectos perjudiciales sobre el sistema nervioso cuando se consumen grandes cantidades (Ramallo, 2004).
Los nutrientes son muy importantes para salud y el desarrollo físico y mental y están directamente relacionados con la cantidad y calidad de la dieta, condicionados por el acceso y la disponibilidad de los alimentos. Estos deben proveer los nutrientes necesarios para el mantenimiento del organismo, el trabajo, el crecimiento, la reproducción y la lactancia (MINSA, 2009).
ENDSA (1998) realizó un estudio
sobre el estado nutricional de los niños
menores de cinco años reportando que las prevalencias de
retardo de
crecimiento y la insuficiencia ponderal (peso/edad) se situaron en 27% y 8% respectivamente. No solo los menores de edad presentan estas deficiencias si no también adultos con falta de vitaminas, hierro entre otros. De lo anteriormente expuesto el presente trabajo de investigación busca reconocer el valor nutricional de este cultivo andino evaluando diferentes temperaturas y tiempos de secado por convección en la obtención de harina de mashua teniendo como objetivo determinar cuál tratamiento tecnológico es el que mejor preserva sus características nutricionales que permita comercializarlo a nivel nacional y aprovechar todas las bondades nutricionales que ofrece este tubérculo olvidado subutilizado.
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1.1.2. Formulación del problema
¿Cuál será el efecto de la temperatura de secado por convección, sobre el valor nutricional y propiedades funcionales en harina de mashua (Tropaeolum tuberosum)?
1.1.3. Justificación
Las principales características de los tubérculos andinos son: la adaptabilidad que presentan a los distintos pisos altitudinales de la región andina y, su alto valor alimenticio por ser una fuente de aminoácidos y elementos como la vitamina C. CONDENSAN (2006) menciona que se están realizando estudios para aprovechar mejor estos cultivos alimenticios andinos y promover el desarrollo de productos transformados con oportunidades de mercado. Ya existen iniciativas de uso de estos tubérculos como es el caso de la oca (hojuelas deshidratadas), el isaño (componente de alimentos para cerdos, uso farmacológico) y las papas nativas como producto de consumo exótico para la exportación. Para que los productos transformados sean competitivos se requiere calidad y precios aceptables en los mercados. Es necesario buscar el abastecimiento del producto a precios competitivos mediante técnicas de producción eficientes con los productores.
MICEYT (2008), la mashua es un producto con alto nivel nutricional y que se puede aprovechar las preferencias de consumo de personas en España deseosos por consumir productos agrícolas que comprueben un alto nivel nutricional, por sobre todo que sean naturales es decir sin la presencia químicos perjudiciales para la salud humana. Este último detalle, se ha venido convirtiendo en un denominador común en productos que son apreciados por mercados extranjeros como los de España, Estados Unidos, etc. La mashua como harina o como tubérculo deshidratado es una alternativa para conservar la producción de los agricultores andinos. Se calcula que cerca del
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40% de las cosechas se arruinan por las condiciones climáticas o por pérdidas durante el transporte. Tradicionalmente, el tubérculo con algún tipo de maltrato se empleaba para elaborar productos como purés. Aún son pocas las empresas que han encontrado en la deshidratación del producto una forma de recuperar parte de las mermas y una posibilidad de ofrecer nuevos alternativas de consumo. (Quezada, 2007). De lo anteriormente expuesto el presente trabajo de investigación tiene por objeto proporcionar un valor agregado a este tubérculo andino a fin de evitar pérdidas post- cosecha que afecta económicamente a los pequeños productores y además permitir la comercialización a gran escala de un producto nativo con un alto potencial nutricional y funcional.
1.1.4. Antecedentes
Asitimbay et al., (2010) evaluaron
el poder nutricional de tres alimentos
alternativos a base de la mashua: Galletas, helados y mermelada y se determinó que el potencial nutritivo para la elaboración de estos productos fue la siguiente: 34% de humedad, proteínas 4.6%, cenizas 4.1%, fibra 2.9%, 1.02% extracto etéreo, promedio en las Galleta. En los helados: es del 64% de humedad, proteínas 4.5%, cenizas 1.5 %, fibra 9 %, 17,5 % extracto etéreo; En la mermelada se reportó 3.2 % humedad, proteínas 3.2 %, cenizas 1.5 %, fibra 1.5 %, 0 % extracto etéreo.
Viscaino (2010) evaluó el valor químico y nutricional de la harina de mashua (Tropaeolum Tuberosum) en dietas de pollos de engorde, y se establecieron como objetivos específicos: caracterizar química y nutricionalmente a la materia prima, determinar el efecto de la harina de mashua sobre los parámetros productivos (ganancia de peso, consumo, mortalidad, conversión alimenticia), y un análisis económico mediante el método de presupuestos parciales. Los análisis químicos y nutricionales arrojaron resultados favorables para el uso de harina de mashua en sustitución de maíz en dietas para pollos de engorde,
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debido a que el valor de energía metabolizable (3264,60 kcal/kg) y proteína (7,46%), fueron similares a (3 250 kcal/kg) y (7,10%) respectivamente del maíz.
Las dietas fueron formuladas para contener 0; 7,5; 15; 22,5 y 30% de harina de mashua en reemplazo de maíz. Se utilizaron 300 pollos de engorde distribuidos al azar a 5 tratamientos. Se evaluaron parámetros productivos monitoreados semanalmente. El nivel satisfactorio utilizado en esta investigación fue de 7,5 a 15% en reemplazo de maíz. El aumento en los porcentajes de inclusión va afectando el rendimiento en la ganancia de peso y conversión alimenticia en pollos de engorde. Por lo tanto ha sido recomendable hasta 15% de inclusión. Está influencia negativa se asocia a la acción de algún factor anti nutricional que afecta al normal crecimiento de las aves. El análisis económico determinó al tratamiento control como el mejor, ya que presentó los menores costos que varían (59,04 USD) y con el mayor beneficio neto (3,05 USD). Se tomó valores referenciales experimentales para la mashua fresca.
Huamani et al., (2007) analizaron los componentes de la crema a base de mashua y para ver cuáles eran las potencialidades que tenía como por ejemplo beneficios contra los cálculos renales, infecciones, desinflamaciones
y se
determinó que el medio salino MS + 2 mg/L (ANA o 2,4-D) + 0.5 mg/L (BAP) fue el más efectivo para lograr una buena inducción de desinflamaciones. Y es que se da esto por la inducción de desinflamantes es dependiente tanto de auxina como de citoquinina, ya que no se logró inducción en los tratamientos sin citoquininas y en los tratamientos control. Ambas formas son las que inducen a una buena desinflamación, siendo estos los segmentos internos y lo recomienda a la OMS.
Guillen et al., (2007) compararon las dos muestras frescas, de mashua una con cascara para la cual utilizaremos las siglas MACC la otra sin cascara MASC y observó que la mashua sin cascara tiene (Capacidad Antioxidante IC. de 50=11,8 mg/mL) mostró una Capacidad Antioxidante 50 Ligeramente mayor que la
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mashua con cascara (IC50=11,5 mg/mL). Por otro lado, encontró que la MASC-10 (IC50=11,3 mg/mL) presentó un IC50 algo mayor que la MACC-10 (IC50=10,4 mg/ mL); la misma tendencia se presentó con la MASC- 20 (IC50=11,2 mg/ml) y la MACC-20 (IC50=10,1 mg/mL), así como, con la MASC-30 (IC50=11,2 mg/mL) y la MACC-30 (IC50=10,8 mg/mL). No existió diferencia estadísticamente significativa en el IC50 de la MASC y MACC tratadas al calor. Tampoco existió diferencia estadísticamente significativa en el IC50 de las muestras tratadas al calor y las muestras en estado fresco. Por lo que concluye que la capacidad antioxidante de la mashua amarilla con y sin cáscara es semejante y nos dice que el calor no influye en la capacidad antioxidante de la mashua amarilla con y sin cáscara.
León y Villacorta (2007) realizaron un estudio de la composición química y el valor nutricional de pan fortificado con hierro, elaborado en Perú, con sustitución parcial de harina de trigo en un 40 % por una masa de consistencia pastosa de raíces de Arracacha, un cultivo andino sub explotado por la aplicación de tecnologías empíricas y desplazado por patrones de consumo foráneo. Se describen brevemente aspectos tecnológicos de la elaboración del pan. El pan fortificado presenta contenidos de proteína 8,32 %; grasa 10,11 % y carbohidratos 55,13 % con un valor energético de 344,79 kcal/100 g; aporta principalmente K (77,05 mg/100 g), Fe (> 5 mg/100 g), P (19,87 mg/100 g), Ca (19,29 mg/100 g) y Mg (11,93 mg/100 g), entre otros y vitaminas A (28,52 UI) y C (10,75 UI), estando presentes en menor cuantía las vitaminas E y del complejo B. Para los elementos y vitaminas, el pan satisface parte de las cantidades diarias recomendadas y en ninguno de los casos los niveles de ingesta máximos tolerables son excedidos. Mellado et al., (2009) analizaron las harinas en proporción de 50/50 - 60/40 – 80/20 de cotiledón de semilla de espino con trigo y encontraron que los valores de proteína para las harinas que van desde 49,7 g/100g a 51,6 g/100g y un valor elevado de lípidos de alrededor de 16 g/100g. También encontró valores altos de fibra dietética entre un 31,4 % Y 38,8 %, los cuales corresponden principalmente
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a fibra dietética insoluble (FDI), lo que muestra que las harinas tendrían una mala relación de fibra dietética insoluble-soluble. En este estudio se determinaron valores de capacidad de retención de agua (CRA), índice de solubilidad en agua (ISA) e índice de absorción de agua (IAA) de 3 a 3,3 g/100g, 5,2 a 6,0 % Y 5,6 a 6,4 g/100g respectivamente, por lo cual las harinas presentan una buena capacidad para absorber y retener agua, y pocos componentes solubles. Los valores de actividad emulsionante (AE) fueron de 9,7 % a 14%, en donde el tratamiento que posee una menor AE es el que demostró una mayor estabilidad de la emulsión de 43,8 %. Para concentración mínima de gelificación se encontraron valores de 8 % a 14%, encontrándose que los geles formados eran pastosos y suaves. Además s se determinó que las harinas presentan dificultad para fluir, debido a que presentan tiempos de vaciado (TVa) elevados que van desde 14 a 99,7 segundos, lo que elevaría la velocidad de vaciado, encontrándose valores para ésta de 0,3 a 1,9 g/cm 2s. Las propiedades tecnológicas encontradas definen que estas harinas podrían usarse en panadería, así como para l a elaborar sopas, salsas y productos cárnicos.
1.1.5. Objetivos
1.1.5.1.
General
Evaluar el efecto de la temperatura de secado por convección sobre el valor nutricional y propiedades funcionales de una harina de mashua (Tropaeolum tuberosum).
1.1.5.2.
Especifico
Evaluar el efecto de diferentes temperaturas (50, 60, 70 ºC) de secado por convección en las propiedades nutricionales (humedad, proteínas, grasas, carbohidratos, cenizas y fibra) en la harina de mashua (Tropaeolum tuberosum).
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Evaluar el efecto de diferentes temperaturas (50º, 60º, 70º C) de secado por convección en las propiedades funcionales (capacidad de retención de agua, capacidad de retención de aceite y capacidad de hinchamiento) en la harina de mashua (Tropaeolum tuberosum).
1.2.
MARCO REFERENCIAL
1.2.1. Marco teórico
1.2.1.1.
Mashua
1.2.1.1.1. Aspectos Generales
La mashua es un planta tuberosa oriunda de los andes, domesticada en tiempos remotos en algún lugar entre Ecuador, Perú y Bolivia, donde aún se sigue consumiendo por ser altamente proteica. Es muy parecida al olluco, y con gran resistencia a las bajas temperatura que existen a los 4100 msnm que es su hábitat límite. Fue un alimento importante en la dieta de la cultura Wari, especialmente en niños y mujeres, Cuentan algunos cronistas que los soldados que iban a la guerra durante largos meses e incluso años, eran alimentados con mashua para mitigar su apetito sexual y olvidarse de las mujeres (MAAHP, 2007). La mashua está muy relacionada con la especie “Capuchina” o “Matuerzo” (Tropaelum majus) también de los andes como de su tierra nativa (Barrera et al; 2004).
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1.2.1.1.2. Origen de la mashua
En el Perú es cultivada en pequeña escala, entre los 3500 a 4100 msnm. Su distribución abarca desde Colombia hasta Argentina, siendo consumida mayormente en Ecuador, Perú y Bolivia (MAAHP, 2007).
La mashua es al aparecer originaria de los andes centrales (10-20° Lat. Sur). Es un cultivo de alta sierra, por ello, se le encuentra en Ecuador, Perú y Bolivia. Las colecciones de campo del Perú, mantenidas y evaluadas en Ayacucho, Cajamarca, Huancayo, Cuzco y Puno, sobrepasan las 300 accesiones. Muchas de ellas se mantienen in vitro en el laboratorio de biotecnología de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, en Lima (CIT, 2005)
La mashua un cultivo de alta sierra, aparentemente originaria de los andes centrales y se la encuentra en Ecuador, Perú y Bolivia (10 – 20° Lat. Sur). Es una planta cultivada desde la época prehispánica en los Andes y está representada en la cerámica de esos tiempos (CIP, 2009).
1.2.1.1.3. Taxonomía de la planta de mashua
Reino: Plantae
Filo: Angiosperma
Clase: Dicotiledonea
Subclase: Dicotyledoneae
Orden: Brassicales
Familia: Tropeoláceas
Género: Tropaeolum
Especie: T. Tuberosum
Nombre común: Mashua en Perú y Ecuador, isaño en sur de Perú y Bolivia.
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1.2.1.1.4. Descripción botánica La mashua es una planta anual, herbácea, glabra en todas sus partes, de crecimiento inicialmente erecto que luego varia a semipostrado y trepadora, ocasionalmente mediante los peciolos táctiles (Tapia, 1979; Arbizu y Tapia, 1992). Las hojas son alternas, brillantes en el haz y más claras en el envés, peltadas con entre tres y cinco lóbulos. Las flores de mashua son solitarias, zigomorfas que nacen en las axilas de las hojas. El fruto es un esquizocarpo. La semilla botánica es viable (Cárdenas, 1969; Sparre, 1973; Robles, 1981). Es una especie de fotoperiodo de días cortos 10 – 12 horas de luz para tuberizar, el periodo vegetativo es de 175-245 días que corresponden de 6 a 8 meses (Tapia, 1979). 1.2.1.1.5. Morfología de la planta de mashua
Tallos: La mashua es una planta herbácea erecta o semipostrada, de tallos cilíndricos y hábitos rastreros.
Hojas: Esta planta posee un follaje compacto, con hojas de
color verde
oscuro en el haz y más claras en el envés. Las hojas tienen lámina redondeada y el peciolo inserto en el centro.
Flores: La mashua posee flores solitarias de distintos colores que van desde el anaranjado hasta el rojo oscuro. El número de estambres varía de 8 a 13, y el tiempo que permanece abierta oscila entre 9 y 15 días.
Tubérculos: Los tubérculos que produce la mashua miden de 5 a 15 cm de largo, tienen forma cónica alargada, yemas profundas, y variados colores como el amarillo, blanco, rojizo, morado, gris y negro, con jaspes oscuros en la
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piel. El tubérculo posee una textura arenosa y contiene 15 % de proteínas, con alto porcentaje de carbohidratos y 80 % de agua. Debido a la presencia de isotiocianatos, que también se encuentran en la mostaza y los rabanitos, la mashua tiene un sabor acre y picante, pero que desaparece con la cocción volviéndose dulce (Perú Ecológico, 2007).
Las flores solitarias nacen en las axilas de las hojas. Los tubérculos tienen yemas alargadas y profundas, son de forma cónica o elipsoidal. La mashua, a diferencia de la oca y del olluco, tiende a formar gran cantidad de semillas viables. Según su coloración se pueden clasificar en: tubérculos de color uniforme generalmente blanco, amarillo o anaranjado; tubérculos con pigmentos de antocianina ubicados sólo en las yemas; tubérculos muy coloreados
en
las
yemas
con
antocianinas;
tubérculos
con
yemas
pigmentadas y con franjas longitudinales rojas o moradas (FAO, 2010). 1.2.1.1.6. Ecología y adaptación de la mashua
Entre las publicaciones, se reportan varios rangos de altitud y adaptación del cultivo, y los autores concuerdan entre 3000 y 4100 msnm (CIT,2006; Espon et al., 2004).
Prefiere suelos profundos y con buen contenido de materia orgánica; la fertilización se debe hacer preferentemente con abonos orgánicos y suplementada con una fertilización adicional de 20N-40P-20K, para obtener rendimientos superiores a los 15 t / ha.
Para la siembra se utilizan entre 900 a 1 300 kg de semilla por ha; se debe esperar a que las lluvias se hayan establecido, lo que ocurre entre octubre y principios de noviembre. La plántulas de mashua resisten bien el trasplante por lo que se pueden hacer almácigos que aseguran una buena uniformidad
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en el campo y evitar las sequías sobre todo en el período de germinación (FAO 2010).
Es una especie de fotoperiodo de días cortos 10-12 horas de luz para tuberizar, el período vegetativo es de 175-245 días (6-8 meses). Es tolerante a bajas temperaturas y al ataque de insectos y plagas. La mashua es muy rústica por ello puede cultivarse en suelos pobres, sin uso de fertilizantes y pesticidas, aún en estas condiciones, su rendimiento puede duplicar al de la papa. La asociación con olluco, oca y papas nativas se explicaría por los principios de control nematicida e insecticida que posee la planta. Requiere de suelos sueltos, de pH ligeramente ácido entre 5-6, aunque también se desarrolla entre pH 5.3-7.5 (CIT, 2005).
1.2.1.1.7. Caracterización de la colección de mashua
En el estudio desarrollado por Monteros (1996), se identifico la variabilidad genética existente en las 68 entradas de la mashua de Banco de Germoplasma del Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIAP), y se utilizaron descriptores morfológicos, agronómicos y el método de patrones electroforéticos de isoenzimas (Tapia et al., 2004).
Dentro de esta clasificación se encuentra la variedad de mashua que fue utilizada para el estudio (Tapia et al., 2004), además se incluye la descripción del grupo y su grupo con su respectiva Figura. 1 (Anexo 1)
1.2.1.1.8. Composición química y valor nutritivo
Debido a la variablidad del contenido de agua entre especies, 86% y 92%; Montaldo (1972) y Estrella (1986), es necesario expresar los valores en base a la materia seca, o presentar de manera simultánea el contenido de humedad. Espin et al., (2004). Es importante señalar que otros factores aparte
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de la variabilidad genética como son las prácticas culturales, el clima y el tipo de suelo, pueden influir en las características del material en estudio (Espín et al., 2004). (Anexo 2)
La mashua tiene un alto contenido de acido ascórbico (67 mg / 100 g en base fresca). El contenido de proteína puede variar de 6,9 % a 15,9 % en base seca (Johns et al., 1982).
La mashua tiene un contenido alto de almidón, un balance apropiado de aminoácidos esenciales y es rico en vitaminas C y B. Su valor nutritivo supera el de algunos cereales y el de la papa, alto contenido de proteínas, carbohidratos, fibras y calorías (Camacho, 2000), (Anexo 3)
En el Instituto Nacional de Salud (INS), Huancavelica - Perú, se realizó un estudio sobre la mashua, y 15 personas, estuvieron sometidas al consumo de este tubérculo durante un mes, demostrándose que la mashua es uno de los tubérculos que se pueden explotar su alto valor nutritivo, ya que tiene un alto contenido de proteínas, carbohidratos, fibras y calorías. La mashua, tiene una composición por 100 gramos de porción comestible proteína 1.5 g, carbohidratos 9.8 g, fibra 0.9 g, calcio 12 mg, fósforo 29 mg, hierro 1.0 mg, ácido ascórbico 77.5 mg. 1.2.1.1.9. Aplicaciones en la agroindustria
El principal componente de las Tropaeolaceas son los glucosinolatos, que pueden ser responsables para los usos medicinales de la especie (NRC, 1989). Las comunidades andinas creen que los tubérculos cocinados son especialmente buenos para las enfermedades del hígado y los riñones (Acosta y Solis, 1980).
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A pesar de su sabor amargo, su utilización es variada para la alimentación, como medicina y como planta ornamental (CIT, 2006).
La mashua tiene importancia para satisfacer la alimentación de los habitantes de menores recursos en zonas rurales marginales en los Andes altos. Se prepara en forma de sancochado, asado o como thayacha, consiste en exponer los tubérculos por una noche a los efectos de la helada. Al día siguiente se comen, acompañados de miel de chancaca (caña) (CIT, 2006).
En la alimentación humana se utiliza para la elaboración de: sopas, mermeladas, etc.; en la industria farmacéutica para producir antibióticos, se le atribuye propiedades curativas del hígado y riñones entre otros. A los tubérculos se les atribuye propiedades anafrodisiacas, se narra que los incas, la incluían en la alimentación de sus soldados, para que así ellos puedan tener la fuerza necesaria al consumirla (CIT, 2006).
Ancestralmente se la consumía cocida, sola o formando parte de locros. También se hacía chicha, que era utilizada como alimento y medicina (Estrella, 1986). En la ciudad de Cebadas – Chimborazo en Ecuador, les agrada mas consumirla como colada dulce, la variedad favorita es la “amarillo zapallo” (quillu zapallo), en la comunidad Maca, cerca de Saquisili en Quito, se utilizaba para fortalecer y hacer engordar a los niños que se veían o aparentaban la desnutrición, en el caserío de Pilahuin en Ecuador la colada de mashua es muy preciada, la mashua se endulza un día antes, se cocina, se licua se pone la leche y canela; en Salcedo cerca de Quito se hace colada, dejando asolear cuatro días, se cocina en varias aguas y se mezcla con panela, harina de cebada y canela (Espinoza et al., 1994).
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Los tubérculos y raíces andinos (RTAS) tienen un enorme potencial para contribuir
al
características
desarrollo
socioeconómico
agronómicas
y
de
bioquímicas
las son
áreas
rurales.
apropiadas
para
Sus la
transformación, proceso necesario para poder expandir su comercialización y mejorar su consumo (Villacrés et al., 2004).
La tendencia de producción, área y rendimiento, sugieren la oportunidad y la necesidad de diversificar el uso de estos cultivos mediante procesos sencillos de bajos costos orientados a: Incrementar el valor de las RTAS, Disminuir las perdidas post cosecha y utilizar los productos procesados fuera de la época de la cosecha, fomentar la integración de microempresarios familiares en la economía del mercado, incrementar el ingreso de los agricultores, impulsar la industria nacional a través de la demanda de equipos requeridos para el procesamiento y las actividades de conservación. Los procesos factibles pueden ser deshidratación osmótica, secado solar, fritura y cocción, para la obtención de trozos deshidratados mermeladas, caramelos tipo goma de oca, tortas y rodajas fritas (Villacrés et al., 2004).
1.2.1.2.
Harinas
1.2.1.2.1. Procesamiento de raíces y tubérculos Las raíces y los tubérculos por su alto contenido de humedad (68% – 89%) Espín et al., (2004), requieren de un tratamiento previo al almacenamiento para poder evitar o por lo menos reducir las posibilidades de deterioro debido a la transformación de almidones en azúcares y el ataque de patógenos.
Las raíces antes de almacenarlas, se deben lavar y exponerlas al sol o corrientes de aire que permitan eliminar el agua externa. El almacenamiento en fresco no debe prolongarse por periodos mayores de 12 días, ya que el deterioro físico y nutricional es alto. Si es requerido mayor tiempo de
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almacenamiento se debe deshidratar, para ello es necesario cortar la raíz para aumentar la superficie de contacto y facilitar el secado (Tepper y González, 2004).
El proceso de cortado se debe hacer con ralladora o cortadora, que origine un corte limpio, en forma de paralelepípedo con lados de 3 a 5 mm por 10 a 15 mm y los más largos posibles para que queden suficientes cámaras de aire entre los trozos y se facilite el proceso de deshidratado, reduciendo así la posibilidad de problemas por presencia de hongos (Tepper y González, 2004).
El material cortado se puede deshidratar en forma natural colocándose en patios, con piso liso de concreto razón de 13 Kg/m 2 y debe voltearse cada media hora o de ser posible con mayor frecuencia, para permitir que la perdida de agua sea rápida. La raíz cortada y expuesta al sol en condiciones normales debe deshidratarse en 48 a 72 horas (Tepper y González, 2004).
Para industrializar el proceso se debe combinar el deshidratado al sol por un aproximado de 5 horas, y luego hacerlo pasar por un túnel de deshidratado. En este sentido (Tobar, 1997) reporta que se pueda lograr la deshidratación inicial con radiación solar bajando el contenido de humedad de 65 – 70 % a 30 – 35% y luego un deshidratado industrial que baje la humedad a 12 – 13 %.
La raíz deshidratada debe almacenarse sin moler en sacos de fiques o nylon que permitan una buena aireación y ubicarlos en locales ventilados y de baja humedad, donde pueda permanecer por un tiempo relativamente largo de acuerdo a las características del local (Tepper y González, 2004).
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1.2.1.2.2. Obtención de harina de raíces y tubérculos
Los cultivos del mundo andino son estacionales es decir que durante el periodo del año se acumula su producción.
En estos casos, el
almacenamiento y la transformación de las raíces y los tubérculos son una necesidad. La deshidratación o el secado son un medio útil para este objetivo (Fairlie et al., 1999).
Fairlie et al., (1999) resumen las diferentes etapas en la preparación de harina a partir de raíces y tubérculos como se muestra en el Figura 2. (Anexo 4) Estas operaciones han sido establecidas como recomendables luego de las diferentes experiencias piloto. Se recomienda tener los cuidados necesarios de higiene y limpieza. a). Selección: Se escoge la materia prima fresca, sana y no debe presentar daño mecánico, ni principios de descomposición por efectos microbianos.
b). Lavado: Proceso con el que se elimina la tierra adherida a la superficie y otros residuos indeseables, se sumergen a hipoclorito a 200ppm.
c). Pelado y Rectificado: El rectificado se realiza en los casos que sea necesario, en (oca, melloco, mashua y zanahoria blanca, solo a estas se rectifica) se puede realizar manualmente cuando se pelan pequeñas cantidades y mecánicamente por frotamiento (abrasión) cuando son cantidades grandes e importantes. El rectificado tiene como objetivo eliminar los ojos profundos y las partes dañadas.
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d). Rodajado: Es conveniente hacer rodajas de un espesor de 2 mm. De esta manera se reduce el tiempo de secado y además se facilita la molienda.
e). Escaldado o Blanqueado: Esta operación consiste en someter a la materia prima a un baño de agua hirviente a (92°C) por 4 a 8 minutos aproximadamente con la finalidad de: Terminar la limpieza del producto. Inhibir la acción de las enzimas que provocan el pardeamiento principalmente en la papa. Fijar y conservar el olor. Mejorar las condiciones del material para la deshidratación puesto que con esta operación se rompen las paredes celulares del material vegetal, lo que facilita el proceso de evaporación. Eliminar olores y sabores desagradables. Disminuir la carga microbiana.
f). Carga en bandejas: Para que la deshidratación resulte uniforme y rápida es esencial que el material se encuentre bien repartido en las bandejas. Las densidad para la carga optima para los RTAS mencionados se encuentran en los rangos 4.5 – 5 Kg/m2.
g). Deshidratado: En esta operación se elimina la mayor parte de agua. El proceso de secado concluye aproximadamente, a las 8 horas de funcionamiento del equipo a 60°C, y cuando el producto se torna duro y/o quebradizo. El producto final llega normalmente a una humedad residual inferior a 10%.
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h). Molienda: El material deshidratado se introduce en el molino que posee un tamiz con abertura de 0.5 mm de malla, la cual proporciona la granulosidad media de las harinas (315 µm).
i). Pesado y Envasado: Las harinas obtenidas se pesan en fracciones y se envasan en bolsas plásticas, selladas térmicamente.
1.2.1.2.3. Normas de Calidad para la Harina
Según el CODEX ALIMENTARIUS (1985) las normas de calidad para las harinas son las siguientes: Factores de calidad – generales La harina de cualquier tubérculo será comestible y deberá ser inocua y apropiada para el consumo humano. La harina de tubérculos comestible deberá estar exenta de sabores y olores extraños y de insectos vivos. La harina de tubérculos comestible deberá estar exenta de suciedad (impurezas de origen animal, incluidos insectos muertos) en cantidades que puedan representar un peligro para la salud humana. Factores de calidad – específicos Contenido de humedad 13,0 % máximo Para determinados destinos, por razones de clima, duración del transporte y almacenamiento, deberían requerirse límites de humedad más bajos. Se pide a los gobiernos que acepten esta Norma que indiquen y justifiquen los requisitos vigentes en su país.
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Contenido de ácido cianhídrico El contenido total de ácido cianhídrico de la harina de tubérculos comestible no deberá exceder de 10 mg/kg.
Contaminantes
Metales pesados La harina de tubérculos comestible deberá estar exenta de metales pesados en cantidades que puedan representar un peligro para la salud humana.
Residuos de plaguicidas La harina comestible deberá ajustarse a los límites máximos para residuos establecidos por la Comisión del Codex Alimentarius para este producto.
Micotoxinas La harina de yuca comestible deberá ajustarse a los límites máximos para micotoxinas establecidos por la Comisión del Codex Alimentarius para este producto.
1.2.1.3.
PROCESO DE SECADO
1.2.1.3.1. El Secado
La gran variedad de alimentos deshidratados que hoy en día están disponibles en el mercado como tubérculos deshidratados para la formación de harinas como de papa, oca, mashua e incluso frutas, sopas, etc., han despertado el interés sobre las especificaciones de calidad y conservación de energía y de la misma manera de sus características organolépticas y nutricionales, es por eso que actualmente se despertó la investigación por saber si a enfatizando la necesidad del entendimiento de los procesos de secado (Krokida, 2000).
El secado es un proceso en el que el agua se elimina para detener o aminorar el crecimiento de microorganismos perjudiciales, así como de ciertas reacciones químicas. La eliminación de agua de los alimentos se
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consigue mayoritariamente utilizando aire caliente (excepto para algunas operaciones tales como liofilización y deshidratación osmótica) que elimina el agua de la superficie del producto y la lleva hacia fuera. El proceso de secado de alimentos no sólo afecta al contenido en agua del alimento, sino también a otras de sus características físicas y químicas. Además de la conservación, el secado que convierte el alimento en un producto seco, se utiliza para reducir el coste o dificultad en el embalaje, manejo, almacenamiento y transporte, pues el secado reduce el peso y a veces el volumen (Xue, 2004).
El proceso de deshidratado de diferentes tubérculos genera el mayor peso sobre los costos de producción de harina de raíces, es por ello que esta fase se debe realizar de la forma más eficiente bien sea que se trabaje con deshidratado natural o mixto. La calidad final tanto de los productos deshidratados como de sus equivalentes reconstituidos, en lo referente al color, sabor, textura, viscosidad, velocidad de reconstitución, valor nutritivo y estabilidad en el almacenamiento. El grado en que ocurren estos cambios depende de la composición del alimento y de la severidad del método de secado. Las reacciones de oscurecimiento pueden deberse a acciones enzimáticas (por lo que se suele inactivarlas mediante tratamientos de escaldado) o pueden deberse a reacciones no enzimáticas, las cuales se aceleran cuando los alimentos se someten a altas temperaturas y el alimento posee una elevada concentración de grupos reactivos.
La deshidratación de frutas, acontece una serie de cambios físicos, químicos y sensoriales como consecuencia del estrés térmico e hídrico al que se ve sometido el tejido vegetal, de morfología compleja, durante todo el proceso. La ruptura y la degradación de la lámina, la separación y ruptura de las paredes celulares, la lisis del citoplasma, la pérdida de la funcionalidad de la membrana y el colapso estructural de las células
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(Moraga, 2002), pueden ocasionar cambios fisicoquímicos tales como la cristalización de la celulosa, despolimerización y solubilización de pectinas, desnaturalización de proteínas, cambios en los sólidos solubles y en la capacidad de rehidratación, encogimiento, así como cambios en las propiedades mecánicas relacionadas con la textura (Contreras, 2006). Los cambios químicos contribuyen a la calidad final tanto de los productos deshidratados como de sus equivalentes reconstituidos, en lo referente al color, sabor, textura, viscosidad, velocidad de reconstitución, valor nutritivo y estabilidad en el almacenamiento. El grado en que ocurren estos cambios depende de la composición del alimento y de la severidad del método de secado.
Las reacciones de oscurecimiento pueden deberse a acciones enzimáticas (por lo que se suele inactivarlas mediante tratamientos de escaldado) o pueden deberse a reacciones no enzimáticas, las cuales se aceleran cuando los alimentos se someten a altas temperaturas y el alimento posee una elevada concentración de grupos reactivos (Contreras, 2006).
1.2.1.3.2. Teoría De Secado
El secado es una operación unitaria, en la que se elimina por evaporación casi toda el agua presente en los alimentos, mediante la aplicación de calor bajo condiciones de operación controladas (Xue, 204).
El secado es un método de conservación de alimentos consistente en extraer
el
agua
de
estos,
lo
que
inhibe
la
proliferación
de microorganismos y dificulta la putrefacción (Brennan, 1993).
El secado de alimentos mediante el sol y el viento para evitar su deterioro ha sido practicado desde la antigüedad. El agua suele eliminarse por evaporación (secado al aire, al sol, ahumado o al viento) pero, en el caso
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de la liofilización, los alimentos se congelan en primer lugar y luego se elimina el agua por sublimación. Las bacterias, levaduras y hongos necesitan agua en el alimento para crecer. El secado les impide efectivamente sobrevivir en el (Xue, 2004).
El secado en si implica la transferencia de un líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada. El secado de alimentos determina una reducción del peso y normalmente también, del volumen, por unidad de valor alimenticio, e incrementa la vida útil de los productos secados en comparación con los correspondientes alimentos frescos (Brennan, 1993).
La transmisión de calor
tiene lugar en el interior del alimento y está
relacionada con el gradiente de temperatura existente entre su superficie y la correspondiente a la superficie del agua en el interior del alimento. Si se suministra al agua suficiente energía para su evaporación, el vapor producido se transportará desde la superficie de la capa húmeda en el interior del producto hacia la superficie de éste. El gradiente de presión de vapor existente entre la superficie del agua en el interior y en el aire exterior al alimento, es el que provoca la difusión del vapor de agua hacia la superficie de éste (Colinde, 2004).
Según lo manifestado por Xue (2004) durante el secado se producen cuatro fenómenos de transporte:
a) Transmisión de calor desde el aire hasta la superficie del producto, pudiéndose realizar por conducción, convección o radiación. b) Transmisión de calor desde la interfase sólido-aire hasta el interior del sólido. Sólo puede tener lugar por conducción en régimen no estacionario (las condiciones en cualquier punto varían con el tiempo).
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c) Transmisión de materia a través del sólido. Se puede producir difusión o capilaridad, aprovechando los capilares existentes. La difusión tiene lugar en el secado de productos con humedades del orden de 25% (base húmeda) o inferiores, mientras que la capilaridad se presenta para niveles más altos de humedad (65% o más), siempre y cuando en la estructura interna del producto existan capilares. d) Transferencia de vapor desde la interfase sólido hacia el aire. Los factores que regulan la velocidad de estos procesos son los que definen la velocidad de secado. Al deshidratar los alimentos, la velocidad de secado depende de:
Área de la superficie del producto: generalmente se subdivide lo máximo posible el producto, a fin de aumentar el área de transferencia de masa y calor y acelerar el proceso. Velocidad del aire: el aire en movimiento absorbe vapor de agua de la superficie del alimento, previniendo la creación de una atmósfera saturada. La velocidad del aire actúa aumentando los coeficientes globales de
trasmisión de calor y de
masa,
disminuyendo el tiempo de secado. Sin embargo, la velocidad de secado aumenta en algunos casos al aumentar la velocidad del aire. A partir de un cierto punto, la velocidad de secado no depende de esta variable, debido a que el factor de control del proceso de secado en este caso es la difusión del agua a través del sólido, de manera que, por más que aumente la velocidad másica del aire no puede aumentarse la velocidad de secado. Temperatura y tiempo: la velocidad de secado aumenta al aumentar la temperatura, y por tanto, el tiempo disminuye.
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Humedad del aire: cuanto más seco esté el aire, mayor será la velocidad de deshidratación ya que aumenta la fuerza impulsora para el transporte de masa.
Influencia del tejido vegetal: las propiedades naturales del tejido son un factor determinante en el proceso de deshidratación. Los cambios que se producen durante la maduración del fruto afectarán a la evolución del proceso mencionado, obteniéndose resultados diferentes según el estado de madurez del fruto. La velocidad y el tiempo total del secado están influenciados por estos factores y además se deben tener en cuenta las propiedades del producto, especialmente tamaño y geometría de la partícula, su ordenación geométrica en relación con el medio de transferencia y las características del equipo de secado
1.2.1.3.3. SECADO POR CONVECCION Secado por convección de directo Durante la deshidratación tiene lugar un transporte simultáneo de calor y materia. En los secadores convectivos el calor se transfiere al alimento mediante una corriente de aire caliente que además de transmitir el calor necesario para la evaporación del agua, es también el agente transportador del vapor de agua que se elimina del alimento (Fito et al., 2001).
Al calentar el producto por convección, el calor penetra hacia el interior del alimento a través de la superficie principalmente por conducción, mientras que la humedad debe salir a través de ella, por lo que el gradiente de temperatura es contrario al gradiente de humedad. En consecuencia, únicamente se produce el secado o la reducción del
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contenido en agua cuando el interior ha alcanzado suficiente temperatura para que nuevamente emigre la humedad hacia la superficie y, finalmente, al exterior (Contreras, 2006).
Aunque la fuerza impulsadora para el calentamiento es el gradiente de temperatura, para la transferencia de materia lo es, en este caso, el gradiente de concentración de agua que existe entre en interior y la superficie seca. El secado por convección es frecuentemente un proceso lento, que requiere altas temperaturas externas para generar las diferencias de concentración requeridas (Fito et al., 2001).
Como consecuencia, los mecanismos de transferencia de calor y de materia durante el proceso dependerán de variables inherentes al aire de secado (temperatura, velocidad, humedad, características del flujo, etc.) y al producto (humedad, forma, estructura, etc.) (Contreras, 2006).En los secaderos directos o por convección el lodo es calentado por contacto directo con el fluido caliente. Normalmente manejan un gran caudal de fluido caliente, lo que conduce generalmente a sistemas en circuito cerrado (Figura 3.). En cualquier sistema de protección ambiental y especialmente, en los tratamientos de residuos es imprescindible que las emisiones sean mínimas. Un sistema de secado sólo debe descargar fango seco y agua, procedente de la condensación del agua eliminada. Debido al funcionamiento del secadero, el sistema se evacua parte del aire de trabajo al exterior. El único efluente que es preciso drenar es el formado por los incondensables que se generan durante el funcionamiento. Son preferibles los sistemas que trabajan en circuito cerrado, al no expulsar el fluido caloportador al exterior. Son los llamados secaderos ecológicos.
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CONDENSADOR Fango Húmedo CICLON GENERADOR DE AIRE
SECADOR
Fango Seco
Figura 3. Secado Convectivo de Ciclo Cerrado
Ventajas y Desventajas de Secado Convectivo
La ventaja principal de los secaderos por convección es su relativo bajo coste de inversión. El principal inconveniente está relacionado con el trasiego de grandes cantidades de aire, dando como resultado una pérdida elevada de energía, además de requerir sistemas de impulsión de aire adecuados y un control de la contaminación (Xue, 2004).
Durante el secado existen además factores físicos como la pérdida de densidad, la alteración de forma, tamaño y porosidad, cristalización, cambio en solubilidad; químicos como la perdida de actividad química y la descomposición de algunos constituyentes químicos y bioquímicos como la degradación de estructuras celulares y biomoléculas, oxidación de lípidos y desnaturalización de proteínas (Xue, 2004).
El oscurecimiento o daño por calor es considerado como un defecto de calidad y es uno de los factores más importantes para tener en cuenta y está relacionado con la temperatura de secado. El oscurecimiento es resultado de diferentes reacciones químicas, dos de los factores que
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influyen en el oscurecimiento es la combinación de temperatura con tiempo y la cantidad de humedad que hay en el producto.
Durante el secado existe migración de los constituyentes solubles. Conforme se realiza el proceso de secado el movimiento de agua con componentes como azúcares se lleva a cabo del centro a la superficie de la fruta dependiendo de la permeabilidad de las membranas del producto, el agua se evapora y los compuestos quedan en la superficie, tienen un movimiento hacia el centro. Ambos movimientos son simultáneos al momento de llevarse a cabo el proceso de secado. Al evaporarse el agua también existe una pérdida de los compuestos volátiles principalmente el sabor y el aroma (Martínez, 2000).
Según Campos et al., (2010) los tipos de secado son:
En este caso el material a secar se pone en contacto con un gas caliente que suministra el calor de vaporización del agua y arrastra el vapor formado. En la deshidratación de alimentos es poco frecuente el empleo directo de gases de combustión, utilizándose generalmente aire que se calienta indirectamente en un cambiador de calor, de carcasa y tubos, por el interior de los cuales circula vapor de agua o gases de combustión. También puede ser calentado mediante resistencias eléctricas. La mayor parte de los secaderos utilizados por convección pueden clasificarse en dos grupos según el comportamiento del material sólido dentro del secadero:
a) Material a secar estático y circulación de aire a su través; en todo caso el material solo se remueve de una forma intermitente. Secaderos de túnel, rotatorios.
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b) El material a secar está subdividido en partículas que se mueven en el seno del aire. Ejemplos: secaderos por atomización, de lecho fluidizado y neumáticos, en donde la velocidad superficial del aire es creciente desde el primero hasta el último.
Secaderos de túnel Se utiliza para grandes capacidades de producción y están indicados para el secado de frutas y hortalizas troceadas. Están formados por un túnel de hasta 25 m de longitud y sección transversal cuadrada o rectangular de unos 4 m2 por el que se hace circular de manera semicontínua vagonetas que contienen el material a secar dispuesto en capas delgadas sobre bandejas de madera perforada o sobre mallas metálicas. El aire impulsado por ventiladores a través de un cambiador de calor entra en el túnel circulando a través de las vagonetas. Se suelen utilizar velocidades del aire comprendidas entre 2 y 7 m/s. Estos secaderos se clasifican de acuerdo con las direcciones relativas del movimiento fluido-sólido
en
secaderos
en
paralelo
y
secaderos
en
contracorriente. En el primer caso el aire caliente y seco se pone en contacto con el material frío y húmedo por lo que se alcanzan altas velocidades de evaporación que originan un producto final poroso y de baja densidad debido a la pequeña contracción que tiene lugar. En el secado en contracorriente, la fuerza impulsora y por tanto la velocidad de secado, varía mucho más suavemente a lo largo del túnel y en general aumenta a medida que progresa el secado. Estas
circunstancias
determinan
frecuentemente
una
gran
contracción del material originándose un producto de alta densidad. Sin embargo las condiciones en el extremo seco del túnel son tales que permiten alcanzar pequeños valores de la humedad final, si bien debe controlarse adecuadamente la temperatura de entrada
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del aire, ya que se va a poner en contacto con un producto prácticamente seco que puede recalentarse con facilidad.
Secaderos con evacuación central del aire
Se utilizan para evitar los inconvenientes de los secaderos anteriores. A menudo se combinan empleando primero un flujo en paralelo, con aire más caliente y a mayor velocidad y a continuación un flujo en contracorriente con aire más frío y seco. De esta forma se acortan los tiempos de secado y se aumenta la capacidad de producción, siendo más fácil el control de las condiciones.
Secaderos de flujo transversal
La dirección del aire es perpendicular al movimiento del alimento. Las condiciones de secado se controlan más fácilmente porque existen varios calentadores intercambiadores de calor y el tiempo de procesado se reduce. El contenido de humedad del producto final es más homogéneo pero el coste del equipo es superior.
Secaderos rotatorios
Consiste en cámaras cilíndricas inclinadas, que al girar mantienen al producto en continuo movimiento. El cilindro está provisto de palas o aletas internas para favorecer la mezcla del producto y contacto con el aire caliente. El modo de calentamiento puede ser directo con aire caliente o indirecto por conducción y radiación a través de la pared. Estos secaderos son adecuados para productos que tienen tendencia a la adhesión y cierta resistencia mecánica, por ejemplo el azúcar.
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Secaderos atomizadores
Estos secaderos son ampliamente utilizados en la Industria Agroalimentaria para el secado de disoluciones acuosas y suspensiones. En ellos el material a secar se introduce finamente pulverizado en una cámara en la que se pone en contacto con una corriente de aire caliente. Las gotitas producidas, de diámetro comprendido entre 10 y 200 μm, presentan una gran superficie por unidad de volumen y entran en el aire con una velocidad de secado constante, la temperatura de los sólidos apenas se eleva por encima de la de bulbo húmedo del aire, hasta el final del proceso. Por esta razón los tiempos de residencia necesarios para la deshidratación son muy pequeños, usualmente de 1 a 10 segundos y no suelen sobrepasar los 30 segundos para no sobrecalentar el producto. El producto deshidratado obtenido es poroso y de gran calidad (leche en polvo).
Secaderos de lecho fluidizado
La fluidización de un lecho de partículas del material a secar con aire caliente se utiliza en la deshidratación de alimentos como zanahorias, cebollas, guisantes, harinas, salvados, cacao, café, sal y azúcar. Dado que la turbulencia, en general, es muy intensa y la distribución de temperatura uniforme, el secado transcurre a gran velocidad y el control del mismo puede realizarse con precisión.
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Secaderos neumáticos
Si la velocidad del aire es lo suficientemente elevada para que arrastre a las partículas del material a secar se produce el secado durante el transporte neumático. Es decir el dispositivo actúa como secadero y trasportador lo que puede ser útil en ciertas circunstancias. Estos secaderos se utilizan frecuentemente en la deshidratación de granos, harinas, patatas, granulados, cubos de carne etc.
Deshidratadores de tambor (de rodillos) Está constituido por un rodillo o tambor que se calienta internamente alcanzando temperaturas comprendidas entre 120170ºC mediante vapor a presión. Sobre su cara externa se distribuye una capa fina y uniforme de alimento a deshidratar, bien por inmersión de una parte del tambor en el alimento o bien distribuyendo
el mismo
por pulverización
o
aspersión.
La
deshidratación se completa antes de que el rodillo complete un giro (entre 20 s y 3 minutos). Se utilizan para el secado de pasta, cereales
precocinados.
Cuando
se
trata
de
alimentos
termosensibles se utilizan deshidratadores de tambor a vacío.
1.2.1.3.4. Propiedades Funcionales
1.2.1.3.4.1. Capacidad de retención de agua (CRA) La capacidad de retención de agua, es la cantidad de agua que puede absorber el producto dentro de sí mismo. Esta se lleva acabo de la siguiente manera. Se adiciona 5 mL de agua destilada a 1 g de muestra (base seca) y se agita un minuto con vibración magnética, posteriormente se centrifuga a 3000 rpm por 30 minutos y por último se mide el volumen
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del sobrenadante en probetas de 10 mL. La capacidad de retención de agua se expresa como los mL de agua absorbidos por g de producto (Chau, 1997 citado por García, 2003).
1.2.1.3.4.2. Capacidad de retención de aceite (CRa)
La capacidad de retención de aceite al igual que la mencionada ya anteriormente, es la cantidad de aceite que puede absorber el producto dentro de sí mismo. Y se realiza adicionando 5 mL de aceite vegetal de maíz a 1 g de muestra (base seca) y se agita un minuto con vibración magnética; posteriormente se centrifuga a 3000 rpm por 30 minutos, por último, se mide el volumen del sobrenadante en probetas de 10 mL. La capacidad de retención de aceite se expresa como los mL de aceite absorbidos por g de producto (Chau, 1997 citado por García, 2003).
1.2.1.3.4.3. Capacidad de hinchamiento (CH)
La capacidad de hinchamiento es la capacidad de agua que puede absorber el producto traducida en el volumen que puede aumentar o mantenerse de dicho producto. Y se determina utilizando la técnica citada por (Chau, 1997 citado por García, 2003). Se colocan 0.5 g. del producto en una probeta graduada de 10 mL, después de medir el volumen (V0) ocupado por el producto se adiciona un exceso de agua (5 mL.) y se agita.
34
Se deja reposar durante 24 horas y se mide el volumen final (Vf) de la muestra.
1.2.2. Marco Conceptual
1.2.2.1.
Temperatura de secado
La temperatura del aire de secado es el parámetro de mayor flexibilidad en un sistema de secado, las altas temperaturas influyen significativamente en la tasa y la eficiencia de secado y en la calidad del producto final. En cambio, las temperaturas de secado más elevadas pueden causar daños térmicos.
1.2.2.2.
Contenido de humedad en base húmeda
Es la cantidad de agua que contiene el sólido referido al sólido húmedo (sólido seco + agua). 1.2.2.3.
Contenido de humedad en base seca
Es la cantidad de agua referida al sólido seco. 1.2.2.4.
Humedad libre
La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en el equilibrio. Sólo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas.
35
1.2.2.5.
Grasa Son compuestos orgánicos muy heterogenias, pero que tienen en común la propiedad de ser solubles en algunas sustancias denominadas solventes orgánicos (Vasco, 2008).
1.2.2.6.
Proteína El porcentaje de proteína es la cantidad de nitrógeno orgánico contenido en productos alimentarios y compromete dos pasos consecutivos: la descomposición de la materia orgánica bajo calentamiento en presencia de ácido sulfúrico concentrado y el registro de la cantidad de amoniaco obtenida de la muestra.
1.2.2.7.
Fibra Parte del alimento no aprovechada metabólicamente por los organismos monogástricos (Badui, 1990).
1.2.2.8.
Cenizas El porcentaje de cenizas son los residuos obtenidos por incineración completa de la materia, a una temperatura de 550 ±10°C orgánica y obtención de un peso constante (AOAC, M. 14.003 1995).
2. MARCO METODOLÓGICO
2.1. Hipótesis
La aplicación de 50 ºC de secado por convección para obtener harina de mashua (Trupaeolum tuberosum). Será la que reporta mayor valor nutricionaly mejores propiedades funcionales.
36
2.2. Variables
2.2.1.
Definición conceptual
2.2.1.1. Característica composicional 1. Humedad: Es la cantidad de agua disponible presente en el alimento y representa más del 60% de la composición de los alimentos naturales, a excepción de los granos secos (VASCO, 2008).
2. Grasa: Se fundamenta en la extracción de la grasa de una determinada muestra mediante un solvente (éter etílico) y luego eliminación de éste por evaporación (AOAC, 1995). 3. Proteína: Concentración de nitrógeno presente en la muestra para luego expresado a través de un factor en proteína (AOAC, 1995).
4. Fibra: Porción no digerible de los alimentos (Badui, 1991). 5. Cenizas: Son los residuos obtenidos por incineración completa de la materia, a una temperatura de 550 ±10°C orgánica y obtención de un peso constante (AOAC, 1995). 6. Carbohidratos: Hidratos de carbono libre de celulosa (AOAC, 1995). 2.2.2.
2.2.2.1.
Definición operacional
Temperatura de secado: es la temperatura a la que se somete el alimento para poder extraer la mayor cantidad de agua que exista dentro del se mide en grados.
37
2.2.2.2.
Capacidad de retención de agua: es la capacidad que tiene el producto de absorber agua dentro de sí mismo.
2.2.2.3.
Capacidad de retención de aceite: es la capacidad que tiene el producto de absorber el aceite en su interior.
2.2.2.4.
Capacidad de hinchamiento: es la capacidad que tiene el producto de absorber agua dentro de sí, pero transformada en el aumento del volumen.
2.2.2.5.
Valor nutricional (AOAC, 1995)
1. Humedad: es el diferencial de pesos inicial y final de la muestra, entre su peso inicial.
2. Grasa: es el diferencial de pesos inicial y final de la muestra, entre su peso inicial. 3. Proteína: es el diferencial de gasto de HCl, entre su peso inicial. 4. Fibra: se trata la muestra para obtener un residuo insoluble, y se determina su pérdida de masa por calcinación. 5. Cenizas: es el diferencial de pesos inicial y final de la muestra, entre su peso inicial. 6. Carbohidratos: se obtiene como diferencia entre el peso de la muestra del alimento y la suma humedad, cenizas, grasa, proteína y fibra cruda.
38
2.3. Metodología
2.3.1. Tipo de estudio: Cuantitativo
2.3.2. Diseño: Experimental
2.4. Población y muestra
Población: La mashua (Trupaeolum tuberosum) procedente de la ciudad de Cajamarca.
Muestra: 5 Kg de mashua (Trupaeolum tuberosum) procedente de la ciudad de Cajamarca.
2.5. Método de investigación
Se utilizó el método experimental,
cuantitativo para evaluar el efecto de la
temperatura de secado por convección en el valor nutritivo: grasa, proteína, fibra, cenizas, carbohidratos y propiedades funcionales: capacidad de retención de agua, capacidad de retención de aceite y capacidad de hinchamiento harina de mashua (Trupaeolum tuberosum).
39
de la
2.6. Técnicas de recolección de datos
2.6.1. Descripción del proceso
Para la obtención de la harina de mashua ((Trupaeolum tuberosum) procedente de la ciudad de Cajamarca. Se siguió el procedimiento que se presenta en la Figura 4. Mashua Recepción Selección Lavado Pelado/ pesado
Picado Secado Molienda Empacan Figura 4. Diagrama de flujo para la obtención de harina de mashua.
A continuación se describen cada una de las operaciones del proceso
2.6.1.1. Recepción de materia prima Los tubérculos de mashua recepcionados de la variedad (Trupaeolum tuberosum) con un índice de madurez intermedio, durante el periodo Junio – Agosto del 2012, proveniente de la ciudad de Cajamarca y presentaban un color amarillo verdoso en el momento de la recepción y fueron transportadas en sacos de color negro.
40
2.6.1.2. Selección y clasificación Se realizó con la finalidad de eliminar los tubérculos de mashua en mal estado, con magulladuras, cortes y oscuras.
2.6.1.3. Lavado y desinfección El lavado se realizó con agua potable para eliminar restos de partículas extrañas, suciedad y tierra de la superficie del tubérculo. La desinfección se realizó por inmersión en tinas con agua potable e hipoclorito de sodio al 0.05%.
2.6.1.4. Pelado y pesado El pelado se realizó con cuchillos, debido que a pequeña escala y se pesó la cascara.
2.6.1.5. Picado El corte se realizó con cuchillos en rodajas, para facilitar el secado.
2.6.1.6. Secado Las rodajas fueron secadas en un secador de bandejas horizontales de aire forzado a tres temperaturas diferentes de 50 °C, 60 °C y 70 °C, hasta lograr una humedad del 12%.
2.6.1.7. Molienda Para la molienda se empleó un molino manual obteniendo partículas de 0.5 mm, en promedio.
2.6.1.8. Envasado Una vez lista la harina, se empacó en bolsas de polipropileno, que fueron debidamente selladas para evitar que entre humedad del medio al producto.
41
2.6.2. Análisis composicional
Determinación de porcentaje de humedad: método gravimétrico (AOAC, 1995). Determinación de porcentaje de grasa: método Hidrólisis ácido –Soxhlet (AOAC, 1995). Determinación de porcentaje de proteína: método Kjeldhal Digestión (AOAC, 1995). Determinación de porcentaje de fibra: método gravimétrico (AOAC, 1995). Determinación de porcentaje de cenizas: método gravimétrico (AOAC, 1995). Determinación de porcentaje de carbohidratos: por diferencia Carbohidratos% = 100% - (humedad% + grasa% + proteína% + fibra% + ceniza%)
2.7. Métodos de análisis de datos
Se determinó la desviación estándar de 9 muestras diferentes de los valores del análisis nutricional: porcentaje de humedad, cenizas, grasa, proteína, fibra y carbohidratos junto con las propiedades funcionales: capacidad de retención de agua y aceite, capacidad de hinchamiento de la harina de mashua, con el fin de evaluar el grado de variabilidad de los resultados experimentales.
2.7.1. Desviación estándar (DS)
Es una medida de dispersión e indica cuánto pueden alejarse los valores respecto al promedio (media), por lo tanto se aplica para contrastar la variabilidad de los resultados obtenidos. La desviación estándar se estimará mediante la ecuación 2.
42
n
xi S2
x
2
i 1
n 1
Ecuación. (2)
Dónde: Xi
= dato i que está entre (o, n)
x
= promedio de los datos
n
= numero datos
2.7.2. Análisis de Varianza (ANVA)
El análisis de varianza se deriva de la participación de la variabilidad total en los componentes del modelo, intentando explicar las razones de la variabilidad. En la tabla se presenta el modelo de análisis de varianza (ANVA) que se utilizará para la presente investigación.
Cuadro 1: Modelo de aplicación del análisis de varianza (ANVA)
Suma de
Grados
Cuadrado
Cuadrado
de
s
s
Libertad
Medios
Factor A
SCA
a-1
CMA
Error
SCE
a(n-1)
CME
Total
SCT
N-1
Fuente de Variables
43
F
Probabilida
calculado
d
SCA/CME P
3. RESULTADOS En el Cuadro 2 se presenta el valor nutricional expresado en porcentaje de harina de mashua sometida a las temperaturas de secado de 50 °C, 60 °C y 70 °C. Cuadro 2. Valor nutricional de harina de mashua secada a tres temperaturas.
Componentes (%)
HM (A)
HM (B)
HM (C)
Humedad
9,14**
±0,006*
9,14**
±0,006*
9,13**
±0,006*
Grasas
0,93**
±0,012*
0,94**
±0,006*
0,94**
±0,006*
Proteínas
7,47**
±0,006*
7,47**
±0,006*
7,46**
±0,000*
81,29**
±0,497*
81,00**
±0,000*
80,52**
±0,831*
1,73**
±0,006*
1,74**
±0,006*
1,73**
±0,012*
5,71** ±0,069* 5,74** HM: Harina de mashua (A): sometida a la temperatura de 50 ºC (B): sometida a la temperatura de 60 ºC (C): sometida a la temperatura de 70 ºC (*): Desviación estándar (**): Promedio
±0,131*
5,86**
±0,000*
Carbohidratos Ceniza Fibra
En el Cuadro 3 se presenta las propiedades funcionales
expresadas en
porcentaje de harina de mashua sometida a las temperaturas de secado de 50 °C, 60 °C y 70 °C. Cuadro 3. Propiedades Funcionales de harina de mashua secada a tres temperaturas. Propiedades Funcionales
HM (A)
HM (B)
HM (C)
CRA (mL de agua/ g de muestra)
5,48**
±0,052*
4,64**
±0,006*
3,35**
±0,015*
CRa (mL de aceite/ g de muestra)
2,33**
±0,006*
1,88**
±0,000*
1,34**
±0,006*
CH (mL / g) 2,80** ±0,006* HM: Harina de mashua (A): sometida a la temperatura de 50 ºC (B): sometida a la temperatura de 60 ºC (C): sometida a la temperatura de 70 ºC (*): Desviación estándar (**): Promedio CRA: capacidad de retención de agua CRa: capacidad de retención de aceite CH: capacidad de hinchamiento
1,33**
±0,015*
0,44**
±0,012*
44
En el Cuadro 4 se presenta la prueba de ANVA aplicada al valor nutricional de harina de mashua sometida a las temperaturas de secado de 50 °C, 60 °C y 70 °C. Cuadro 4. Prueba de ANVA para composición nutricional Componentes (%) Humedad
Grasas
Proteínas
Carbohidratos
Ceniza
Fibra
Suma de cuadrados Inter-grupos Intra-grupos Total Inter-grupos Intra-grupos Total Inter-grupos Intra-grupos Total Inter-grupos Intra-grupos Total Inter-grupos Intra-grupos Total Inter-grupos Intra-grupos Total
0.000155556 0.0002 0.000355556 0.0002 0.0004 0.0006 8.88889E-05 0.000133333 0.000222222 0.900355556 1.875466667 2.775822222 0.000155556 0.0004 0.000555556 0.0378 0.044 0.0818
gl
Media cuadrática
2 6 8 2 6 8 2 6 8 2 6 8 2 6 8 2 6 8
F
P
C
7.77778E-05 3.33333E-05
2.333333333
0.177978516
5.14325285
1E-04 6.66667E-05
1.5
0.296296296
5.14325285
4.44444E-05 2.22222E-05
2
0.216
5.14325285
0.450177778 0.312577778
1.440210436
0.308427508
5.14325285
7.77778E-05 6.66667E-05
1.166666667
0.373248
5.14325285
0.0189 0.007333333
2.577272727
0.15563172
5.14325285
En el Cuadro 5 se presenta la prueba ANVA aplicada para propiedades funcionales de harina de mashua sometida a las temperaturas de secado de 50 °C, 60 °C y 70 °C. Cuadro 5. Prueba de ANVA para propiedades funcionales PF CRA
Inter-grupos Intra-grupos Total
Suma de cuadrados 6.932466667 0.005933333 6.9384
gl
CRa
Inter-grupos Intra-grupos Total
1.473622222 0.000133333 1.473755556
2 6 8
CH
Inter-grupos Intra-grupos Total
8.566022222 0.0008 8.566822222
2 6 8
2 6 8
Media cuadrática 3.466233333 0.000988889
F
p
C
3505.179775
6.25343E-10
5.14325285
0.736811111 2.22222E-05
33156.5
7.40525E-13
5.14325285
4.283011111 0.000133333
32122.58333
8.14349E-13
5.14325285
PF: propiedades funcionales CRA: capacidad de retención de agua. CRa: capacidad de retención de aceite. CH: capacidad de hinchamiento.
45
4. DISCUSIÓN Tal como se observa en el Cuadro 2, el contenido de humedad obtenido en la harina de mashua (HM) fue, en promedio 3.14% ± 0,006; 3.14% ± 0,006 y 3.13% ± 0,006 a las temperaturas de 50, 60 y 70 °C, encontrándose estos valores dentro de los parámetros exigidos por la Norma Técnica Peruana NTP. 5.040 de (INDECOPI, 1976) para harinas sucedáneas de trigo, las cuales deben presentar una humedad no mayor a 16%.
En relación al contenido de proteína en la HM (Cuadro 2), las muestras sometidas a 50 ºC y 60 °C presentaron en promedio 7.47% ± 0,006, a 70 °C reportaron un promedio de 7.46%, valores similares a los reportados por Espín et al. (2004), quien señala que este valor promedio depende de la variedad de la mashua que va desde (7,22% - 13,99%).
El contenido de carbohidratos obtenido en la HM fue, en promedio de 81.29% ± 0.497; 81.00% ± 0.000 y 80.52% ± 0.831, a las temperaturas de 50, 60 y 70 ºC respectivamente, estando estos valores dentro de lo hallado por Vizcaino (2010), en HM utilizada como suplemento alimenticio para pollos (81,11%) y mayores que el reportado para la harina de trigo 73.6% según las Tablas Peruanas de Composición de Alimentos (2009). Cabe resaltar que, según MINSA (2009) en ninguno de los casos los niveles de ingesta máximos tolerables son excedidos.
El contenido de cenizas obtenido en la HM fue, en promedio de 1,73% ± 0.012; 1.74% ± 0.006 y 1,73% ± 0.012 para las muestras secadas a 50, 60 y 70°. Estos valores difieren sustancialmente del indicado por INDECOPI (1976) quien indica que el porcentaje de cenizas para harinas mínimo debe ser 0.41%. Sin embargo, estos valores pueden variar de acuerdo al tubérculo, estado de madurez, variedad y temporada de cosecha del mismo, así como por las condiciones de cultivo (Priego, 2007).
46
El contenido de fibra obtenido fue de 5.71% ± 0.069; 5.74% ± 0.131 y 5.86% ± 0.000, siendo estos valores muy bajos comprados a los reportados por Mellado et al., (2009) para harina de trigo (31,4 % Y 38,8 %). Esto se puede explicar debido que los alimentos que contienen fibra en mayor proporción son las hortalizas, verduras, leguminosas frescas, granos de cereales y algunos tubérculos (Hernández-Unzón y otros, 1998).
Para la capacidad de retención de agua (CRA) de la HM (Cuadro 3) se observan valores promedio de 5.48 mL/g ± 0.052; 4.64 mL/g ± 0.006 y 3.35 ml/g ± 0.015 a las temperatura de 50, 60 y 70 ºC, reportándose la mejor (CRA) en la harina de mashua sometida a 50 °C. La baja capacidad de retención de agua (CRA), que presentó la HM se puede deber a su bajo contenido de fibra en relación a otras harinas (Mateu, 2004).
Para la capacidad de retención de aceite (CRa) de la HM (Cuadro 3) se reporta valores de 2.33 mL/g ±0.006; 1.88 mL/g ± 0.000 y 1.34 mL/g ± 0.006. La CRa de la HM a las tres temperaturas, son menores al reportado para el espárrago (García, 2003; Sánchez, 2005). López y otros. (1997) citado por Sánchez (2005), quien señaló que a mayor cantidad de fibra, la CRa incrementa, reportándose la mejor (CRa) en la harina de mashua sometida a 50 °C.
Para la capacidad de hinchamiento (CH) de la HM (Cuadro 3) se reporta valores de 2.80 mL/g ± 0.006; 1.33 mL/g ± 0.015 y 0.44 mL/g ± 0.012 a las temperaturas evaluadas, menores al reportado por García (2005) para la harina de cáscara de esparrago (6.35 mL/g), reportándose la mejor (CH)
en la HM sometida a 50°C.
López y otros. (1997) citado por Sánchez (2005), señalaron que a mayor cantidad de fibra, mayor CH.
47
Tal como se observa en el Cuadro 4, no existen influencias significativas en relación al valor nutricional de la harina de mashua, y no alteran la composición nutricional, a diferencia de las propiedades funcionales, en donde si se observa influencia significativas de la temperatura de secado.
48
5. CONCLUSIONES
La temperatura (50º, 60º, 70º C) durante el secado por convección
no reporta
influencia significativa en los porcentajes de humedad, proteínas, grasas, carbohidratos, cenizas y fibra en la harina de mashua (Tropaeolum tuberosum) por lo tanto no afecta sus componentes nutricionales.
La temperatura (50º, 60º, 70º C) durante el secado por convección influye significativamente en las propiedades funcionales: capacidad de retención de agua, capacidad de retención de aceite y la capacidad hinchamiento en la harina de mashua (Tropaeolum tuberosum).
49
6. SUGERENCIAS Analizar los residuos de cáscara de mashua (T. tuberosum) en harina y someterlos a diferentes temperaturas para determinar si existe una mejor relación entre la composición nutricional y las propiedades funcionales.
Realizar un estudio sobre los diferentes métodos de secado para la obtención de harina de mashua (T. tuberosum), para establecer diferencias en las propiedades nutricionales y funcionales y determinar el mejor proceso de secado.
Industrializar la harina de mashua (T. tuberosum)
y aprovechar su uso como
ingrediente en la elaboración de productos de panificación.
50
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60
España: Universidad Politécnica de
8. ANEXOS
Anexo 1: Morfotipos representativos de la colecciona Nacional de mashua sobre la base de los datos morfoagronómicos de 44 descriptores tomados en campo.
En el recuadro superior izquierdo de cada fotografía, se incluye el número de grupo o subgrupo identificado. Monteros 1996.
61
Anexo 2: Composición química de 68 entradas de la Mashua (Tropoleum Tuberosum). Pertenecientes al Banco de Germoplasma del INIAP.
Parámetro Unidad Valor Humedad % 88.70 Cenizas % 4.81 Proteína % 9.17 Fibra % 5.86 Extracto Etéreo % 4.61 Carbohidrato Total % 75.40 Ca % 0.006 P % 0.32 Mg % 0.11 Na % 0.044 K % 1.99 Cu ppm 9.00 Fe ppm 42.00 Mn ppm 7.00 Zn ppm 48.00 Almidón % 46.92 Azúcar total % 42.81 Azúcares Reductores % 35.83 Energía Kcal/100g 440.00 Vitamina C mg/100mf 77.37 Eq. Retinol Eq/100mf 73.56 Fuente: Espín et al.,(2004)
62
Anexo 3: Composición Nutricional en 100 g de Mashua. Fuente
Mashua
V. energ. (cal.)
50.0
Humedad (%)
87.4
Proteínas (g)
1.6
Grasas (g)
0.6
Carbohidratos (g)
11.6
Fibras (g)
0.8
Cenizas (g)
0.8
Calcio (g)
7.0
Hierro (g)
1.2
Fósforo (g)
42.0
Tiamina (g)
0.06
Riboflavina (g)
0.08
Niacina (mg)
0.6
Acido Ascórbico (mg)
67.0
Fuente: CAMACHO (2000)
63
Anexo 4: Figura 1. Flujograma de Harina de Raíces y Tubérculos
Recepción de MP
Selección
Lavado
Pelado y Rectificado
Picado en el Cutter
Escaldado
Secado
Enfriamiento
Molienda
Empacado
Anexo 5. Determinación De Humedad (Aoac, M. 14.003 1995)
64
1. Principio. Se determinó la pérdida de peso de la muestra al someterla a calentamiento en estufa en condiciones determinadas.
2. Material y aparatos. 2.1. Balanza analítica con precisión de 0,1 mg. 2.2. Placas petri con tapa y con una superficie útil que permita un reparto de la muestra de 0,3 g/cm2 como máximo. 2.3. Estufa eléctrica.
3. Procedimiento Se pesaron aproximadamente 5 g de muestra. Se introdujo la placa petri en la estufa a 130°C ±1°C y se destaparon. Se mantuvo en la estufa durante una hora y treinta minutos. Se taparon las placas antes de sacar de la estufa y se dejaron enfriar a temperatura ambiente y luego se pesaron. 4. Cálculos La humedad de la muestra expresada en tanto por ciento vendrá dada por la siguiente fórmula: (P1 - P2) 100 H % = —————–— P Siendo: P1 = Peso, en g, de la placa con la muestra. P2 = Peso, en g, de la placa con la muestra desecada. P = Peso, en g, de la muestra.
La diferencia resultante entre determinaciones duplicadas de la misma muestra no deberá ser mayor de 0,1% en valor absoluto.
65
Anexo 6. Determinación De Grasa (Aoac, M. 14.003 1995) 1. Principio El producto es hidrolizado con ácido clorhídrico diluido. De la masa seca resultante, las materias grasas son extraídas con éter, el solvente evaporado y el residuo pesado. 2. Material y aparatos 2.1. Extractor tipo Soxhlet. 2.2. Estufa de desecación capaz de mantener constante la temperatura de 100°C ±1°C. 3. Procedimiento Pesar, con precisión de 1 mg, aproximadamente 10 g de muestra en un matraz de 250 a 300 ml. Agitando continuamente añadir 100 ml de Ácido Clorhídrico 3N (4.2.1.), añadir unas perlas de vidrio o Piedra Pómez gránulos QP lavada y seca y cerrar con tapón de vidrio que no ajuste herméticamente o vidrio de reloj. Hervir unos sesenta minutos, agitando de vez en cuando, enfriar y filtrar sobre filtro previamente humedecido. Lavar el precipitado con Agua PA-ACS hasta que el filtrado no dé precipitado con Plata Nitrato o no dé reacción ácida de Papel de Tornasol. Poner el filtro en una cápsula y secar en estufa a 100°C ±1°C. El filtro ya seco se introduce en un cartucho para extractor tipo Soxhlet y se tapa con algodón desengrasado. El cartucho se coloca en el extractor y se vierte el EterDietílico, dejándolo sifonar unas cuatro horas.}
66
El matraz receptor debe estar secado y tarado. Evaporar el solvente, secar en estufa y pesar. 4. Cálculos. 4.1. El contenido de grasa en sustancia natural vendrá dado por la siguiente fórmula: P1 - P2 % grasas = ———— x 100 P Siendo: P1 = Peso, en gramos, del matraz con la grasa. P2 = Peso, en gramos, del matraz vacío. P = Peso, en gramos, de la muestra.
4.2. El contenido de grasas en sustancia seca vendrá dado por la siguiente fórmula: G x 100 % grasas = ———— 100 - H siendo: G = Porcentaje de grasa obtenida en 4.1. H = Humedad.
67
Anexo 7. Determinación De Proteínas (Aoac, M. 14.003 1995)
1. Principio
Determinación del nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno orgánico presente en amonio sulfato con ácido sulfúrico. Después de alcalinizar con sodio hidróxido, destilar recogiendo el destilado sobre ácido bórico, titulando el amoníaco recogido con ácido N/10.
2. Reactivos
Ácido Sulfúrico 96% PA-ISO libre de nitrógeno. Sodio Hidróxido al 40%. Diluir Sodio Catalizador. (Mezclar 5 g de Sodio Sulfato anhidro o Potasio Sulfato con 5 mg de Selenio metal polvo PRS). También puede utilizarse otro catalizador adecuado. Indicador de Fenolftaleína solución 1% Indicador Taschiro. Mezclar 20 mg de Rojo de Metilo (C.I. 13020) REACS y 10 mg de Azul de Metileno (C.I. 52015) DC en 100 ml de Etanol 96% v/v PA. También puede utilizarse Rojo de Metilo (C.I. 13020) REACS preparado en la proporción de 0,5% en Etanol 96% v/v PA. Ácido Bórico solución 4% RE. Ácido Sulfúrico 0,05 mol/l (0,1N) SV o Ácido Clorhídrico 0,1 mol/l (0,1N) SV.
3. Material y aparatos
Equipo Kjeldahl
68
4. Procedimiento
Se pesaron aproximadamente 0,5-2,5 g, y se introdujeron en el matraz Kjeldahl. Se añaden unos 5 g del catalizador, 20 ml de Ácido Sulfúrico 96%. Se pusieron a digerir, teniendo cuidado al principio de no elevar demasiado la temperatura hasta que cese el desprendimiento de la espuma. Digerir hasta que la solución esté clara.
Enfriar, diluir, añadir unas gotas de Fenolftaleína solución 1% y conectar el aparato destilador añadiendo Sodio Hidróxido al 40% hasta viraje. En el matraz receptor poner 100 ml de Ácido Bórico solución 4% RE con unas gotas de indicador, cuidando que el extremo del refrigerante quede bien cubierto del líquido.
Mantener la destilación aproximadamente 15 minutos; lavar el extremo del refrigerante y titular el destilado con Ácido Sulfúrico 0,05 mol/l (0,1N) SV o Ácido Clorhídrico 0,1 mol/l (0,1N). Hacer un blanco.
5. Cálculos
5.1. El contenido de proteínas en materia natural está dado por la siguiente fórmula: 0,14 x 6,25 (V1 - V0 ) % proteínas = —————————— P Siendo: V1 = Volumen, en ml, de ácido clorhídrico 0,1N o ácido sulfúrico 0,1N utilizado en la determinación. V0 = Volumen, en ml, de ácido clorhídrico 0,1N o ácido sulfúrico 0,1N utilizado en blanco. P = Peso, en gramos, de la muestra.
69
5.2. El contenido en proteínas en materia seca vendrá dado por la siguiente fórmula: p x 100 % proteína = ———— 100 - H Siendo: p = % proteína obtenida en 5.1 H = Humedad.
6. Observaciones
6.1.
La diferencia entre dos determinaciones sucesivas expresada en % de proteínas no debe ser superior al 0,25 %.
70
Anexo 8. Determinación De Cenizas (Aoac, M. 14.003 1995)
1. Principio 1.1. Definición. Residuo obtenido por incineración a una temperatura de 550 ±10°C hasta combustión completa de la materia orgánica y obtención de un peso constante.
2. Material y aparatos 2.1. Crisoles no atacables en las condiciones del ensayo, con unas dimensiones mínimas de 40 mm de altura y 45 mm de diámetro superior. 2.2. Mufla con dispositivo de control de temperatura.
3. Procedimiento Se pesaron de 1 mg de 2 a 6 g de muestra, en un crisol previamente incinerado y tarado. Colocar el crisol y su contenido sobre una placa calefactora, teniendo cuidado de que la combustión no sea demasiado rápida, de manera que no haya pérdidas de materia sólida por proyección. Llevar a continuación el crisol a la mufla (550 ±10°C) hasta combustión completa de la sustancia (cenizas blancas o grises). Enfriar a temperatura ambiente en un desecador. Pesar seguidamente.
4. Cálculos
4.1. El contenido en cenizas sobre sustancia natural vendrá dado por la siguiente fórmula: P1 - P2 % cenizas = ———— x 100 P
71
Siendo: P1 = Peso, en gramos, del crisol con las cenizas. P2 = Peso, en gramos, del crisol vacío. P = Peso, en gramos, de la muestra.
4.2. El contenido en cenizas sobre sustancia seca vendrá dado por la siguiente fórmula: C x 100 % cenizas = ———— 100 - H Siendo: C = % de cenizas obtenidas en (4.1) H = Humedad. En ambos casos los resultados se darán considerando solamente la primera cifra decimal.
5. Observaciones
5.1. En caso necesario, para obtener una incineración uniforme puede humedecerse la muestra antes de la preincineración con etanol del 95 por 100 o aceite vegetal exento de cenizas. 5.2. Si la muestra a analizar contiene cloruros añadidos, deducir del valor de cenizas obtenido por el procedimiento anterior el porcentaje correspondiente de los mismos.
5.3. Límite de errores. Cuando el contenido de cenizas no rebase el 1 por 100 de la muestra, la diferencia de los resultados de un ensayo efectuado por duplicado no deberá ser superior al 0,02 por 100. Si el contenido de cenizas rebasa el 1 por 100 la diferencia no deberá ser superior al 2 por 100 de dicho contenido. Si es superior se repetirá la determinación.
72
