Mejoramiento de la calidad de la panela

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(1)CONVENIO ICA - HOLANDA DE INVESTIGACION Y D1VULGACION PARA EL MEJORAMIENTO DE LA INDUSTRIA PANELERA CIMPA. MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DE LA PANELA. INFORME DE ACTIVIDADES. Por: Nestor Durán Castro Ing. Alimentos CIMPA Ni col as Gil Zapata mg. Químico CIMPA Hugo R. García Bernal Director Invest. CIMPA. 26750. BARBOSA, (SS) SEPTIEMBRE DE 1992 COLOMBIA.

(2) r,'- rn. o 411R. 7014.

(3) CONVENIO ICA - HOLANDA DE INVESTIGACION Y DIV[JLGACION PARA EL MEJORAMIENTO DE LA INDUSTRIA PANELERA CIMPA. MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DE LA PANELA. INFORME DE ACTIVIDADES. Por: Nestor Durán Castro Ing. Alimentos CIMPA Nicoles Gil Zapata Ing. Químico CIMPA Hugo R. García Bernal Director Invest. CIMPA. BARBOSA, (S.S) SEPTIEMBRE DE 1992 COLOMBIA.

(4) TABLA DE Pág.. 1 1. PROCESO DE. 2. DE PANELA.. 2. DETERMINACION DE LA COMPOSICION FISICO-QUIMICA DE LA PANELA PRODUCIDAD EN LA HOYA DEL RIO SUAREZ.. 3. 3. ESTUDIOS PARA EL MEJORAMIENTO DEL COLOR DE LA PANELA.. 12. 4. ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL USO DE COLORANTES ATOXICOS EN LA INDUSTRIA PANELERA.. 28. S. EVALUACION DE AGENTES CLARIFICANTES PARA LA ELABORACION DE PANELA.. 35. 6. VIABILIDAD Y EVALUACION DE AGENTES CLARIFICANTES TIPO POLIMERO.. 39. 7. PRELIMPIEZA DE LOS JUGOS DE LA CAÑA DE AZUCAR.. 44. S. INFLUENCIA DE LA FORMA DE ADICION DE LA CAL EN LA CALIDAD DE LA PANELA.. 54. 9. DETERMINACION DEL VALOR NUTRICIONAL DE LA PANELA. 61. 10. NUEVAS FORMAS-DE PRESENTACION DE LA PANELA. 68. 11. USO DE LA PANELA EN LA INDUSTRIA DE CONFITERIA. 86. 12 • ELABORACION DE GASEOSAS A PARTIR DE MIEL DE CAÑA. 96. 13. PRODUCCION DE BOCADILLO DE GUAYABA EDULCORADO CON PANELA.. 109. 14. UTILIZACION DE LA PANELA EN LA INDUSTRIA DE CONSERVAS.. 115. 15. POSIBLE UTILIZACION DE LA CACHAZA COMO MATERIA PRIMA PARA EL DESARROLLO Y CRECIMIENTO DE LEVADURAS.. 120. 16. ELABORACION DE MIELES INVERTIDAS.. -. 128. 17. EVALUACION DE DIEZ TRAPICHES DE LA REGION HOYA DEL RIO SUAREZ.. 133. 18. DETERMINACION DE LA HUMEDAD DE EQUILIBRIO EN PANELA. 143. PROYECCIONES. 153. BIBLIOGRAFIA. 157.

(5) LISTA DE TABLAS pág. TABLA 2.1. TABLA 2.2 TABLA 2.3. Resultados físico-químicos promedios de panela de la Hoya del Río Suárez.. 7. Contenido de grasa y fibra de las muestras de panela analizadas.. 11. Composición de la panela producida en la región Hoya del Río Suárez. Límites superior, inferior y promedio.. 12. Concentración de fósforo monocál.cico y caña brava como agentes blanqueadores adicionados a 920c.. 18. variación del Indice de Atenuación (Color) en lecturas de jugo para la variedad POJ-2714 usando carbón activado.. 20. variación del Indice de Atenuación (Color) en lecturas de jugo para la variedad POJ-2714 usando carbón mineral.. 20. Comportamiento del pH e Indice de Atenuación (Color) a diferentes concentraciones de ácido ascórbico y ascorbato de calcio.. 21. Variación del color expresado como Indice de Atenuación a 420 tun utilizando fique y otros reactivos.. 22. Variación del color expresado como Indice de Atenuación a 420 tun utilizando peróxido de urea.. 22. variación del color expresado como Indice de Atenuación a 420 tun utilizando tierras diatomeas (Tonsil y bentonita) como decolorantes.. 23. variación del color expresado como porcentaje de transmitancia en pruebas con fosfato monocálcico y caña brava.. 23. TABLA 3.9. Color determinado como Indice de Atenuación en jugos de la variedad Ragnar verde con respecto al tiempo de maduración.. 24. TABLA 3.1.. TABLA 3.2.. TABLA 3.3.. TABLA 3.4.. TABLA 3.5.. TABLA 3.6.. TABLA 3.7.. TABLA 3.8.. TABLA 3.10. Color determinado como Indice de Atenuación en jugos de la variedad de caña Hawai 507209 con respecto al tiempo de maduración.. 21. 24.

(6) Pág. Color determinado como Indice de Atenuación en panela de la variedad Ragnar verde con respecto al tiempo de maduración.. 24. color determinadó como Indice de Atenuación en panela de la variedad Hawai 507209 con respecto al tiempo de maduración.. 25. Efecto del ácido Fosfórico como mejoradar de color en la industria panelera (CIMPA).. 26. Determinación cuantitativa de fósforo por el método de espectrofotometría de absorción atómica.. 31. Concentraciones ensayadas de cada colorante.. 31. Determinación de la longitud de onda de mayor absorción de luz.. 32. Porcentaje de transmitancia leído a la longitud de onda de mayor absorción de luz.. 33. Lecturas del porcentaje de transmitancia a la Longitud de onda óptima en muestras mantenidas bajo diferentes condiciones.. 33. Estudio comparativo técnico-económico del uso de colorantes atóxicos en la elaboración de panela.. 34. Composición química de los mucílagos usados en la elaboración de panela.. 37. TABLA 5.2. Composición -física del baleo y del cadillo.. 37. TABLA 7.1. Composición del jugo crudo de la caña.. 46. TABLA 9.1.. Límite de los en las región. inferior, superior y promedio, diferentes parámetros analizados muestras de panela obtenidas en la de la Hoya del Río Suárez.. 62. Análisis comparativo del azúcar refinado, moscabado y panela (Laboratorio Instituto Aznboisse de Francia).. 63. TABLA 3.11. TABLA 3.12. TABLA 3.13. TABLA 4.1.. TA?LA 4.2 TABLA 43 TABLA 4.4. TABLA 4.5.. TABLA 4.6. TABLA S.I.. TABLA 9.2.. TABLA 9.3. Contenido de nutrientes de la panela, azúcar, miel de abejas, miel de caña, chocolate en pastilla y café tostado y molido.. nl.. 66.

(7) Pág. TABLA 9.4.. comparación de nutrientes del agua de panela, chocolate con azúcar, café negro, coca-cola, gaseosas y cerveza.. 67. Dimensiones de los parales y travesaños de las gaveras para panela cuadrada de 125, 250, 500 y 100 gramos.. 70. Dimensiones de los parales y travesaños de las gaveras para panela rectangular de 125, 250, 500 y 1000 gramos.. 71. Dimensiones de las gaveras para panela redonda de 125, 250, 500 y 1000 gramos.. 73. Dimensiones de la base parales y travesaños de la gavera para panela en forma de pastilla con cresta redonda de 125 250, 500 y 1000 gramos.. 76. composición físico-química promedio de la panela pulverizada.. 81. Resultados de análisis organolépticos de la panela.. 90. Resultados de análisis bromatológicos de la panela.. 91.. TABLA 11.3. Formulaciones para dulce blando y duro.. 92. TABLA 11.4. Análisis bromatológicos de los dulces de panela.. 93. Análisis microbiológicos de los dulces de panela.. 93. Acidos aprobados para consumo humano y su poder de inversión.. 98. Análisis físico-químicos de la miel virgen de caña.. 103. Propiedades físico-químicas del agua usada para embotellado.. 103. TABLA 12.4. Análisis del agua carbonatada.. 104. TABLA 12.5. Formulación teórica de una gaseosa con sabor a maracuyá para un tamaño de lote de 58,9 d&.. 104. Análisis físico-químico del producto terminado.. 105. Análisis microbiológico del producto terminado.. 106. TABLA 10.1. TABLA 10.2. TABLA 10.3 TABLA 10.4. TABLA 10.5 TABLA 11.1 TABLA 11.2. TABLA 11.5 TABLA 12.1 TABLA 12.2 TABLA 12.3. TABLA 12.6 TABLA 12.7. iv.

(8) Pág. Aporte nutricional en (%) de la gaseosa producida con miel de caña con respecto a la recomendación ponderada diaria, para la población colombiana.. 107. Composición del aporte nutricional de la gaseosa producida a partir de miel de caña con otras gaseosas.. 108. TABLA 13.1. Composición química de la guayaba.. 110. TABLA 13.2. Balance de materia en la elaboración de bocadillo con sustitución de 25, 50, 75 y 100% de azúcar refinado por panela.. 112. Análisis físico-químicos del bocadillo elaborado con sustitución del 25, 50, 75 y 100% del azúcar refinado por panela.. 112. Composición físico-química del bocadillo de guayaba con panela y con azúcar.. 114. Resultados análisis microbiológicos del bocadillo de guayaba edulcorado con panela.. 115. Características de frutas en almíbar de mieles de caña.. 119. Análisis bromatológicos de la muestra original.. 125. Análisis bromatológico comparativo de las muestras enriquecidas, inoculadas y fermentadas.. 125. Recuento de levaduras presentes en cachaza.. 126. TABLA 15.4. tdentificacióñ y morfología de las colonias por el método de John Hansen.. 127. TABLA 16.1. Resultados análisis físico-químicos de mieles invertidas con ácido Cítrico y Fosfórico.. 132. TABLA 12.8. TABLA 12.9. TABLA 13.3. TABLA 13.4 TABLA 13.5 TABLA 14.1 TABLA 15.1 TABLA 15.2. TABLA 15.3. -. 134. TABLA 17.1. Resultados evaluación trapiches.. TABLA 17.2. Cambios en el pH, Indice de Atenuación y Turbiedad entre jugo crudo y prelimpiado.. 137. Cambios en las propiedades físico-químicas de jugo prelimpiado a jugo clarificado.. 139. Cambios en las propiedades físico-químicas de jugo clarificado a miel.. 140. TABLA 17.3 TABLA 17.4. y.

(9) Pág. TABLA 17.5 TABLA 17.6 TABLA 18.1 TABLA 18.2. TABLA 18.3. TABLA 18.4. Cambios en las propiedades físico-químicas de miel a panela.. 141. Cambios en las propiedades físico-químicas de jugo preli.npiado a panela.. 142. Humedad inicial (% base húmeda) de la panela (Hip), utilizada en el ensayo.. 147. Contenido de humedad de equilibrio (%) promedio para los dos tipos de panela, a diferentes temperaturas y humedades relativas.. 147. Análisis estadístico y determinación de los modelos matemáticos, para interpretar el contenido de humedad de equilibrio (CHE).. 148. Coeficientes de las ecuaciones resultantes para las temperaturas estudiadas, entre 60% y 90% de humedad relativa.. 149. vi.

(10) LISTA DE FIGURAS Pág. FIGURA 1.1.. FIGURA 3.1.. Diagrama del proceso de elaboración de panela.. 4. Diagrama de flujo para la elaboración de panela en el laboratorio.. 19. Vista isométrica, techo y frente lateral, respectivamente del prelimpiador uno.. 49. Vista de techo, corte A-A' y vista de frente del prelimpiador dos.. 50. FIGURA 7.3.. Ubicación de los preliznpiadores.. 52. FIGURA 10.1. Vista superior frontal y lateral respectivamente, de los parales y travesaños para la panela cuadrada.. 69. Vista superior frontal y lateral respectivamente, de los parales y travesaños para la panela rectángular.. 71. Perspectiva (vista isométrica..), de la gavera para panela redonda de 500 gramos.. 72. FIGURA 7.1. FIGURA 7.2.. FIGURA 10.2. FIGURA 10.3. FIGURA 10.4 Vista superior frontal y lateral de la gavera para panela redonda. (Las dos últimas vistas están en corte). FIGURA 10.5. FIGURA 10.6. FIGURA 10.7. FIGURA 10.8 FIGURA 10.9. 73. Vista superior frontal y lateral respectivamente, de la base, los parales y travesaños para elaborar panela en forma de pastilla con cresta redonda.. 74. Perspectiva(vista isométrica) de la gavera para panela tipo pastilla con cresta redonda de 500 gramos.. 75. Vista superior frontal y lateral respectivamente, de la base, los parales y travesaños para elaborar panela en forma de pastilla con cresta triángular.. 77. Forma que toma la cresta triangular después de desbastarle la punta o filo.. 79. Perspectiva (vista isométrica) de la gavera para panela tipo pastilla con cresta triángular de 500 gramos.. 80. FIGURA 10.10 Formas del producto terminado.. vi¡. 80.

(11) Pág. FIGURA 10.11 Vista en planta del cuarto de batido y moldeo, para la elaboración de panela.. 83. FIGURA 10.12 Vista frontal y lateral del cuarto de batido.. 84. FIGURA 11.1 Operaciones del proceso para elaboración de cada tipo de dulce.. 95. FIGURA 12.1. Diagrama de flujo para la obtención de gaseosas a partir de miel de caña.. 101. FIGURA 13.1. Balance másico en la elaboración de bocadillo edulcorado con azúcar.. 111. FIGURA 13.2. Balance de masa para la producción de bocadillo con sustitución del 100% del azúcar refinado por panela.. 113. FIGURA 14.1. Diagrama de flujo para la elaboración de dulces.. 117. FIGURA 14.2. Diagrama de flujo para la elaboración de frutas en mieles de caña y panela.. 118. FIGURA 15.1. Métodos de identificación de levaduras.. 124. FIGURA 18.1. Isotermas de humedad de equilibrio para panela.. vi¡¡.

(12) INTRODUCCION La proaucción de panela en Colombia es una agroindustria de características típicamente rurales, establecida desde la llegada de los españoles a América. En el País existen un gran número de pequeños productores, cerca de 30.000 trapiches, dispersos en toda su geografía y ubicados en las zonas de menor desarrollo tecnológico y económico, los cuales solamente hasta en los últimos tiempos han venido a conocerse entre si gracias al desarrollo de las, diferentes vías de comunicación. Si a lo anterior se suma la carencia tradicional de apoyo del estado a las actividades de investigación para la generación y transferencia de tecnología, se obtiene como resultado un renglón productivo con un desarrollo tecnológico de características artesanales, donde las soluciones a, los problemas son netamente empíricas y las costumbres se vuelven leyes regionales. Lo anterior ha traído como consecuencia una gran diversidad de diseños y sistemas operativos, así como el uso múltiple de diferentes sustancias en la elaboración de la panela y ha originado una gran cantidad de formas de presentación destinadas a los diversos mercados regionales. La falta de uniformidad en pesos, formas, tamaños, colores, texturas, estructuras, composición y la carencia tradicional de control de higiene y limpieza en la elaboración de la panela y de otros derivados de la caña en los trapiches, así como la presentación en formas difíciles de utilizar, ha disminuido notoriamente el consumo nacional y limitado en forma casi absoluta la exportación de este producto cuyas bondades nutricionales son bastante significativas. Las primeras actividades del CIMPA estuvieron enfocadas a una caracterización de la industria panelera en Colombia y más específicamente en la Hoya del río Suárez, mediante diagnósticos técnicos y socioeconómicos. En el caso de los problemas que afectan la calidad de la panela y limitan su consumo se realizaron estudios para definir la composición y valor nutricional, para mejorar la limpieza de los jugos y la calidad de la panela logrando un producto natural, sano, nutritivo y libre de sustancias extrañas y de aditivos químicos nocivos para la salud. También se ha trabajado intensivamente para mejorar las formas de empaque y presentación tradicionales y ofrecer otras innovativas que penetren nuevos mercados o recuperen los perdidos. Así mismo, se han desarrollado más de 55 formulaciones donde la panela sustituye parcial o totalmente al azúcar. Un caso importante es la elaboración de dulces de guayaba, que en colombia puede 'llegar a consumir cerca de 70.000 toneladas de panela al año..

(13) 1 • PROCESO DE ELABORACION DE PANELA Inicialmente se hará una breve descripción del proceso de elaboración de panela que permita visualizar las etapas, insumos y características de esta agroindustria.. La materia prima para la elaboración de la panela, es la caña de azúcar, planta que se siembra en diferentes regiones del país, y que gracias a las condiciones climatológicas del mismo se cosecha durante todo el año. Es necesario al iniciar un cultivo tener en cuenta las variedades que más se adapten a la zona de acuerdo al tipo de suelo y condiciones climáticas para así obtener los mayores rendimientos por hectárea. El proceso de beneficio en si, comienza con el corte de la caña, hay dos formas de realizar esta, tarea: una por parejo, que es el mas usado y recomendado y otra por entresaque o desguíe. En el primer caso el corte es general, mientras en el segundo solo se cortan los tallos maduros dejando los tiernos en el lote. Una vez cortada la caña, se alza y transporta al molino, generalmente en mulas debido a las condiciones topográficas de las zonas paneleras. El apronte o almacenamiento de caña previo a la iniciación de la molienda, se hace con el objeto de mantener abastecido de caña el molino. Este es necesario en regiones en donde la molienda es continua y superior a cinco días. La caña debe permanecer almacenada el menor tiempo posible, pues se ha observado que aprontes prolongados influyen tanto en la extracción de los jugos como en, la calidad de la panela, dificultando el proceso de limpieza y acelerando la inversión de la sacarosa. Una vez iniciada la molienda, la caña se pasa a través del molino en el cual por medio dé presión física se le extrae su jugo, obteniéndose además el bagazo. La cantidad de jugo a obtener depende del ajuste de las mazas del molino (Figura 1.1.). El bagazo obtenido se denomina "bagazo verde" y su humedad depende del grado de extracción del molino fluctuando entre 50 y 60%. Este bagazo se lleva a un sitio denominado bagacera en el cual se almacena hasta alcanzar una humedad cercanA al 30%, valor necesario en la mayoría de las hornillas para poder utilizarlo como combustible. El bagazo adicionalmente se puede hidrolizar y hacer parte de la dieta alimenticia de los animales. El jugo obtenido se conoce cómo jugo crudo sin clarificar y es pasado a través de sistemas dé prelirnpieza, con el fin de retener la mayor cantidad de impurezas y así facilitar el proceso de clarificación. Después pasa a un tanque de almacenamiento o directamente a la paila recibidora..

(14) Posteriormente se adicionan los agentes clarificantes siendo los • más conocidos los mucílagos vegetales del balso, cadillo y guásimo. La clarificación debe realizarse bajo ciertas condiciones de tiempo y temperatura y de su eficiencia depende en gran parte la calidad del producto terminado. En esta fase del proceso se obtiene la cachaza, subproducto utilizado en la alimentación animal. Terminada la clarificación, se inicia la evaporación del agua aumentando considerablemente la concentración de los azúcares en los jugos. Durante esta etapa se adiciona cal con el fin de reducir la hidrólisis de la sacarosa y mejorar el grano o dureza de la panela. La evaporación finaliza cuando se alcanza el punto de mieles. La última fase del proceso en la hornilla se denomina concentración y en ella se adiciona aceite de higuerilla, cebo o cera de laurel que cumplen funciones de lubricante y antiespumante. El punto final de panela se obtiene a temperaturas entre 120 y 125 0 c cuando se alcanza un contenida de sólidos solubles de 90 a 92% La 'panela líquida se deposita en una batea con el fin de que por acción de batido intensivo e intermitente se enfrié, pierda su capacidad de adherencia y adquiera la textura necesaria para el moldeo. El moldeo se realiza en unos recipientes denominados gaveras en los cuales la panela solidifica adquiriendo su forma definitiva. Las gaveras pueden ser redondas, cuadradas, en pastillas y de diferentes pesos.. El producto ya frío se pasa a empaque existiendo gran variedad de ellos, siendo los más comunes la hoja seca de la caña y la caja de cartón.. c u ç; O. ci <46 c( c Q. 2. DETERNINACION DE LA COMPOSICION FISICO-QUXMICA DE LA PANELA PRODUCIDA EN LA HOYA DEL RIO SUAREZ.. El presente estudio tuvo como marco geográfico la región panelera conocida como Hoya del Río Suárez localizada entre los departamentos de Boyacá y Santander, sobre la Cordillera oriental Andina y el Macizo de Veléz, formada casi en su totalidad por planos inclinados con pendientes que oscilan entre 10 y 15% y algunas zonas onduladas con pendientes que llegan hasta el 30%.. 3,. -J.

(15) CEXTRARAAC ION JCLAHIFICACION UGO CRUDO ZCUACH"AZ0 JUGO CLARIFICADO TNIELES PBATAIMDEOLAYLMIOQLUDIEDOA I. 1. FIGURA 1.1. Diagrama del proceso de elaboración de panela En ésta región se encuentran los municipios de Moniquirá, Toguí, Chitaraque, San José de Pare y Santana en el Departamento de Boyacá; y los Municipios. de Barbosa, Vélez, Suaita, Puente Nacional, Guepsa, San Benito, Oiba, y Guadalupe en el Departamento de Santander. La zona presenta una radiación solar intensa, con un brillo promedio de 5,41 horas-día, con lo cual se logra un porcentaje de sólidos solubles superior a las otras zonas del país. La altura sobre el nivel del mar fluctúa entre 1200 y 2200 m.s.n.m., configurando desde el punto de vista de producción de caña dos áreas diferentes: la primera delimitada entre los 1200 y 1700 m.s.n.m. y considerada la mejor para el cultivo de la caña, pues presenta períodos vegetativos bastante cortos pero una concentración de azúcares no muy alta; una segunda zona comprendida entre los 1700 y 2200 m.s.n.m., con períodos vegetativos más largos y una concentración de azúcares mayor. La región tiene una temperatura mínima absoluta de 8,8 0 c y una máxima absoluta de 28,6 0 c, con promedio de 18 0 c. La precipitación anual de lluvias es de 2300 mm y la humedad relativa de 78%. 4.

(16) Desde el punto de vista geológico, la zona se encuentra constituida en un 80% por la formación Villeta correspondiente a capas de arenisca de grano medio, esquistos calcáreos arcillosos y calcáreos piríticos. El área restante corresponde a las formaciones arcabucó y cáqueza. Los suelos son pesados, de fertilidad medio y predominio de terrenos francos y franco arcillosos. 2.1. Metodología experimental Muestreo: En la ejecución del presente trabajo se tomaron muestras de 14 trapiches ubicados en los municipios de Barbosa, Santana, Moniquirá, Guadalupe, San Benito, Charalá, Socorro, Suaita y San José de Pare. En cada trapiche seleccionado se tomaron muestras al azar en diferentes cochadas a fin de obtener un muestreo representativo de cada lugar. Las muestras se empacaron en bolsas de polietileno debidamente rotuladas con el nombre del trapiche y su localización. Posteriormente en el CIMPA se procedió a realizar una descripción más detallada de las características del material recolectado. Los análisis se efectuaron en los laboratorios de CIMPA, insumos pecuarios del leA en Tibaitatá y la Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotá.. Preparación de Muestras para Análisis En cada muestra recolectada se procedió de acuerdo al método de reducción, de materia por el sistema de cuarteo, conforme a lo reglamentado por la norma ICONTEC 1706, tomando para cada trapiche una muestra homogeneizada y su respectiva contrainuestra de 100 g. Estas se empacaban inmediatamente en doble bolsa de polietileno, rotuladas, selladas y almacenadas a temperatura de 4°C, humedad relativa del 82% para su posterior análisis. Análisis Realizados Peso : Acidez: Color. Determinación en balanza analítica. En solución de panela preparada al 20% relación c/u en base seca. En solución de panela al 5% relación c/u en base seca, previamente filtrada.. Lectura espectro fotométrico a longitud de onda de 550 nm expresando el resultado como %T. 5.

(17) Turbiedad: En solución de panela al 5% relación c/u en base seco y lectura espectrofotométrica a 620 ñm expresando el resultado como % T. Sacarosa y Azúcares Reductores: Método Lane-Eynon 31034 AOAC 1975. Humedad: Método 32005-6 de la AOAC 1975.. -. Cenizas: Método 31012 AOAC 1975 Proteína Cruda (%N x 6,25): Método Kjendahl utilizando como catalizador una mezcla de sulfato de cobre, sulfato de potasio y selenio. Grasa: Técnica de extracción con eter etílico. Fibra: Eliminación del contenido graso y posterior digestión ácido alcalina. Minerales: Método descrito en Analytical Methods Por Atomic Absortion Spectrophotometry 1971. Colorantes artificiales: Método arata.. 2.2. Resultados y discusión A continuación se presenta en forma detallada los resultados obtenidos del análisis físico-químico efectuado a las muestras de panela elaborada en la Región Hoya del Río Suárez (Tabla 2.1). Humedad. El porcentaje de humedad oscila entre 5,61 y 10,40%, con ésta amplia variación se presentan dos tipos diferentes de producto: el primero de humedad baja, conformación dura y sólida, resistente a las operaciones de corte y reducción de tamaño y almacenamiento prologando; el segundo con humedad bastante alta originando panela de textura pastosa y melcochuda presentando dificultad en la reducción de tamaño. La humedad final de la panela tiene relación directa con la vida útil del producto dado que humedades finales altas aumentan la susceptibilidad al ataque por microorganismos especialmente hongos ocasionando pérdidas de producto y de calidad. La diferencia en la humedad final del producto se debe primordialmente a que durante el proceso de elaboración no se realiza un eficiente control térmico, dando en muchos casos "Punto" a la panela a temperatura muy baja, 6.

(18) realizándose menor evaporación, produciendo por lo tanto panela con alta humedad. La situación opuesta se da cuando. la temperatura de "Punteo" es excesiva produciéndose caramelizaci6n de los azúcares, pérdida de humedad y panela oscura con textura seca y arenosa.. TABLA 2.1.. Resultados tisicoquímicos.promedos de panelas de la Hoya del Río Suárez.. TRAPICHE HUMEDAD COLOR 550 rin TURS. 620 rin SACAROSA AZUCARES RED. (X) (XT) (X) (XT) (X). 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14. 10,09 5,80 6,90 6,06 6,19 7,63 5,93 10,18 9,72 5,86 9,13 6,06 5,77. 9,37. 54,40 40,00 35,00 37,79 37,79 48,63 34,54 38,57 75,90 42,00 38,96 39,96 42,40 39,86. Prnedio 7,48. 50,11 39,54 36,00 38,00 36,15 48,96 32,79 36,30 71,78 45,10 42,00 42,10 44,40 40,73. 76,75 82,02 81,77 83,35 82,53 79,93 84,48 75,72 77,24 81,98 19,11 84,03 84,18 79,62. 10,80 10,31 8,59 8,51 8,91 9,84 1,26 11,95 10,28 8,81 9,20 7,26 7,10 9,19. 80,91. 9.15. pH. 5,95 5,85 6,10 6,05 5,99 6,05 6,15 5,90 5,80 6,17 5,7.7 5,83 5,91 5,85 5,95. PROTEINA CENIZAS PESO (N*6,25) (g) (X) 0,79 0,63 0,63 0,46 0,79 0,54 0,66 0,91 0,77 1,13 0,83 0,55 0,74 0,39 0,70. 0,95 0,61 0,95 1,04 1,00 1,18 1,19 0,72 1,32 1,00 1,16 1,36 ''II 0,90 1,04. 456,20 378,00 425,20 "5,70 413,30 437,10 498,40 492,10 426,00 405,00 420,00 904,00 446,20 409,80 434,80. pH . (Acidez) Las soluciones de panela obtenidas de las respectivas muestras, presentaron una variación de acidez mínima estando sus límites entre 5,75 y 6,17 con promedio de 5,95 como se ve en la Tabla 2.1. La variación no alcanzó la medida unidad de pH y todas las muestras analizadas se encuentran dentro de los límites permisibles arrojados por la literatura (17). Aunque este parámetrq no es considerado como determinante para la calidad, selección y clasificación de la panela, es un factor que debe controlarse dado que influye en las reacciones de inversión de la sacarosa en mayor o menor grado y por en el porcentaje de azúcares reductores que inciden directamente en la calidad final del producto y en el cambio del punto isoeléctrico, donde tiene lugar la precipitación de las proteínas presentes en los jugos de caña. Lo anterior depende del tratamiento a que son sometidos los guarapos durante la etapa de clarificación. Color y Turbiedad Para el análisis de color se puede observar en la Tabla 2.1 la existencia de un intervalo de variación muy amplio, que parte de un valor mínimo de 34,54 % T, con color característico ámbar oscuro, hasta un resultado máximo de 75,90 %T dando su solución una coloración amarillo tenue muy cristalina. 7.

(19) Por lo general las muestras analizadas se encuentran entre 35% y 42% donde las coloraciones de sus soluciones son de color naranja oscuro. La diferencia de las lecturas calorimétricas de las soluciones son debidas a factores intrínsecos, que son originados por los colorantes naturales de la caña como antocianinas, clorofilas y compuestos férricos principalmente; también las variaciones son débiles a factores extrínsecos tal es el caso del uso de- sustancias colorantes y agentes blanqueadores. Sin embargo todas las muestras analizadas caen dentro de los límites establecidos por las entidades estatales de máximo 75% T y mínimo 30% T. En lo referente a la determinación de turbiedad, está relacionada directamente con la concentración de sólidos insolubles en suspensión. Valores altos de transmitancia en soluciones de panela, indican concentraciones muy bajas de sólidos en suspensión es decir soluciones , brillantes y transparentes de panela que ofrecen poca resistencia al paso del haz de luz; por el contrario el caso de valores bajos de transmitancia indican soluciones con altos porcentajes de sólidos en suspensión ocasionado la opacidad de las mismas, debido principalmente a compuestos que no son extraídos ni retirados eficientemente durante la etapa de clarificación. En general se puede afirmar que observando los resultados de turbiedad de las soluciones de panela la gran mayoría de las muestras analizadas caen - - - dentro de los límites de transmitancia por las entidades gubernamentales 19%T mínimo y 70%T máximo). Azúcares El contenido de azúcares en las muestras analizadas puede verse en la Tabla 2.1 en la cual se observa que el promedio de sacarosa de las muestras analizadas es de 80,91%, y de 9,15% para azúcares reductores. Las pérdidas de sacarosa son debidas a factores tales como la utilización de cañas sobremaduras en la fabricación de panela ya que éstas tienen en su composición un alto contenido de azúcares reductores formadas por desdoblamiento de la sacarosa producida por la acción de la enzima invertasa; otro factor considerable de pérdidas de sacarosa se presenta cuando transcurren.tiempos largos tanto entre el apronte y la molienda como en la hornilla incrementado el proceso de inversión. Panela con porcentaje de azúcares reductores superiores al 12% dan productos de textura blanda y melcochuda impidiendo una adecuada solidifación de la panela perjudicando la calidad del producto.. E;].

(20) Proteína (% N x 6,25) El contenido de proteína en la panela fue en promedio de 0,70% como puedé apreciarse en la Tabla 1, valor que se encuentra dentro de los límites determinados por el Ministerio de Salud e ICONTEC, pero que es realmente bajo para poder catalogar la panela como alimento altamente proteico. Este valor del porcentaje de proteína se explica por el comportamiento químico de éstos compuestos durante el proceso de elaboración de panela. La extracción hace que se quede el mayor porcentaje de proteína en el bagazo (con relación al porcentaje presente en la caña). Durante el encalado que da como resultado el incremento del pH y la acción del calor las proteínas por su alta inestabilidad se precipitan y por efecto de los mucílagos vegetales usados en la clarificación se aglutinan y aparecen en la cachaza quedando únicamente en los guarapos un remanente que por efecto de las altas temperaturas y el prolongado tiempo durante la evaporación y concentración se desnaturaliza, dando como resultado en el producto terminado cantidades mínimas de compuestos proteícos. Cenizas El contenido de cenizas es un parámetro muy importante en la composición bromatológica de la panela ya que en ellos se puede determinar en gran medida el valor nutricional del producto; El porcentaje de cenizas en la Hoya del Río Suárez oscila entre 0,61 y 1,36% con un valor promedio de 1,04% que encaja perfectamente dentro de los límites de calidad establecidas (0,9 y 1,9%). La variación en el contenido de cenizas se debe a la calidad de la caña utilizada para la elaboración de panela en la que inciden características como la variedad misma, métodos de siembra, tipo de suelo, controles de fertilización, factores climáticos, edad de corte y manejo de jugos. otro factor que tiene incidencia directa en el contenido de cenizas es el relacionado con la adición de diferentes sustancias durante el proceso tales como cal (Cao), que aumenta en forma considerable la presencia de calcio. Peso y forma Las muestras recolectadas para el presente estudio presentan en su totalidad forma paralelípeda (cuadrada) que es la forma común y generalizada de producción y comercialización de la Región Hoya del Río Suárez. En su mayoría presentan características de esponjosidad y rugosidad, defectos éstos de fabricación producidos en el primer caso por acumulación de aire, dando como resultado depresiones pronunciadas en el centro de sus 9.

(21) caras. En el segundo caso (rugosidad) panelas que presentan alteraciones en la tersura de sus caras, como arrugamientos, depresiones, huecos y pliegues. El peso del producto elaborado en la zona presenta oscilaciones grandes (120 g en el mayor de los casos), con un promedio de 434,86 g como puede observarse en la Tabla 1. Según la norma ICONTEC la panela debe comercializarse en presentaciones de 125, 250, 500 y 1000 g. Grasa La cantidad de sustancias grasas que contiene la muestra representativa de panela analizada en el presente estudio es del orden de 0,140 % en promedio, según se aprecia en la Tabla 2.2. Inicialmente el jugo de caña contiene una gran concentración de sustancias flasas, ceras y resinas que se enóuntran en forma coloidal y debido a su baja densidad flotan hacia la superficie del jugo sin clarificar, entrando a formar parte de la cachaza que luego es retirada durante la etapa de clarificación; una insignificante cantidad- de material graso de mediana densidad permanece en suspensión haciendo parte del producto final.. La cantidad grasa presente en forma significativa en la panela proviene de la adición de cebos y aceites vegetales usados como lubricantes y antiespumantes en la paila punteadora. Este material es directamente proporcional a la cantidad añadida durante el proceso. Fibra. En los estudios de composición de panela elaborados con anterioridad no se menciona valor alguno de este componente en el producto terminado. Sin embargo, y como puede apreciarse en la Tabla 2.2 el contenido de fibra presente en las muestras analizadas en éste estudio es de 0,236 % en promedio, valor éste no muy significativo. El jugo de caña originalmente posee una cantidad de fibra muy baja, pero durante la extracción pasan algunas pequeñas cantidades de material vegetal como bagazo y bagacillo que no son retenidas por el prelimpiador ni eliminadas en la clarificación si esta etapa no ha sido realizada eficientemente, haciendo que permanezcan remanentes en los guarapos, y posteriormente en la panela comunicándole desagradable presentación y pérdidas de calidad al producto terminado.. 10.

(22) TABLA 2.2. Contenido de grasa y fibra de las muestras de. panela analizadas. TRAPICHE R Promedio. CONTENIDO DE FIBRA (%). CONTENIDO GRASO (%). 0,236 0,236 0,236. 0,151 0,128 0,140. R': Muestra representativa R": Contramuestra representativa En la Tabla 2.3 se muestra el contenido promedio de minerales de las muestras de panela analizadas, así como los limites superior e inferior y el promedio de los otros parámetros analizados. Minerales Los elementos detectados en el presente estudio fueron calcio, potasio, hierro, magnesio, fósforo y sodio catalogados en nutrición como macronutrientes; también se encontraron zinc y magnesio calificados como micronutrientes, como se muestra en La Tabla 2.3.. El calcio es el elemento que en mayor concentración se encuentra en la panela producida en la Región Hoya del Río Suárez con un valor promedio de 204,96 mg/100 g, cifra muy significativa dado que éste nutriente es escaso en la dieta nacional. Aunque este valor promedio es elevado, se presenta una extensa variabilidad en torno a las muestras analizadas partiendo de valores mínimos de 57,8 mg/100 g hasta otros muy altos de 464 mg/100 g. Estas diferencias son debidas a la adición de cal (Cao) durante el proceso, que va de acuerdo a las condiciones que presenten los guarapos al entrar en la etapa de clarificación. El segundo elemento en importancia en cuanto a la concentración de minerales es el potasio, que presenta un valor promedio de 164,92 mg/100 g con valores que oscilan entre 59,0 y 366 mg/100 g. Esta variación es debida a la materia prima utilizada, es decir la variedad de caña y su respectivo contenido de potasio. En cuanto al fósforo, presentó una concentración promedio de 66,42 mg/100 g presentando variaciones debidas a factores tales como edad, variedad, tipo de suelo y fertilización. El porcentaje de fósforo en la caña es definitivo para facilitar la clarificación y tiene una relación directa con el color de los jugos y el producto terminado.. 11. f. (:. o oo t_. O tu £J. ca ca -.

(23) El sodio aparece con una concentración promedio de 60,07 mg/100 g valor proporcionado en su gran mayoría por la cantidad de clarol consumida en el proceso. Este compuesto tiene como componente principal el hidro-hipo sulfito de sodio Na 2S 4 y por lo tanto su contenido final es proporcional a la cantidad adicionada de éste agente blanqueador.. TABLA 2.3. composición de la panela producida en la Región Hoya del Río Suárez. Límites superior, inferior y promedio.. Humedad Proteína Nitrógeno Grasa Fibra Azúcares Reductores Sacarosa Cenizas. LIMITE SUPERIOR. LIMITE INFERIOR. PARAMETRO. 0,39 0,06 0,19 0,27. 10,18 1,13 0,18 0,15 0,27. 7,48 0,70 0,11 0,14 0,27. 7,10 75,72 0,61. 12,05 84,48 1,36. 9,15 80,91 1,04. 28,00 40,00 59,00 57,00 1,20 34,00 1,30 2,20 34,54 32,79 5,77 378,00. 61,00 80,00 366,00 472,00 4,05 112,50 3,35 8,00 75,90 71,78 6,17 498,00. 44,92 60,07 164,93 204,96 1,95 06,42 2,44 4,76 55,22 52,28 5,95 434,86. 51. % %. VALOR PROMEDIO. Minerales mg/100 g Magnesio Sodio Potasio Calcio Manganeso Fósforo Zinc Hierro Color % T (550 nm) Turbiedad -%T (620 nin) pH (Acidez) Peso (g) Poder Energético 312,00 100%. Calorías / 100 g Parte comestible. 3 • ESTUDIOS PARA EL MEJORAMIENTO DEL COLOR DE LA PANELA. 3.1 introducción Las exigencias del mercadeo de la panela, hacen necesaria la utilización de aditivos químicos durante su elaboración, con el fin de proporcionar una- agradable apariencia al producto terminado. 12.

(24) Uno de esos aditivos es el Hidra o Hiposulfito de sodio conocido con el nombre comercial de "clarol", el cual ha sido cuestionado par su carácter tóxico ya que produce trastornos gastrointestinales principalmente en la población infantil. De ahí surge la necesidad de sustituir dicho aditivo por uno de características inocuas que cumpla la misma función y se adapte a las exigencias técnico-económicas de la producción panelera. La presente investigación estudió la posibilidad del uso de aditivos químicos y métodos físicos de blanqueo en la industria alimenticia, tales como ácido ascórbico, ascorbato de calcio, peróxido de urea, carbones activados, tierras de blanqueo, fique, lechos filtrantes y fosfato monocálcico. Se tomó como patrón de lectura de color el índice de atenuación (% 1' a 420 n.m) , sistema que se emplea internacionalmente en productos que poseen alta concentración de sacarosa. La fase final del proyecto se enfocó hacia el fosfato monocálcico por los buenos resultados obtenidos en los ensayos preliminares. Se emplearon las variedades Hawai 507209 y Ragnar Verde, por ser la primera de amplia difusión en la zona de estudio y los segundo por tratarse de una variedad promisoria; seis concentraciones de fosfato monocálcico y tres tiempos de maduración los cuales se escogieron con base a las edades de corte más empleadas en la región y la posible incidencia de éstos con respecto al color final del producto. La investigación se realizó en la región Hoya del Río Suárez donde se localiza el área de mayor producción de panela en Colombia y por ser la sede del Centro de Investigación, CIMPA.. 3.2. Revisión de Literatura. La caña de azúcar al igual que todas las plantas, posee sustancias colorantes las cuales se extraen en la molienda, pasando a formar parte del jugo crudo y transmitiendoa la panela coloraciones que en muchos casos hay que eliminar o transformar. Originalmente los pigmentos presentes en la caña son las xantofilas, carotenos, clorofilas y antocianinas. Las tres primeras son insolubles en agua y soluciones de azúcar, no revistiendo por lo tanto problemas en la coloración final de la panela siempre y cuando se haya realizado correctamente el proceso de clarificaci6n. Las antocianinas pertenecen al grupo de los polifenoles y se oscurecen al combinarse con las sales de hierro. Los principales pigmentos responsables 13.

(25) de las coloraciones oscuras en los jugos de caña son los polifenoles, los cuales al reaccionar ton el hierro y el oxígeno dan origen a compuestos de color oscuro. Los más importantes son los taninos, los hidroxifen6licos de la antocianina de la corteza y la sacaretina de la fibra de la caña.. Debido a las exigencias del mercado, los paneleros deben utilizar sustancias blanqueadoras tales como el metabisulfito de sodio o hidrosulfito de sodio, conocido comercialmente como clarol, el cual se adiciona en una concentración aproximada de 75 ppm a una temperatura de 95-97 0 c; su efecto de blanqueo es inmediato pero su acción reversible y su uso está prohibido (resolución 10092182 Mm-Salud) por ser considerado un compuesto tóxico. La Food And Arug Administration de Washington (1978) dice que los sulfitos no han sido reglamentados para uso como aditivo alimentario ni aparecen incluidos en el codex químico. La FAO/OMS (1978) dice "No sabemos que se produce Hidrosulfito de sodio de calidad alimentaria, ni que éste producto encuentre aplicaci6n en la elaboración de alimentos". El hidrosulfito de sodio del comercio tiene normalmente un 85% de Na 2S204 puro y se fabrica para usos técnicos sin preocuparse de su posible empleo en alimentos, por lo que bien pudiera contener impurezas o productos de reacción que podrían ser perjudiciales para el hombre. Esta información científica conlleva a prohibir en Colombia el uso de decolorantes de origen químico. El comite de expertos del Codex Alimentario ha establecido para el hombre una ingesta diaria admisible de agentes sulfitados de 2,1 mg/kg peso corporal/día. El comite de expertos de la FAO y aditivos alimentarios ha establecido una ingesta diaria admisible de 0,7 mg/kg peso corporal/día. Ingestas superiores a éstos límites pueden producir dolor abdominal y vómito. Excesos muy grandes (3,5 g/kg peso corporal/día) irritación gastrointestinal y vómito. Existen sustancias que producen efectos blanqueadores y pueden adicionarse directamente al jugo de caña. para mejorar el color de los mismos y por tanto del producto terminado. En la industria alimenticia se entiende por blanqueador una sustancia o mezcla de éstas que son adicionadas intencionalmente y provocan la eliminación de materias colorantes para aproximarse al blanco o atenuar la intensidad de determinado color en un alimento. De esta definición se exceptúa cualquier material decolorante o blanqueador de uso no permitido por estudios que han demostrado toxicidad. En el caso de los jugos de caña de azúcar para elaborar panela, se han empleado medios físicos y químicos para eliminar los pigmentos naturales de la caña, como son los carotenos, antocianinas, clorofilas y polifenoles 14.

(26) férricos, los cuales son de difícil extracción en el proceso normal de clarificación. La decoloración o blanqueo del jugo de la caña de azúcar puede efectuar por medios químicos o medios físicos. El blanqueo químico consiste en la transformación de las impurezas colorantes en combinaciones incoloras, por medio de propiedades como la oxidación o reducción de las sustancias pigmentadas cuyos productos de decoloración sean inofensivos o se puedan eliminar fácilmente. A este grupo de blanqueadores pertenecen: el ácido as córbico (C6H06 ), ascorbato de calcio ( C 12 H,, Ca0 12 2H20), contacto con gas carbónico, peróxido de urea (CHe N 2 U3 ), peróxido de hidrógeno (0202), fosfato monocálcico (CaE4(PO4)42). El blanqueo físico es la eliminación de las coloraciones, aprovechando una propiedad física como la insolubilidad, para su posterior filtración o adsorción por medio de uerpos porosos. Los más usados para este propósito son los carbones activados, el fique, las tierras de blanqueo y lechos filtrantes.. 3.3. Materiales y métodos. Localización Los ensayos de éste trabajo fueron realizados en las instalaciones del Convenio ICA-Holanda de Investigación y Divulgación para el Mejoramiento de la Industria. Panelera CIMPA (plantaciones, trapiches y laboratorios y las variedades de caña utilizadas POJ 2878, POJ 2714, Puerto Rico 61632, Hawai 507209, Ragnar Verde, Coimbatore 421.. 3.3.1. Equipos y Materiales Los instrumentos utilizados para el desarrollo de la investigación fueron: -. Autoclave: Marca Hirainaya MFG CORP, Modelo HA_3A. Balanza Digital: Marca Mettler, Modelo PE 3600. Balanza de Precisión: Marca Mettler, capacidad 400 G, Modelo P 1210. Balánza de Plataforma: Marca Sauter, capacidad 600 kg. Espectrofotómetro: Marca Shimasu, Modelo U y 160. Espectrofotómetro: Marca Bausch-Lomb, Modelo Spectronic 70. Molino: Marca el panelero, modelo R-14, Mazas 8.3 r.p.m, abertura de entrada 13 mm, de salida 0.6 mm. - Motor: Marca WeStinghouse, potencia 15 H.P. 15.

(27) -. Peachimetro: Marca Bausch and Lamb, escala 0-14. Platos de calefacción: Marca bredo Scienfic, modelo 34532. Refractómetro de campo: Marca Atago, modelo AtC-1, escala 0-3208rix. Refractómetro: Marca Bausch y lamb, escala 0-100°Brix. Termocupla para líquidos: Marca Keithley, modelo k-8713. Microscopio: Marca nilkon alphaphot YS, modelo 104.. 3.3.2. Métodos. Ensayos con carbón activado Se efectuaron ensayos con carbón activado malla No.6 del cual se pasaron 30 y 60 g en balanza digital e introducidas en bolsas pequeñas de lienzo con cierre de costura. Se sumergieron dentro de dos vasos de precipitado que contenían cada uno 250 cc de jugo proveniente de la variedad POJ 2714. Como agente clarificante se uso balso y posteriormente fue observada la decoloración de los jugos con respecto a los tiempos de 5, 10 y 15 minutos leyendo sólidos solubles y analizando color en espectrofotómetro U.V. 160. Ensayos con carbón mineral El procedimiento efectuado con el carbón mineral fue igual al descrito para el carbón activado. Carbonatación El ensayo consistió en hacer reaccionar 10 g de carbonato de sodio con 10 cc de ácido muriático en un erlenmeyer de 1000 cc, provisto de salida lateral al cual se le acopló una manguera de caucho conectado a un vaso de precipitado de 450 cc que contenía jugo clarificado de la variedad Coimbatore 421 al cual le fue medido su pH inicial posteriormente calentado a temperatura de ebullición en un plato de calefacción finalmente se le determino pH, sólidos solubles (°Brix) y color (I.A). Acido Ascórbico El ácido ascórbico se mezcló con su sal en relaciones 1:1 y 1:2 en concentraciones de 200 y 400 ppm. las cantidades fueron pesadas en balanza analítica y adicionadas a beakers de 500 cc que contenían jugo clarificado de la variedad POJ 2714. Esta mezcla se agregó al jugo a 92°c, con agitación constante durante 10 minutos, trasfiriéndose luego a tubos de ensayo, para determinar color por espectrofotometría. El pH del jugo se midió antes de adicionar los reactivos y después del calentamiento. 16.

(28) Lecho filtrante. El experimento se basó en el empleo de un tubo de vidrio pirex de longitud de 90 cm y diámetros de 5,5 en la boca superior y 0,5 en la salida. El tubo se llenó con arena y gravilla de diferente granulometría con altura de 30 cm. A través de el se pasaron 250 cc de jugo clarificado a los que se les determinó pH antes y después de pasar por el lecho. La muestra después de congelada se trasladó a los laboratorios de la Universidad Jorge Tadeo Lozano para leer la transmitancia en dilución 1:25. La variedad empleada para el experimento fue la P03 2878. pique Se tomaron 500 cc de jugo de la variedad Puerto Rico 616732 y después de clarificarlos con balso de adicionaron 30 cc de extracto de fique provenientes de la maçerción de hojas de la planta. La muestra en esas condiciones se pasó a tubos de ensayo, se congeló y transportó a los laboratorios de la U.J.T.L para análisis de color en espectrofotómetro. Peróxido de Urea Se trabajó con 500 cc de jugo clarificado provenientes de la variedad P03 2714. Se ajustó el pH entre 6,0 - 6,5 con lechada de cal de 15°Baume y se adicionó el peróxido de urea en concentraciones de 0,2, 1,0 y 3,0% (p/V). Se continuó el calentamiento hasta ebullición. Se agregó nuevamente lechada de cal hasta pH de 7,2 y 400 ppm de fosfato monocálcico. Se efectuó una segunda clarificación (descachazada) y a la muestra fría se le determinó color en espectrofotómetro U.V.-lGO. Tierras Diatomeas Se tomaron muestras de 500 cc de jugos de caña clarificada de La variedad P03 2714. Como tierras diatomeas se usaron tonsil supremo y bentonita en concentraciones de 0,3% (p/u). Se tomaron muestras cada 5 minutos a temperaturas de 92 a 96 6 c espaciados cada 20 minutos. Se sometieron a filtración y luego se determinó color en espectrofotómetro u.'.' 160. Fosfato monocá].cico Se emplearon las variedades ICA 6911, Puerto Rico 61632 y P03 2878. A cada muestra de jugo se le determinó el pH y el Brix. Se tomaron 30 1 de jugo de cada variedad llevando cada muestra hasta obtener panela, utilizando una estufa alimentada con gas propano. A 55°c se adicionó el baleo (85 cc por cada 10 1) y se adicionó lechada de cal a lS°Baumé hasta pH de 5,9 a 6, 1. Se efectuó la primera limpieza o eliminación de impurezas sobrenadantes y luego se realizó una segunda adición de balso a 92 0 c para efectuar 17.

(29) el segundo descachazado. Se continuó el proceso hasta obtener panela a una temperatura de 120 0 c. A las demás muestras se les añadió fosfato monocálcico, jugo de caña brava en diferentes combinaciones, cuyas condiciones aparecen en la Tabla 3.1.. TABLA 3.1. Concentración de fosfato monocálcico y caña brava como agentes blanqueadores, adicionados a 92°c RECIPIENTE 1 2 3 4 5 6. BLANQUEADOR Caña Brava Fosfato monocálcico Fosfato monocálcico + Caña Brava Fosfato monocálcico Fosfato monocálcico + Caña brava. CON CEN TRAC ION 0 3,8 cc/1 200 ppm 200 ppm 3,8 cc/1 400 ppm 400 ppm 3,8. cdl. Las determinaciones iniciales fueron pH, porcentaje de sólidos solubles, en los laboratorios de análisis instrumental de la U.J.T.L., se efectuó el análisis colorimétrico de las panelas en un espectrofotómetro Bausch y Lomb a una longitud de onda de 550 n.m.. Observando el buen desempeño del fosfato monocálcico como agente blanqueador, se procedió a efectuar una segunda fase de experimentación empleando solamente este aditivo. El proceso seguido para todas las pruebas se describe en la Figura 3.1. -. Para este ensayo se tomaron las variedades de caña panelera Ragnar Verde y Hawai 507209 provenientes de los semilleros de CIMPA, caracterizadas por tener suelos ácidos y fértiles, las variables consideradas fueron: Tiempo de maduración: 18, 19 y 20 meses de edad, durante las cuales se efectuó el mismo proceso. Concentración de fosfatos: 0, 100, 200, 250, 300 y 400 ppm Las variables analizadas fueron: color (I.A. a 420 n.m), turbiedad (Abs a 720 n.m), fosfatos y fenoles. cada análisis se hizo por triplicado. Se efectuaron también análisis microbiológicos para recuento de hongos y levaduras.. 18.

(30) (S Litros) Calentamiento a T=50-605c Ajuste de pH a 6,0-6,2 con lechada de cal. Adición de 150 cc y , 50% del fosfato monocálcico calculado Descachazado a T=85-88 9 c. Adición de 4 cc más de balso y descachazado a T= 92-940c. Adición 50% restante de fosfato monocálcico. Punteo a T= 116-1200c. Batido Moldeo. FIGURA 3.1. Diagrama de flujo para la obtención de panela en el laboratorio.. 3.4. Resultados. Carbón activado. La Tabla 3.2. muestra la variación de color expresado como índice de atenuación con intervalos de tiempo de cinco minutos y leídos a una longitud de onda de 420 tun y recortándose el promedio de las lecturas efectuadas por triplicado.. 19.

(31) CARBON. TABLA 3.2. Variación del índice de atenuación (color) en lecturas de jugos para la variedad P03 2714 usando carbón activado. ABSORSANCIA PROMEDIO. INDICE DE ATENUACION U.I. CJRSON ACTIVADO. TIEMPO MINUTOS. 30. 5 10 15. 0,977 1,116 1,315. 11559 11261 10471. 60. 5 10 15. 1,149 1,127 1,377. 13594 11086 10418. El índice de atenuación para esta misma muestra pero en jugos clarificados fue de 7650 unidades Icumsa (U.I). Carbón Mineral Para este ensayo se tomaron las mismas variables y variedad de caña panelera que para la prueba anterior. Los resultados se reportan en la Tabla 3.3.. TABLA 3.3. variación del índice de atenuación (color) en jugos de la variedad P03 2714, usando carbón mineral. MINERAL g. ABSORBANCIA PROMEDIO. TIEMPO EN MINUTOS. INDICE DE ATENUACION (U.I). 30. 5 10 15. 1,046 1,066 1,270. 11924 11065 10293. 60. 5 10 15. 1,065 1,314 1,388. 12443 13647 10040. Carbonatación La variedad de caña Coimbatore 421 empleada en el experimento dió una lectura de índice de atenuación en jugo clarificado de 10592 U.I. Este mismo jugo se sometió a burbujeo con C0 obteniéndose los siguientes datos:. 20.

(32) 0,837 - Absorbancia : - Indice de Atenuación: 12382 U.I. Acido ascórbico. El ácido ascórbico se mezcló con ascorbato de calcio en las concentraciones que aparecen en la Tabla 3.4. el jugo clarificado proveniente de la variedad POJ 2714 dio un índice de atenuación de 7650 U.I y pa = 6,02.. TABLA 3.4. Comportamiento del pH e índice de atenuación (color), a diferentes concentraciones de ácido ascórbico y ascorbato de calcio. CON CENTR. AC. ASCORB 200 ppm 400 ppm 200 ppm. CONCENTR. ASCORBATO DE Ca. 200 ppm 400 ppm 400 ppm. pH. ABSOR2ANCIA 20 nm. 5.3 5.5 5.8. 0,91 0,83 0,82. I.A. U.I. 9057 10316 10989. Lechos filtrantes A través del lecho empacado (gravilla y arena) se pasaron jugos de la variedad P0J 2878 que poseían inicialmente un porcentaje de transmitancia de 58.2% leído a una longitud de onda de 400 nm. Los resultados fueron: 6,1 pH inicial 6,1 pH final % Transmitancia: 90 0,056 Absorbancia Tiempo de 18 min/250 cc de jugo retención. Pique. La Tabla 3.5 ilustra los resultados de las diferentes combinaciones de reactivos con el fique. Las pruebas se efectuaron con jugo clarificado de la variedad Puerto Rico 61632.. 21.

(33) TABLA 3.5. Variación de color expresado como índice de atenuación a 420 nm utilizando fique y otros reactivos. CANTIDAD REACTIVOS Fique Fique + Ac. Ascórbico Fique + Fosfato monocálcico + filtración. Fique + Filtración. TRANSMITANCIA* (% T a 420 nm). ABSOREANCIA. 30 cc 30 cc. 62,5 61,0. 0,204 0,215. 30 cc. 78,3. 0,106. 10 g 30 cc. 84,5. 0,073. 1. * Para medir la absorbancia en el jugo se efectuaron diluciones de 1 cc de jugo en 25 cc de agua destilada. Peróxido de urea Las lecturas que aparecen en la Tabla 3.6 corresponden al índice de atenuación de los jugos, de la variedad P03 2714 leídos a tres concentraciones de peróxido de urea.. TABLA 3.6. Variación de color expresado como índice de atenuación utilizando peróxido de urea. CONCENTRACION 0,2 1,0 3,0. CANTIDAD (%). pH FINAL (g). a 420 nm. 1,0 5,0 15,0. 7,9 8,0 8,1. 0,961 0,920 0,830. I. A.' U. I. 10447 10119 10073. 1] pH inicial del jugo clarificado fue de 5.4. o. Tierras Diatomeas. Se utilizaron tierras absorbentes comerciales como el tonsil y la bentonita en jugos clarificados de la variedad POJ 2714. Los resultados obtenidos aparecen en la Tabla 3.7.. 22.

(34) TABLA 3.7. Variación del color expresado como índice de atenuación utilizando las tierras diatomeas (tonsil y bentonita) como decolorante. TIPO TIERRA DIATOMEA. INDICE DE ATENIJACION. (420 mu) (U.!) Tonsil Bentonita. 1,065 0,771. 12140 9357. Fosfato monocá].cico La Tabla 3.8 muestra los resultados como agente blanqueador mezclado con caña brava. El color se determinó como porcentaje de transmitancia (%T) y absorbancia para tres variedades de caña panelera en diluciones de un gramo de panela en 100 cc de agua destilada.. TABLA 3.8. Variación de color, expresados como % transmitancia en pruebas con fosfato monocálcico y caña brava. Blanqueador CONCEN. Patrón ** Caña Brava Fosf. l4onocal. 200 ppm Fosf.Monocal + 200 ppm ** Fosf.Z4onocal 400 ppm Fost.Z4onocal + 400 ppm Caña Brava. ICA 6911 ABS. VAR! EDADES PTO. RICO ABS. POJ 2878 ABS. 0,328 0,148 0,239 0,188. 0,086 0,078 0,180 0,118. 0,032 0,047 0,054 0,068. 0,181 0,173. 0,105 0,128. 0,028 0,097. ** Las concentraciones de caña brava son constantes en a 3.8. cdl.. En los ensayos finales con fosfato monocálcico, las variables a considerar fueron: variedad, tiempo de maduración de la caña y concentración del fosfato monocálcico del 60% de pureza. El color, determinado como índice de atenuación en los, jugos y panela, discriminados por edad de la caña y analizados cada mes se muestra en las Tablas 3.9, 3.10, 3.11 y 3.12.. 23.

(35) TABLA 3.9. color, determinado como índice de atenuación en jugos de la variedad Ragnar Verde con respecto al tiempo de maduración. PPM *. 18MESES LA (U. I). 19Z4ESES I. A. (U.!). 0 100 200 250 300 400. 11812 10271 9379 11325 8805 11148. 12377 11769 8633 8834 9923 9644. *. 20 M E 8 E 8 1.A. (U.!) 11037 9642 10358k 12429 10449 10768. concentración fosfato monocálcico. TABLA 3.10. color, determinado como índice de atenuación en jugos de la variedad Hawai 507209 con respecto al tiempo de maduración. PPM * o. 100 200 250 300 400. 18 M E 5 E 5 1.A. (U.!). 19 24 E 5. E 5 I.A. (U.!). 10335 10090 7473 7861 8585 7848. 8553 7953 8357 9784• 7366 7684. 20 M E 5 E 5 I.A. (U.!) 11294 9603 8509 9082 9551 8660. TABLA 3.11. color, expresado como índice de atenuación panela en la variedad Ragnar Verde con respecto al tiempo de maduración. PPM * o. 100 200 250 300 400. 18 ME 5 E 5 I.A. (U.I). 19. 14181 12306 13262 15383 11973 13412. E5E5 1 .A (U.!). 24. 18274 19091 14406 16614 19331 16542. 24. 20. ES E 5 1.A. (U.!). 24. 27193 16875 17569 22672 17287 16607.

(36) TABLA 3.12. Color, expresado como índice de atenuación en panela de la variedad Hawai 507209 con respecto al tiempo de maduración. PPM * 0 100 200 250 300. 18 tI E 5 E 5 I.A. (U. I) 20096 11226 8664 10283 9707. 19 tI E S E s 1.A. (U. I). 20 MESES I.A. (U. I). 15853 13242 15760 16494. 17539 13143 13093 14525. Se efectuaron también análisis de fosfatos (calorimétricos a 670nm), en estas dos variedades aplicando dosis de O a 400 ppm de fosfato monocálcico, tanto en jugos como en panela, dando como resultado un incremento de fosfatos directamente proporcional a la cantidad adicionada. Loe fenoles (análisis colorirnétrico a 650 nm), fueron parcialmente removidos en los jugos, pero en elproducto terminado se fueron incrementando en forma proporcional a la adición de fosfato monocálcico. Microbiológicamente se realizaron recuentos de hongos y levaduras en panelas tratadas con diferentes dosis de fosfato monocál.cico y muestras comerciales. Se observaron al microscopio hongos del tipo Rizophus y peniciluim especialmente en diluciones de lo' y también numerosas levaduras de difícil identificación. Acido fosfórico. Metodología Para el desarrollo de éste trabajo se utilizó la variedad de caña P0J-2878 y ácido fosfórico (ff3PO4 ) del 85% en dosis de 0; 100; y 200 ppm. Para compensar la baja en la acidez de los jugos éstos se encalaron hasta alcanzar pH de 5.8, 6.0 y 6.2. El ácido fosfórico se aplicó bajo tres formas de adición: total inicial, fraccionada y total final y en todos los tratamientos se hicieron tres replicaciones. Las variables analizadas fueron: % sólidos solubles (°Brix), pH, Sacarosa, azúcares reductores, fosfatos, fenoles, compuestos aminonitrogenados, color (índice de atenuación) y turbiedad.. 25.

(37) Resultados Elaboradas las muestras y efectuados los análisis físico-químicos los mejores resultados en forma de aplicación se obtuvieron con la aplicación fraccionada y total inicial ya que en la total final la remoción de sustancias colorantes y agentes precursores de color fue mínima, dando altos contenidos de fenoles, amino-nitrogenados y turbiedad. El porcentaje de azúcares reductores se incrementa sensiblemente en la adición total inicial ya que al bajarse el pH e incrementarse la temperatura el porcentaje de inversión se aumenta, recomendándose por tanto en éste caso una neutralización inmediata después de la adición del ácido fosfórico con cal o lechada de cal. Los fosfatos en la panela, en las tres formas de adición aumentan proporcionalmente con la dosis agregada. Los fenoles disminuyen con la adición de ácido fosfórico evidenciándose la remoción de color y la neutralización de reacciones químicas generadoras del mismo. Los compuestos aminonitrogenados se aumentan proporcionalmente a la adición de producto. El color y la turbiedad disminuyen en la medida en que se aumenta la adición de fosfórico, en términos generales puede decirse que su efecto como mejorador de color es evidente en concentraciones de 100 a 150 p.p.m de H3PO4 y combinándolo con una buena descachazada se puede evitar el uso de agentes blanqueadores. El sabor por su parte se mejoró dado que el producto es un saborizante de uso generalizado en alimentos.. TABLA 3.13. Efecto del ácido fosfórico como mejorador de color en la industria panelera (CIMPA). DOSIS. REP. x. BRIX. p14 SACAROSA PUREZA AZUCAR FOSFATOS FENOLES AMINI-PI COLOR TURBIEDAD Abs. U.I. ppll ppn RED.% PPM %. Adición TotaL IniciaL 0 100 200. 85,6 85,9 86,8. 9,13 8,20 8,71. 325 653 815. 2457 2154 2530. 116 217 270. 9239 8225 7525. 0,621 0,226 0,162. 82,0 5,91 97,2 81,7 5,78 97,4 96,0 5,67 78,2. 83,4 83,8 81,4. 7,60 7,60 8,00. 327 680 870. 2403 2313 2165. 109 242 236. 12725 8705 8159. 0,739 0,404 0,241. 96,4 5,93 80,5 95,4 5,80 80,2 5,70 78,6 96,1. 83,6 84,0 81,8. 7,80 8,00 7,90. 334 708 926. 125 212 248. 10676 9494 8468. 0,574 0,360 0,206. 95,06 5,66 81,4 94,46 5,86 81,3 94,10 5,86 81,6. Adición Fraccionada 0 100 200 Adición TotaL Finat O 100 200. 26. 2125 2390 2149.

(38) 3.5. conclusiones y recomendaciones - De los medios físicos y químicos usados para blanquear los jugos de caña, el fosfato monocálcico y el ácido fosfórico dieron los mejores resultados como auxiliares de la clarificación y mejoradores de color. - Los mejores resultados se lograron con concentraciones de fosfato monocálcico anhidro de 200 ppm y 50 a 100 ppm para el ácido fosfórico, cantidades mayores blanquean un poco más el producto pero incrementan los costos y producen una panela con poco grano y blanda. - El ácido ascórbico mezclado con el ascorbato de calcio da muy buenos resultados como agente blanqueador pero produce descensos marcados en el pH causando deterioro en el grano y . dureza de la panela. - El fosfato monocálcico anhidro aumento la higroscopicidad de la panela, pudiendo propiciar el desarrollo de hongos y levaduras en el caso de un deficiente almacenamiento. - En la medida en que disminuyen los fenoles se hace menor el índice de atenuación (color) y la panela producida tiene mayor aceptación. - El índice de atenuación disminuye con la cantidad de fósforo adicionado. A mayor cantidad de fosfatos mejor color de panela porque se remueven buena cantidad de compuestos precursores de color como los fenoles y disminuye por lo tanto la turbiedad. - Son mayores las desventajas de los blanqueadores, que su efectó sobre el mejoramiento del color. Además ésta variable ha recibido más importancia de la que se merece, lo cual ha llevado a despreciar otras variables de calidad mas importantes como pueden ser la higiene, la limpieza adecuada de los jugos y la eliminación de impurezas que afectan la presentación final de la panela containinandola. - La mayor parte de las veces el color oscuro de la panela no es más que un síntoma de la limpieza inadecuada de los jugos y los blanqueadores y mejoradores de color van a servir como enmascaradores de la inoperancia y desaseo de los trabajadores del trapiche. - En otras oportunidades el color oscuro de la panela proviene de un manejo inadecuado del cultivo o del diseño y operación ineficientes de la hornilla. - Por tanto es mejor identificar la causa de origen del color oscuro de la panela a buscar productos que lo eliminen. 27. -..

(39) 4 • ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL USO DE COLORANTES ATOXICOS EN LA INDUSTRIA PANELERA 4.1 Introducción El color de la panela se constituye en uno de los problemas principales de esa agro-industria, por la dificultad para obtener uniformidad en el producto terminado y el uso indiscriminado de colorantes altamente tóxicos durante su manufactura. El jugo de la caña de azúcar contiene por naturaleza una serie de pigmentos naturales entre los cuales sobresalen los polifenoles, las clorofilas verdes e insolubles y la sacaretina amarilla. Dichos compuestos, deben eliminarse durante el proceso de clarificación pues de otra manera producen coloraciones oscuras que resultan poco atractivas para el consumidor, obligando al productor a hacer uso de colorantes para satisfacer las exigencias del mercado. El colorante más difundido en la actualidad es el Anaranjado II que químicamente corresponde a la sal disódica del ácido P_sulfobenceno Azobeta Naftol, cuya utilización en la Industria de alimentos está prohibida por sus comprobados efectos cancerigenos. Existen sin embargo, algunas de estos aditivos aprobados para su uso en alimentos por el Ministerio de Salud, que se constituyen como alternativas para su comercialización y consumo. Se pretendió a través de este estudio analizar los diferentes colorantes grado alimenticio, determinar las mejores condiciones de aplicación, dosificación, estabilidad y costos para determinar su viabilidad de uso tanto tecnológica como económicamente.. 4.2. Revisión de Literatura En la clasificación de colorantes elaborada por el comite de expertos de la FAO, existen diferentes categorías, dentro de las cuales están los catalogados en categoría A, a la que pertenecen aquellas que no tienen restricciones en su uso para alimentos por ser sustancias idénticas a las naturales y de comprobada inocuidad. En el grupo de colorantes aprobados para uso humano por las Legislaciones Internacionales más Importantes como la Comunidad Económica Europea, la F.D.A de Estados Unidos, la O.M.S y la FAO están los derivados de la Vitamina A (carotenoides) que son de origen totalmente natural y otros artificiales que por no ser encontradas en productos naturales se obtienen por síntesis dentro de los cuales están el amarillo No.6 y el amarillo ocaso FC?.. 28.

(40) Experimentaciones realizadas por la división farmacológica de la F.D.A (Food and Drug Administration), en varios grupos de ratas, alimentadas con productos a base de éstos colorantes en concentraciones diversas y por un período de dos años, encontraron que ninguna de las partes vitales presentaba una patología relacionada directamente con el consumo del colorante. El mismo ensayo se realizó en ratas con varios días de preñez, comprobándose que tampoco provocaban ningún efecto adverso al feto. Se han hecho además investigaciones del potencial cancerigeno de estos colorantes, resultando negativos en todos los grupos en estudio, como tampoco causaban mutogenicidad ni formación de tumores. Investigaciones realizadas con el anaranjado II, demostraron en 1956 que no era posible garantizar su inocuidad, posteriormente en 1961 fue descubierto que dosis mayores a 0,5 g de colorante/kg peso/animal/día eran promotores de células cancerigenas. Este colorante en el principal componente de la anilina de más generalizado uso en Colombia: El Indio (2). Otros estudios han comprobado experimental e industrialmente la efectividad del uso de colorantes naturales, como es el caso de los carotenoides, los cuales son agentes muy potentes de coloración, que dan al alimento en cantidades pequeñas, una atractiva apariencia con tonos que van desde el anaranjado hasta el amarillo. Schillinger y Zirnmerman estudiaron la estabilidad del beta caroteno durante el almacenamiento, obteniéndose resultados en los que no habían pérdidas superiores al 35% del contenido inicial. El retinol, que es la forma más activa de vitamina A, se ha usado con muy buenos resultados como colorante, teniendo por lo tanto un doble efecto, por color y como agente nutricional para suplir los requerimientos de Vitamina A en la dieta. Los colorantes artificiales o sintéticos también vienen siendo utilizados desde tiempo atrás en la industria de alimentos especialmente en la fabricación de bebidas por su comprobada atoxicidad y la buena apariencia impartida al producto. Los colorantes que se utilizaron para el desarrollo de esta investigación están incluidos dentro de la lista de aditivos aprobados para uso en alimentos de consumo humano por el decreto 21061, resolución 10593 de Julio de 1983 emanado del Ministerio de Salud.. 29.

(41) 4.3. Materiales y Métodos Inicialmente se efectuó una determinación de fósforo en jugos, analizando por el método de absorción atómica catorce muestras de jugo de trapiches de la región, para saber si éstos se encontraban en la concentración mínima de 200 ppm de fósforo (necesarias para una buena clarificación y color) o cercano a ésta. Posteriormente se realizaron ensayos a nivel de laboratorio y de trapiche usando gaveras (moldes) pequeñas y miel punteada a temperatura entre 110112°c y una concentración de sólidos solubles entre 84-88 0 3. Estas experimentaciones se efectuaron por un período de noventa días, obteniéndose una amplia gama de tonalidades desde el amarillo al marrón pasando por el rojo. Para esto se utilizaron los colorantes aprobados por la F.D.A para uso en alimentos. Se désarrolló en este punto un estudio de viabilidad técnica y económica de uso de cada colorante, descartando algunos de ellos por costos y dificultad de manejo. Después de varias replicaciones en diferentes trapiches, se establecieron los límites de mayor aceptación de cada colorante, usando tres dosis: alta, mediana y baja; se trabajaron los municipios de Santana y Moniquirá (productores típicos de panela con colorantes), seleccionándose cinco trapiches en cada municipio y efectuándose dos replicacuiones en cada caso y como testigo (anaranjado IX anilinas el Indio). Previamente se dosificó cada colorante para obtener una tonalidad similar al patrón, cuantificando la cantidad a emplear en cada caso. Se determinaron los resultados de absorvancia y transmitancia para asegurar la estabilidad de cada colorante dejando una muestra expuesta al medio ambiente y otras envueltas en polietileno y papel de aluminio. Se efectuaron encuestas de aceptación entre consumidores y productores determinándose también las concentraciones óptimas desde el punto de vista técnico-económico de cada colorante. Las variables de respuesta fueron leídas cada veinte días por un período de tres meses. De este punto en adelante y por un período de noventa días se efectuaron pruebas en diversos trapiches para determinar las cantidades de adición necesarias de cada uno de los colorantes ensayados. Los colorantes utilizados fueron:. -. 30.