“UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO”
“FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
“Escuela Profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias”
“TESIS”
“FORMULACIÓN DE UN CEREAL EXTRUIDO A BASE DE ARROZ (Oryza sativa), TRIGO (Triticum aestivum), CAÑIHUA (Chenopodium pallidicaule) Y FORTIFICADO CON HARINA DE
SANGRE DE VACUNO”
“PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
“AUTORA”
“BACH. CINTHIA LISSET, SANTACRUZ SOTO ”
“ASESOR”
“DR. ABRAHAM GUILLERMO, YGNACIO SANTA CRUZ”
“Lambayeque – Perú”
“2022”
“UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO”
“FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
“Escuela Profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias”
“TESIS”
““"FORMULACIÓN DE UN CEREAL EXTRUIDO A BASE DE ARROZ (Oryza sativa), TRIGO (Triticum aestivum), CAÑIHUA (Chenopodium pallidicaule) Y FORTIFICADO CON HARINA DE
SANGRE DE VACUNO
“PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
“APROBADO POR:”
Dra. Noemí León Roque Presidente del Jurado
M.Sc. Miguel Ángel Arriaga Delgado Secretario del Jurado
Ing. Héctor Lorenzo Villa Cajavilca Vocal del Jurado
Dr. Abraham Guillermo Ygnacio Santa Cruz Asesor
AGRADECIMIENTO
A Dios, por darme la vida, sabiduría y entendimiento, asimismo la salud y las fuerzas para salir adelante y cumplir todas mis metas y sueños.
A mis padres, Ronald y Mary, porque han estado conmigo en cada momento, en las buenas y en las malas, brindándome su apoyo incondicional e impulsándome a salir adelante siempre; gracias por ser que su pequeña sea ahora una gran profesional.
A mi hermano Kevin, que desde que llego a mi vida, me ha brindado mucha alegría y felicidad y soy su ejemplo a seguir.
A mi mami Tomasa y mi tía Paola, por cada consejo brindado, por estar en cada triunfo conmigo y por siempre querer mi bienestar.
A mi Boican, por las largas noches que ha estado a mi lado, para mí no es tan solo una mascota, es parte de mi familia, gracias por llegar a mi vida.
A mi asesor, Dr. Abraham Guillermo Ygnacio Santa Cruz, por su apoyo y comprensión en el transcurso de todo este proyecto, por brindarme la fortaleza para cumplir esta meta, gracias por su tiempo y conocimientos.
A la empresa Alimentos Agrícolas y Lácteos SAC, por brindarme la disposición de sus equipos y la confianza para realizar este proyecto, en especial al Ing. Roger, por sus consejos y apoyo en la realización de este proyecto, las mejores ideas inician en una pequeña conversación, gracias por todo su tiempo brindado.
A todas las personas que me aman de todo corazón, a las que creyeron y a las que no, también muchas gracias, porque estoy logrando una nueva meta en mi vida.
DEDICATORIA
Esta pequeña meta va dedico a mis padres, Ronald y Mary, por su apoyo incondicional, ellos me enseñaron de pequeña, que el amor no se demuestra con riquezas, sino estar en cada momento, sea bueno o malo, porque es ahí cuando conocemos a las personas verdaderamente. Gracias padres porque este triunfo es también de ustedes.
A mi hermano Kevin, porque ha estado conmigo en cada momento desde que llegaste a mi vida, siempre quiero lo mejor para ti.
A mi mami Tomasa y mi tía Paola, porque me han estado en cada etapa de mi vida, brindándome consejos y queriendo siempre lo mejor para mí.
A mi Boican, por su compañía en cada momento.
Y para culminar diré lo siguiente: Cada persona tiene la forma de expresar su felicidad, pues la mía está dada por cada hecho realizado en mi vida y por las personas que están conmigo en todo momento.
CON TODO, MENOS MIEDO
RESUMEN
El presente proyecto de investigación plantea formular un cereal extruido a base de materias primas oriundas del país como son el arroz, el trigo y la cañihua, y a su vez fortificarlo con hierro hemínico empleando harina de sangre de vacuno. Para ello se caracterizó fisicoquímicamente las materias primas e insumo, aplicando una maquinaria con tecnología avanzada para su obtención como es la extrusora bitornillo. Se realizaron 4 formulaciones, de las cuales la Formulación 0, es la muestra patrón y las otras Formulación 1, Formulación 2 y Formulación 3, contienen harina de sangre de vacuno en 2%, 3% y 4% respectivamente. Con un panel de 30 jueces semi entrenados se aplicó una encuesta con escala hedónica, para comprobar la formulación con mayor aceptabilidad; en los resultados obtenidos, el análisis de varianza en el atributo olor determina que no existe diferencia significativa entre las formulaciones, pero en los atributos de sabor, color, apariencia general y textura, si existe diferencia significativa por lo tanto se procedió a realizar la prueba de tukey, siendo la Formulación F3 (50% de arroz partido, 35% de trigo entero, 15% de cañihua, 4% de harina de sangre de vacuno) la de mayor aceptación. Presentando un contenido de humedad 4,74%, cenizas 1,04 g, carbohidratos 82,04 g, proteínas 9,81 g, azúcar total 4,15 g, grasas totales 2,35 g, sodio 20,28 mg. Los resultados en los análisis microbiológicos fueron en recuento de aerobios mesofilos, de bacillus cereus, de mohos y levaduras (UFC/g) <10, en número de coliformes (NMP/g) <3, y en detección de salmonela sp (ausencia en 25 g), estos se encuentran dentro de los límites aceptables. Y en el resultado de contenido de hierro se obtuvo 27,77 mg/100g: concluyendo que la Formulación F3, con 4% de harina de sangre de vacuno es la óptima con respecto a los parámetros evaluados.
Palabras claves: cereales, extrusión, fortificados, hierro hemínico, arroz, trigo, cañihua
ABSTRACT
This research project aims to formulate an extruded cereal based on raw materials from the country such as rice, wheat and cañihua, and in turn fortify it with heme iron using beef blood meal. For this, the raw materials and input were physicochemically characterized, applying machinery with advanced technology to obtain them, such as the twin-screw extruder. Four formulations were made, of which Formulation 0 is the standard sample and the other Formulation 1, Formulation 2 and Formulation 3 contain beef blood meal at 2%, 3% and 4%
respectively. With a panel of 30 semi-trained judges, a hedonic scale survey was applied to verify the formulation with greater acceptability; In the results obtained, the analysis of variance in the odor attribute determines that there is no significant difference between the formulations, but in the attributes of taste, color, general appearance and texture, if there is a significant difference, therefore, the test was carried out of tukey, being Formulation F3 (50%
broken rice, 35% whole wheat, 15% cañihua, 4% beef blood meal) the most accepted.
Presenting a moisture content of 4.74%, ashes 1.04 g, carbohydrates 82.04 g, proteins 9.81 g, total sugar 4.15 g, total fats 2.35 g, sodium 20.28 mg. The results in the microbiological analyzes were in the count of aerobic mesophiles, of bacillus cereus, of molds and yeasts (UFC/g) <10, in the number of coliforms (NMP/g) <3, and in the detection of salmonella sp (absence in 25 g), these are within acceptable limits. And in the result of iron content, 27.77 mg/100g was obtained: concluding that Formulation F3, with 4% beef blood meal, is the optimal one with respect to the parameters evaluated.
Keywords: cereals, extrusion, fortified, heme iron, rice, wheat, cañihua
ÍNDICE
Pág.
AGRADECIMIENTO ... iii
DEDICATORIA ... iv
RESUMEN ... v
ABSTRACT ... vi
ÍNDICE... vii
I. INTRODUCCIÓN ... 13
II. ANTECEDENTES Y BASES TEÓRICAS ... 15
2.1 Antecedentes ... 15
2.2 Bases teóricas ... 17
2.2.1 Cereales ... 17
2.2.2 Arroz ... 18
2.2.3 Trigo ... 21
2.2.4 Cañihua ... 24
2.2.5 Hierro ... 25
2.2.6 Extrusión ... 26
III. MÉTODOS Y MATERIALES ... 38
3.1 Lugar de ejecución ... 38
3.2 Materias primas e insumos ... 38
3.2.1 Materias primas ... 38
3.2.2 Insumos ... 39
3.3 Equipos y materiales ... 39
3.3.1 Equipos para el proceso ... 39
3.3.2 Equipos e instrumentos en el laboratorio de calidad ... 40
3.3.3 Material para el proceso ... 41
3.3.4 Material de laboratorio ... 41
3.4 Método de análisis ... 41
3.4.1 Análisis químico proximal ... 41
3.4.2 Análisis microbiológico ... 43
3.4.3 Análisis de contenido de hierro ... 43
3.4.4 Análisis sensorial ... 44
3.4.5 Análisis estadístico ... 45
3.5 Metodología experimental ... 47
3.5.1 Determinación de formulaciones en la obtención del cereal extruido ... 47
3.5.2 Flujograma del proceso productivo ... 48
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 53
4.1 Análisis aplicados a las materias primas ... 53
4.1.1 Composición químico proximal ... 53
4.2 Análisis aplicados a las formulaciones finales ... 53
4.2.1 Composición químico proximal ... 53
4.2.2 Análisis sensorial ... 56
4.2.3 Análisis de contenido de hierro ... 71
4.2.4 Evaluación microbiológica ... 71
4.3 Análisis realizados a la formulación con mayor aceptabilidad... 72
V. CONCLUSIONES ... 74
VI. RECOMENDACIONES ... 76
VII. BIBLIOGRAFÍA ... 77
VIII. ANEXOS ... 85
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Cariópside de arroz ... 19 Figura 2. Cortes longitudinal y transversal de un grano de trigo ... 22 Figura 3. Secciones dentro del cilindro de un extrusor de un solo tornillo ... 30 Figura 4. Configuración de tornillos en extrusor de doble tornillo (A), rotación de tornillos en un extrusor de doble tornillo (B)... 31 Figura 5. Formulaciones para la obtención de cereal extruido (FO) y fortificado (F1, F2 y F3) ... 47 Figura 6. Diagrama de flujo para la obtención de un cereal extruido ... 48 Figura 7. Composición químico proximal de las formulaciones. ... 55 Figura 8. Medias obtenidas para el atributo olor por cada formulación (F0, F1, F2, F3) ... 57 Figura 9. Medias obtenidas para el atributo sabor para cada formulación (F0, F1, F2, F3) 59 Figura 10. Pruebas de tukey para el atributo sabor ... 60 Figura 11. Medias obtenidas para el atributo color para cada formulación (F0, F1, F2, F3) ... 62 Figura 12. Pruebas de tukey para el atributo color ... 63 Figura 13. Medias obtenidas para el atributo apariencia general para cada formulación (F0, F1, F2, F3) ... 65 Figura 14. Pruebas de tukey para el atributo apariencia general ... 66 Figura 15. Medias obtenidas para el artributo textura para cada formulación (F0, F1, F2, F3) ... 68 Figura 16. Pruebas de tukey para el atributo textura ... 69 Figura 17. Evaluación Sensorial por cada formulación... 70
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1 Composición química ... 20
Tabla 2 Composición química ... 23
Tabla 3 Composición química ... 25
Tabla 4 Métodos para el análisis químico proximal a las materias primas ... 41
Tabla 5 Métodos para el análisis químico proximal a las formulaciones ... 42
Tabla 6 Métodos para el análisis microbiológico del producto terminado ... 43
Tabla 7 Determinación del análisis de contenido de hierro ... 44
Tabla 8 Escala hedónica para evaluación de cinco puntos ... 45
Tabla 9 Símbolos empleados en el rotulado de las formulaciones del producto terminado 45 Tabla 10 Composición químico proximal de las materias primas ... 53
Tabla 11 Composición químico proximal de las cuatro formulaciones obtenidas ... 54
Tabla 12 Resultados de la estadística descriptiva para el atributo olor por cada formulación ... 56
Tabla 13 Análisis de varianza (ANOVA) para el atributo olor ... 56
Tabla 14 Resultados de la estadística descriptiva para el atributo sabor por cada formulación ... 58
Tabla 15 Análisis de varianza (ANOVA) para el atributo sabor ... 58
Tabla 16 Pruebas de tukey para el atributo sabor ... 60
Tabla 17 Resultados de la estadística descriptiva para el atributo color por cada formulación ... 61
Tabla 18 Análisis de varianza (ANOVA) para el atributo color ... 61
Tabla 19 Pruebas de tukey para el atributo color ... 63
Tabla 20 Resultados de la estadística descriptiva para el atributo apariencia general por
cada formulación ... 64
Tabla 21 Análisis de varianza (ANOVA) para el atributo apariencia general ... 64
Tabla 22 Pruebas de tukey para el atributo apariencia general ... 66
Tabla 23 Resultados de la estadística descriptiva para el atributo textura por cada formulación ... 67
Tabla 24 Análisis de varianza (ANOVA) para el atributo textura ... 67
Tabla 25 Pruebas de tukey para el atributo textura... 69
Tabla 26 Análisis de contenido de hierro a las formulaciones ... 71
Tabla 27 Análisis microbiológicos de las formulaciones ... 72
Tabla 28 Composición químico proximal de la formulación aceptada ... 73
ÍNDICE DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A. GALERÍA DE FOTOS DE PROCESO PRODUCTIVO ... 85
ANEXO B. FORMATO DE ENCUESTRA PARA PANELISTAS SEMI ENTRENADOS ... 107
ANEXO C. FICHA TÉCNICA PARA QALIWARMA- CEREAL EXTRUIDO ... 114
ANEXO D. MANUAL DE EXTRUSORA BITORNILLO- INCALFER ... 118
ANEXO E. INFORME DE ENSAYO DE MATERIAS PRIMAS E INSUMO ... 128
ANEXO F. INFORME DE ENSAYO DE ANALISIS FISICOQUIMICOS Y SENSORIALES DEL PRODUCTO TERMINADO ... 134
ANEXO G. INFORME DE ENSAYO DE ANALISIS MICROBIOLOGICOS DEL PRODUCTO TERMINADO ... 137
ANEXO H. INFORME DE ENSAYO DE ANALISIS DE CONTENIDO DE HIERRO DEL PRODUCTO TERMINADO ... 141
En la actualidad uno de los principales problemas en el sector de salud es la anemia ferropénica, esta es dada principalmente en los niños, según los estudios esta población mencionada es la que ocupa las altas cifras, pero no refleja el inmenso perjuicio que genera esta carencia en las siguientes generaciones; “ya que según las últimas investigaciones los problemas que presentan los niños anémicos, se van a manifestar en el futuro. A nivel mundial, conforme a los datos de la OMS, la anemia afecta en todo el mundo a mil seiscientos veinte millones de personas, siendo la mayor prevalencia en los niños en la etapa preescolar, los cuales se encuentran en pleno desarrollo.”
Alrededor del año 2018, en el Perú, la anemia perjudicó a niños de 6 a 35 meses en un porcentaje de 43,50%, pero en el año 2019, este porcentaje tuvo un descenso de 3,40 % siendo ahora el porcentaje de 40,10%, esta deficiencia de micronutrientes sigue dañando el sector de salud de este conjunto de población.
A partir del punto de vista del procedimiento de la anemia, existen en los alimentos de procedencia animal un tipo de hierro nombrado hemínico, este tiene una asimilación del 20 a 40%. Por ende, los estudios científicos mencionan que la sangre es una vía fundamental de hierro, además de poseer un elevado contenido de proteínas.
La finalidad del trabajo de investigación fue: Formular un cereal extruido a base de arroz, trigo y cañihua y fortificado con harina de sangre de vacuno.
El problema se planteó mediante esta interrogante: ¿Se formuló un cereal extruido a base de arroz, trigo, cañihua y fortificado con harina de sangre de vacuno?, del cual se desprende la siguiente hipótesis: “La formulación de un cereal extruido a base de arroz, trigo, cañihua y fortificado con harina de sangre de vacuno es de buena calidad sensorial fisicoquímica y libre de microorganismos patógenos”.
Los objetivos de la investigación fueron los siguientes:
- Caracterizar las materias primas a emplear en la formulación del cereal extruido.
- Determinar los parámetros de elaboración de un cereal extruido y fortificado con harina de sangre de vacuno.
- Evaluar las características fisicoquímicas del cereal extruido y fortificado con harina de sangre de vacuno.
- Evaluar la calidad sensorial del cereal extruido y fortificado con harina de sangre de vacuno.
- Realizar el análisis microbiológico del mejor tratamiento del cereal extruido y fortificado con harina de sangre de vacuno.
- Analizar el contenido de hierro del cereal extruido y fortificado con harina de sangre de vacuno.
II. ANTECEDENTES Y BASES TEÓRICAS
2.1 Antecedentes
Galarza y Cairo (2013) menciona en su estudio “Calidad nutricional y aceptabilidad de un producto extruido fortificado con dos niveles de hierro proveniente de harina de sangre bovina”, que consiguió harina de sangre bovina en función de un secado por atomización, este se empleó en la obtención de un producto extruido, se formuló 2 niveles de fortificación de 10% y 15% y sin fortificar 0%, aplicado a 60 escolares en 2 paneles: N°1 de 5 a 6 años y N°2 de 13 a 15 años. En los productos fortificados (10% y 15%) el análisis del contenido de hierro presentó un crecimiento, dando como resultado 31,87 mg/100 g y 38,08 mg/100 g respectivamente. En la evaluación de aceptabilidad, el panel N°1 de 5 a 6 años, tuvo una escala hedónica con un criterio de 3 puntos y no hubo diferencia significativa (p<0,05), en cambio en el panel N°2 de 13 a 15 años, tuvo una escala hedónica con una perspectiva de 5 puntos, esta obtuvo diferencia significativa (p<0,05) en 2 de los productos extruidos (0% y 15%). Al consumir este producto se podría precaver la anemia ante la carencia de hierro.
Lázaro (2016) en su estudio “Aceptabilidad y efecto de galletas nutricionales de sangre bovina, sobre los niveles de hemoglobina en estudiantes”, estuvo dado por 21 niños escolares donde se les brindó galletas con 3 niveles de fortificación (20%, 25% y 30%), siendo la muestra aceptable de 25%. En un período de 3 meses, la muestra fue empleada hacia los niños, donde los niveles de hierro presentaron un incremento según el % de fortificación. En ensayo de aceptabilidad presenta diferencia significativa (p>0.05) con el nivel de fortificación del 25%.
Fernández y Huamán (2016) menciona en su estudio de investigación “Calidad nutritiva y aceptabilidad de la barra de cereales andinos enriquecida con harina de sangre bovino en
preescolares”, se examinó la aceptabilidad de una barra a base de cereales andinos, para ello se aplicó a 61 preescolares de 5 años de edad utilizando una escala facial de 3 puntos. Dando como resultado que la barra N°1 tuvo como aplicación un 59%, en cambio la barra N°2 con nivel de fortificación 15%, fue la más aceptada con un porcentaje de 86.89%, y en su contenido de hierro fue de 6,72mg/ 30g, por ende, concluyendo que esta barra es de adecuada calidad nutritiva.
Ramos (2017) en su trabajo de investigación “Evaluación de la aceptabilidad de galletas nutricionales fortificadas de harina de sangre bovina para escolares de nivel primario que padecen anemia ferropénica”, evaluó los niveles de hemoglobina menores de 6 a 11 años siendo 21 niños la población a estudiar, proporcionando galletas que presentan 3 niveles de fortificación con harina de sangre bovina en diferentes formulaciones de 20%, 25% y 30%;
en el contenido de hierro dieron un resultado de 17,77 mg/100g; 22,24 mg/100g y 16,65mg/100g respectivamente. En la prueba de aceptabilidad, la galleta con 30%, es la de mejor aceptabilidad, además es la más favorable para el tratamiento de la anemia ferropénica.
Gonzales (2019) en su investigación “Efecto de fideos fortificados con sangre bovina en polvo”, aplicado en niños de 3 a 5 años, se le brindó fideos fortificados por un tiempo de 10 semanas, brindando 65 g. Los resultados fueron favorables en el contenido de hierro de un 10,99 a 12,54 g/dl, utilizando la prueba de normalidad de Shapiro-Wilk, siendo un resultado favorable ya que se logró incrementar el porcentaje de hemoglobina.
2.2 Bases teóricas 2.2.1 Cereales
Los cereales son considerados un género de plantas gramíneas, entre ellos tenemos al trigo, arroz, maíz, avena, cebada, centeno, mijo y sorgo, estos sus frutos son adustos, completos, maduros e inocuos, de los mencionados el arroz y trigo se utilizan principalmente en la alimentación humana, en cambio el maíz y centeno, en raciones menores (Ferreras, 2009).
Son ricos en carbohidratos, representan entre el 70-80% como almidón; para la proteína equivale hasta un 15%, en lípidos se presenta en diminutas proporciones menos del 5%, y en los micronutrientes como minerales y vitaminas (Coulibaly et al., 2011).
2.2.1.1 Estructura
Robles (2013), menciona que “un grano de cereal está compuesto por: las cubiertas externas o glumas constituidas fundamentalmente de fibra, se denominan salvado y presentan múltiples capas que forman el pericarpio y las testa. Luego el endospermo o núcleo central, su principal componente es el almidón, conformado por el endospermo amiláceo que abarca un 70 -80% del grano y una capa de aleurona que lo circunda, a excepción de la cebada. Y por último el germen, se encuentra cerca de la base del grano entrelazado con el endospermo, esta contiene lípidos, pigmentos naturales, almidón, proteínas, enzimas y vitaminas fundamentalmente del grupo B”.
2.2.1.2 Composición de los cereales
Un componente importante en los cereales es el agua, ya que permite su conservación, y su ración promedio debe ser 15%. El almidón compone aproximadamente los 2/3 del peso de
cada grano. El contenido en proteína fluctúa en el rango de 8% y 16%, en peso con relación al total de sustancia seca, además de ser voluble según los distintos cereales. La grasa representa un 1%. En los minerales más comunes son: potasio, magnesio y fósforo. Las vitaminas se encuentran diferentemente repartidas, el albumen es escasa en ellas, mientras que, las cubiertas y el embrión constituye la totalidad (Robles, 2013).
2.2.2 Arroz
Es uno de los cultivos principales de cereales importantes, que nutre a casi 3.500 millones de personas a nivel global (Bao, 2019).
El arroz se nombrado como hipoalergénico porque no dispone proteínas como las gliadinas o partes de proteínas que usualmente contribuyen con la enfermedad celíaca. Además, el arroz se digiere y absorbe fácilmente en relación con otras materias primas sin gluten como los siguientes alimentos el maíz, el sorgo, el trigo sarraceno, el mijo y la patata (Wu et al., 2019).
El arroz es el alimento básico más fundamental en muchas partes del mundo. El salvado de arroz, el subproducto obtenido durante el proceso de molienda, es rico en nutrientes y componentes bioactivos, incluida la fibra dietética, vitaminas y fitoquímicos (Demirci et al., 2017).
El arroz presenta su mayor componente los carbohidratos (81.20%), por ello es considerado una excelente fuente de energía. “Posee un bajo contenido de grasa, es sencillamente digerible e hipoalergénico, por lo que es el primer cereal favorecido por pediatras cuando se introducen cereales como alimentación complementaria” (Guerra, 2003).
Tovar (2008), menciona que “la amilosa, es un polímero lineal, su estructura simboliza un 99% de D-glucopiranosas estas se encuentran unidas entre sí por enlaces α-(1-4); y asimismo se ha estudiado la existencia de algunas ramificaciones unidas por enlaces α-(1-6)”.
2.2.2.1 Estructura
El gránulo de almidón es de tamaño muy diminuto de 2 a 8 μm y tiene estructura poligonal, suele aparecerse en pequeños sectores de 5 a 8 gránulos unidos (Robles, 2013).
Figura 1. Cariópside de arroz Nota. María Pinciroli (2010)
2.2.2.2 Composición Química
Los hidratos de carbono, es el mayor componente en todos los cereales, ocupando un 87%.
Comprende en proteínas un 8% y 1,40% de fibra. La capacidad proteica es inferior a otros cereales, pero de calidad superior. Un 0,60% es la cantidad de grasa, que fácilmente es
aparente. La mayor parte de las vitaminas (sobre todo del grupo B, como el ácido fólico) y minerales como el potasio, fósforo magnesio y calcio, se localizan en las capas externas. El arroz contribuye 361 Kcal por cada 100 g (Robles, 2013).
Tabla 1
Composición química
Componentes Cantidad por 100g
Agua 13,40 g
Grasa 0,70 g
Proteína 7,80 g
Carbohidratos 77,60 g
Potasio 148 mg
Fosforo 134 mg
Hierro 1,04 mg
Sodio 19 mg
Calcio 6 mg
Vitamina B3 (niacina) 2,19 mg
Nota. Tabla de Alimentos (2017)
2.2.2.3 Almidón
Es la biomolécula más abundante en el grano de arroz y constituye entre el 72% y el 82% del peso seco del grano de arroz integral y con el grano de arroz molido representa el 90% (Bao, 2019).
En relación con otros almidones de cereales (trigo, cebada o centeno), las ventajas del almidón de arroz son aceptables por parte de la población, porque presenta sabor suave, gránulos diminutos, coloración blanca, mayor estabilidad de congelación y descongelación
de las pastas, alta resistencia a los ácidos y una amplia gama de relaciones amilosa/amilopectina (Mitchell, 2009).
El almidón de arroz está constituido de dos polisacáridos principales: amilosa y amilopectina.
La amilosa es una molécula de glucosa unida a α-1,4 de cadena larga (peso molecular 105 – 106) con algunos puntos de ramificación α-1,6. En cambio, la amilopectina es un glucano altamente ramificado con puntos de ramificación en enlaces α-(1,6) que tienen un peso molecular de 107-109. La amilopectina contiene entre 65% al 85% en los gránulos de almidón, mientras que en el arroz ceroso su composición alcanza el 100%, lo que establece que es el principal componente del almidón. En términos de contenido aparente de amilosa, los almidones pueden ser clasificados en 5 grupos: ceroso (inferior al 2 % de amilosa), muy bajo (3% - 9 % de amilosa), bajo (10 % - 19 % de amilosa), intermedio (20 % - 25 % amilosa) y alto (25% −33% amilosa) (Tran et al., 2011).
2.2.3 Trigo
El trigo es considerado uno de los fundamentales cereales en producción, consumo y comercio. Es consumido principalmente en productos terminados hechos de harina después de la molienda del grano. Durante este proceso, en un porcentaje de 10-15% de los granos procesados finaliza como salvado de trigo, un subproducto prometedor (Izydorczyk, 2009).
2.2.3.1 Estructura
Hugo y Godiño (2000), menciona que “el grano del trigo está compuesto por: el salvado, el cual constituye una delgada capa exterior fibrosa del pericarpio, la testa que es la real capa exterior de la semilla y la capa aleurona que, esta forma parte del endospermo, por su composición distinta se le estima parte del salvado”.
Ferreras (2009), en su investigación menciona que “el endospermo, estas células conforman la harina junto a las paredes celulares, y a su vez están compuestas por gránulos mayores de almidón ingresados en una matriz proteica. Y finalmente el germen, conforma del 2,50 al 3,50% del grano, y contiene el embrión; que es abundante en vitaminas, minerales y lípidos;
y el escutelo que recubre al embrión que lo rodea y dispersa por el endospermo”.
Figura 2. Cortes longitudinal y transversal de un grano de trigo Nota. Ferreras (2009)
2.2.1 Composición química
Los diferentes factores tales como los estados de cultivo, el año de cosecha, asimismo la cantidad y calidad de nutrientes afecta la composición del grano como también la especie.
Comúnmente los compuestos son los carbohidratos, proteínas, lípidos, minerales y vitaminas (Juárez et al., 2014).
Tabla 2
Composición química
Componentes Cantidad por 100g
Agua 12,76 g
Grasa 1,92 g
Proteína 10,40 g
Carbohidratos 68,03 g
Fibra 12,20 g
Potasio 340 mg
Fosforo 332 mg
Hierro 3,60 mg
Sodio 2 mg
Magnesio 124 mg
Calcio 25 mg
Vitamina B3 (niacina) 6,71 mg
Ácido fólico 43 mg
Nota. Recuperado de ciencia y tecnología de los alimentos-Tomo 2, por Madrid (2013), p 198.
Aproximadamente los carbohidratos ocupan el 77-87% de la materia seca global, incorporando al almidón y la fibra dietética. Es considerado una notable fuente energética, por su alto contenido de almidón, además estos macronutrientes son completamente digestibles para nuestro sistema (Juárez et al., 2014).
Robles (2013) menciona que “el trigo en sus micronutrientes está conformado por las vitaminas que contiene esencialmente que son del grupo B (B1, B2, B3, B6, ácido fólico) y vitamina E. En el caso de los minerales, los de mayor capacidad son: potasio, fósforo, magnesio y calcio. El valor energético del trigo es de 249 kcal por cada 100 g de ingesta”.
2.2.4 Cañihua
El género Chenopodium exterioriza alrededor de 150 especies comprendidas comúnmente como cenizos o quinuas. La cañihua es una hierba cuya longitud fluctúa en un rango de 20 y 60 cm, su tallo y hojas muestran manchas de color rojo y amarillo, aumentándose en magnitud en las partes bajas de la planta. Las numerosas semillas tienen alrededor de 1 mm de diámetro y contienen un revestimiento rugoso. Estas cambian en color desde el marrón oscuro al negro (MINAGRI, 2003).
Este grano no dispone de saponinas, esta es un gran beneficio ya que facilita su utilización.
El uso tradicional y más habitual es en formato de granos sutilmente tostados y molidos, obteniéndose una harina en tono marrón agradable llamada cañihuaco; esta se consume sola, en bebidas frías o calientes, en postres como mazamorras, con azúcar, en guisos o incorporada a las sopas (FAO, 2002).
2.2.4.1 Composición Química
Los carbohidratos se encuentran alrededor del 60%, en la mayoría de los granos, es el almidón el más importante, pero este no ha sido completamente investigado en la cañihua.
Además, contiene azucares libres como: glucosa, fructosa, sacarosa y maltosa, en diminutas porciones. Presenta un elevando contenido de proteína esencialmente del tipo albúmina y globulina (Repo-Carrasco y Encina, 2008).
El elevado contenido en ácidos grasos insaturados, es dado por el aceite de este cereal, así como también de tocoferoles. Entre los ácidos grasos presentes tenemos el omega 6, omega 9 y omega 3, que son ácido linoleico, ácido oleico y ácido linolénico, respectivamente (Repo- Carrasco et al., 2003).
En micronutrientes es abundante tales como hierro, calcio y fósforo. Encontrándose en los siguientes rangos de 10-15 mg/100g de hierro y 87-141 g/100g de calcio presentes en la cañihua, dependiendo de la variedad. También contiene fósforo (335-496 mg/100g) (FAO, 2002).
Es considerado un buen antioxidante, ya que es un componente capaz de retardar o prevenir la oxidación de un sustrato. (Escobar-Blanco, 2010).
Tabla 3
Composición química
Nota. Instituto Nacional de Nutrición (1993), recuperado de Rubio (2011)
2.2.5 Hierro
El hierro es el elemento más abundante en el organismo humano. En el hombre 3,80 gr y en la mujer 2,30 gr, es el contenido corporal total de hierro. Contribuye en procesos vitales para las personas, tales son la respiración celular y los sistemas enzimáticos encargados de la integridad celular, es considerado de mayor importancia por las funciones que realiza (Tostado et al., 2015).
Componentes Mayores Cañihua amarilla Cañihua gris Cañihua parda
Agua (g) 12,00 12,40 12,20
Proteínas (g) 14,30 14,00 13,80
Carbohidratos (g) 62,80 64,00 65,20
Fibra (g) 9,40 9,80 10,20
Cenizas (g) 5,90 5,10 5,30
Calcio (mg) 87,00 110,00 141,00
Fósforo (mg) 335,00 375,00 387,00
Hierro (mg) 10,80 13,00 12,00
2.2.5.1 Hierro hemínico (hierro hem)
Admite diferentes denominaciones: heme, ferroprotoporfirina, Fe- protoporfirina IX o protoporfirina ferrosa. (Velasco et al., 2016).
La hemoglobina se localiza en los eritrocitos de la sangre y la mioglobina se halla en el músculo. Entre los alimentos lo encontramos en las carnes, particularmente en las de coloración rojas y en pescados; por ende, se puede adquirir del tejido de los animales, por eso en la ingesta diaria se sugiere el consumo de buenas fuentes de hierro de elevada biodisponibilidad (Gonzales, 2005).
2.2.5.1 Hierro no hemínico (hierro no hem)
Se encuentra en dos estructuras químicas: como ferritina no hemínico (leguminosas) o como sales y quelatos de hierro. Se localiza en un estado férrico y se consigue de los siguientes alimentos “como leche, huevo, cereales, leguminosas, vegetales y de complementos farmacológicos como las sales ferrosas” (Velásquez et al., 2015).
2.2.6 Extrusión 2.2.6.1 Origen
Desde 1997, existen apuntes de los inicios de la extrusión, en donde para conseguir tuberías de plomo sin soldadura, se suministró este proceso. Con el tiempo se empleó a la industria de los plásticos, de esta hasta la fecha se relata con grandiosas erudiciones y es empleado en la mejora continua de diseño de maquinarias. A mediados del siglo XIX, se realizó la primera aplicación en la fábrica de alimentos, donde se empleó para elaborar embutidos, utilizando un extrusor de pistón. Se usó un extrusor de tornillo simple, aproximadamente en el año 1930, en la empresa de las pastas, exactamente en la línea de macarrones, este proceso era muy
fácil de realizar, esta se basa en remover los ingredientes y realizar formatos de macarrones a la masa final luego de escapar por la boquilla troquelada. En estos tiempos, se realiza en equipos más complicados que tan solo no se dedican a las etapas de mezclar y moldear, sino que las materias primas se modifican para crear productos intermedios o productos terminados para su venta (Brennan, 2008).
La palabra "extrusión" tiene su origen en la palabra latina "extruir", que significa 'expulsar' o 'forzar fuera’. Es una técnica en la que un material (ya sea metal o plástico o un grupo de ingredientes alimentarios mixtos), se extrae una alta temperatura y presión mediante un dado o un orificio de la sección transversal estimada. En el sector de procesamiento de alimentos, esta tecnología es llamado extrusión de alimentos (Riaz, 2019).
2.2.6.2 Definición
La extrusión de alimentos es un proceso en el cual un material es forzado a fluir bajo diferentes condiciones como una combinación de tratamiento térmico y mecánico a través de un troquel (agujero en forma) a un ritmo predeterminado para producir una variedad de productos (Alam et al., 2016).
La cocción por extrusión se define como una combinación de tratamiento térmico y mecánico mediante el cual se obtienen alimentos ricos en proteínas y/o almidón ingredientes, se plastifican y se cuecen en cilindro para obtener una pre- forma definida. El producto final se obtiene así haciéndolo pasar por la abertura del troquel a la salida del extrusor (Harper, 2019).
La extrusión de alimentos es un método de alta temperatura y corto tiempo (HTST) que produce cambios en la textura, el flujo de fluidos y la reducción de tamaño. Trae cambios al
caramelizar, mezclar, cocinar, transferir calor y masa, plastificar, cortar, amasar, moldear y formar del producto final (Yu, 2011).
La conformación común de los extrusores, de tornillo simple o doble, con relación a los parámetros de funcionamiento son interdependientes, mencionando a la temperatura, presión y velocidad de tornillo (Fellows, 2017).
2.2.6.3 Extrusión en frío
Temperatura del alimento se mantiene en limites inferiores a 100 °C. Utilizado para mezclar, asimismo brindar el formato hacia los alimentos que no requieren cocción. Es el extrusor quien ejecuta su funcionamiento del tornillo que se ubica cilindro recto a una velocidad baja, realizando las operaciones de amasado y extrusión del material con limitada fricción (Fellows, 2017).
Son sistemas tan sencillos, ejemplo en la etapa de amasado para elaborar la masa que se utiliza antes de hornear. Por lo regular, es usado para combinar, unir, difundir, dar consistencia, disgregar, fabricar un producto nutritivo o ingrediente del producto (Singh et al., 2014).
2.2.6.4 Extrusión en caliente
Singh et al. (2014) menciona que “en el proceso de extrusión en caliente, el principal factor es el uso de la energía térmica, esta se puede incorporar al alimento durante el proceso utilizando una fuente externa u ocasionando fricción en las superficies intrínsecas del extrusor en reacción con el producto extruido”.
Es un proceso eficiente para elaborar dispersiones sólidas mediante la alteración de las propiedades fisicoquímicas y las características térmicas y mecánicas para beneficiar la
estabilidad y la biodisponibilidad de la comida. En el procesamiento de alimentos, se ha convertido en un proceso industrial bien establecido debido a su capacidad para mejorar la solubilidad, gelatinizar almidones y desnaturalizar proteínas. Su popularidad se basa en su capacidad para mejorar la digestibilidad, inactivar enzimas, microorganismos y otros factores antinutricionales también (Alam et al., 2019).
El extrusor general se compone de uno o dos tornillos que giran en la misma dirección o en dirección opuesta en una posición estacionaria barril. La fabricación del barril se realiza de forma que se divide en secciones para reducir el tiempo de residencia de los materiales fundidos. (Maniruzzaman et al., 2012).
2.2.6.5 Extrusoras con un solo tornillo
Fellows (2017), menciona que “es el boceto más empleado para aplicaciones fáciles de las operaciones de cocción y formación, cuando no se exige la elasticidad de una máquina de doble tornillo. El tornillo es agitado por un motor eléctrico de velocidad voluble que es lo ampliamente resistente como para realizar el bombeo de los alimentos hacia la presión ocasionado en el cilindro. Uno de los fundamentales factores que afectan en el rendimiento del extrusor es la velocidad del tornillo; este dirige el tiempo de residencia del producto, la dosis de calor por fricción ocasionado, las tasas de transmisión de calor y las fuerzas de cortejo en el producto. Estas poseen distintos grados de acción de corte en los alimentos. Las extrusoras de elevado cizallamiento contienen altas velocidades de tornillo y poco hondos para producir altas presiones y temperaturas. Las extrusoras de cizallamiento medio, se emplean para crear empastes, texturizados de proteínas y alimentos para mascotas. Y las extrusoras de bajo cizallamiento presentan vuelos profundos y velocidades más diminutas para producir bajas presiones”.
Singh et al. (2014) manifiestan que, “en un sistema de extrusión de un solo tornillo, como se visualiza en la Figura 3, el alimento transita a través del cilindro en el espacio en medio del núcleo del tornillo y el cilindro. La velocidad de flujo del extruido a través del sistema será distributiva a la velocidad de rotación (RPM) del tornillo”.
Figura 3. Secciones dentro del cilindro de un extrusor de un solo tornillo
Nota. Singh et al. (2014)
2.2.6.6 Extrusoras de doble tornillo
Se encuentran reunidos según el sentido de rotación de los tornillos, los cuales son corrotante y contrarrotante; además del grado en que se enlazan. Los tornillos que no se encuentran unidos proceden a ser dos extrusoras que presentan un solo tornillo, en cambio los tornillos unidos fabrican una operación de bombeo de traslación positivo para desplazar el producto en el tramo largo del cilindro (Fellows, 2017).
(A) (B)
Figura 4. Configuración de tornillos en extrusor de doble tornillo (A), rotación de tornillos en un extrusor de doble tornillo (B)
Nota. Fellows (2017)
Fellows (2017), menciona que “una de las principales ventajas de las extrusoras de doble tornillo es la mayor flexibilidad de operación para manejar una gama más amplia de ingredientes y producir diferentes productos. Para ciertos productos, el uso de las extrusoras de un solo tornillo, no son óptimas en funcionamiento, como es el caso de caramelo pegajosos y otros productos de confitería, incluidos los alimentos para mascotas que contienen hasta un 30% de carne fresca, o alimentos acuáticos ultrafinos y con alto contenido de grasa, tienen una calidad sustancialmente más alta utilizando el extrusor de doble tornillo. Las principales limitaciones de las extrusoras de doble tornillo, son los costos relativamente altos de capital y mantenimiento. La compleja caja de cambios que se necesita para accionar los tornillos gemelos, también limita el par, la presión y el empuje máximo que se puede lograr”.
2.2.6.7 Variables que controlan el proceso de extrusión
“El grado de cocción (GC), llamado también gelatinización, esto se da cuando un almidón se
exhibe a una temperatura alta (55-75°C) interactuando directamente con la humedad, este debe de alcanzar un porcentaje bajo en la línea de productos extruidos, en este caso se
Corrotante Contrarrotante
produce la hinchazón de los granos en los grupos polares hidroxilo a causa de una absorción de agua” (Carbajal y Huamancondor, 2017).
Involucra una devastación de la estructura granular y cristalina del almidón, lo que congenia a que el almidón tenga una mayor digestibilidad (Aguirre y Calderón, 2015).
“Aumenta al elevar la temperatura, a la vinculación de compresión del tornillo y al reducir la
humedad y el diámetro de la boquilla, son los parámetros que ocasionan una mayor fuerza de cizallamiento y una presión más intensa dentro del equipo. Sus tiempos de residencias son muy cortos, esto es una mención importante de la gelatinización en los extruidos” (Fernández y Vera, 2014).
2.2.6.8 Parámetros durante el proceso de extrusión
Llopart (2011), menciona que “la temperatura, asciende de 140 °C a 170°C, como se visualiza esta debe ser alta para conseguir una expansión explosiva, esto se debe a las fuerzas cizallantes”.
Aguirre y Calderón (2015) menciona que “la presión, directamente se encuentra adherido al giro del extrusor mediante la velocidad, si este se incrementa, será mayor la presión y de igual manera la temperatura dentro del equipo. El producto extruido tendrá como resultado final, mayor expansión, poros con orificios pequeños y de textura no crujiente”.
Torres y Pérez (2006) menciona que “el tiempo, este debe ser de residencia corta. Tiene un tiempo de duración solo unos pocos segundos en extrusores de tambores cortos, aunque el tiempo es establecido en los tambores largos. De 15 a 90 segundos es el tiempo que fluctúa el transito del cilindro”.
Llopart (2011) menciona que “la velocidad de tornillo, perjudica al tiempo de residencia y al gradiente de velocidad este se encuentra forzado al material que es transitado a lo largo del tornillo”.
2.2.6.9 Características reológicas del material a extruir
Aguirre y Calderón (2015) mencionan que “la humedad, en todo el proceso es de gran influencia. Un control inadecuado perjudicaría no solo al contenido de humedad, sino en el gasto de energía del equipo y varias variables. Entre 10 a 40 % fluctúa el nivel de humedad, comparados con otros métodos de cocción de masas y pastas estos son niveles muy diminutos”. “En la gelatinización el nivel óptimo de humedad es usualmente 27%, siendo llevada a la creación de un producto seco con absorción de agua máxima. Aunque también se puede dar la extrusión de 8 a 10% de humedad considerados niveles mucho menores, pero trae como consecuencia una dextrinización del almidón” (Torres y Pérez, 2006).
Carbohidratos, el aporte es generalmente de los sólidos de la mezcla en el rango de 50 y de 80%, además en el producto interactúa en el grado de gelatinización final (Brennan, 2006).
El almidón tiene contenida a la amilosa, está brinda una textura crocante al producto, caso contrario sucede con la amilopectina que contribuye al inflado del producto. Una mayor expansión lineal es producida por la amilosa, en tanto en forma radial lo obtiene la amilopectina (Torres y Pérez, 2006).
Proteínas, la fabricación de elasticidad limitan la expansión como el gluten. Para contribuir muy poco con la textura se pueden usar proteínas parcialmente desnaturalizadas, de igual manera beneficia con la absoluta desnaturalización en el transcurso del proceso (Torres y Pérez, 2006).
Grasas, en estado libre funciona como lubricante, la conversión de energía mecánica del extrusor disminuye y como resultado le brinda al producto su expansión. Cuanto en los niveles de grasa no se realiza un control adecuado producirá transformaciones muy drásticas en el producto, son la fusión y la porosidad, en consecuencia, la estructura del producto sería muy frágil (Torres y Pérez, 2006).
Torres y Pérez (2006), menciona sobre “los azúcares, brindan una estructura suave y fina con mayor énfasis. Se produce un tiempo de residencia mayor cuando los productos tienen un incremento en el contenido de azúcares para su cocción, y esto trae como consecuencia una reducción de la actividad de agua y la viscosidad de la masa aumenta dentro del extrusor”.
Tamaño de partícula, mientras son de mayor tamaño detienen la gelatinización, pero si son muy finas aceleran la gelatinización y dan como resultado una diminuta viscosidad del fluido.
Para tardar la gelatinización se realiza la acción correctica disminuyendo la humedad (Salas, 2003).
2.2.6.10 Efecto de los parámetros de extrusión en las propiedades de los extruidos
a. En la textura
Las transformaciones en el almidón y la proteína crean una gran cantidad de texturas de productos, es por ende que se considera una de las características principales. “La densidad aparente y la textura es perjudicado por el grado de expansión del producto, por ende, para evaluar si la textura será aceptada por la población, la densidad aparente será tomada como un control de calidad de rutina” (Fellows, 2017).
b. En el sabor
La temperatura influye cuando manufacturan tiempos de residencia con un lapso de tiempo corto, es posible que no se produzcan sabores cocidos. “También los sabores pueden ser fabricados por las reacciones de Maillard, pero los sabores agregados se volatilizan cuando el alimento evacua del extrusor, esto sucede en otros productos. De modo que, con mayor frecuencia los sabores se fijan en forma de emulsiones rociadas a la superficie de los snacks después del proceso de extrusión” (Fellows, 2017).
c. En el color
Las reacciones de Maillard y la caramelización son beneficiadas por emplear altas temperaturas y bajo contenido de humedad, esta condición crea compuestos amarillos/marrones. Los pigmentos naturales, a causa de estas condiciones de funcionamiento, pueden transformarlos o destruirlos, pero existe una gama de pigmentos de estado natural y estable, que pueden resistir temperaturas de extrusión de 80°C a 135°C, “en estos incluyen los de coloración verde, amarillo, naranja, rojo y marrón. A causa de la expansión del producto, el calor exagerado, las reacciones con proteínas, la disminución de azucares o iones metálicos produce la decoloración del color. En muchos alimentos la coloración se cambia utilizando pigmentos sintéticos que se adicionan al alimento” (Fellows, 2017).
d. En el almidón
Camire (2011) describe que “los métodos para manipular las condiciones de extrusión para producir resistencia a la digestión del almidón, la adición de ácido cítrico a la harina de maíz antes de la extrusión, crea mayores cantidades de polidextrosa y oligosacáridos, o agrega
fibra dietética. La creación de almidón resistente por extrusión también puede tener valor en productos de calorías reducidas”.
e. En la proteína
Las condiciones de cocción mediante la extrusión fortalecen el valor alimenticio de las proteínas, a causa del incremento de la digestibilidad. “Sería el resultado de la desnaturalización de proteínas, la inactivación de inhibidores enzimáticos en materias primas y/o manifestando nuevos activos para enzimas digestivas. Debido al calentamiento se produce el aumento de la digestibilidad de la proteína, esto con relación a la creación de complejos entre las proteínas y distintos componentes del grano y al grado de desintegración de la matriz, este presenta un efecto en la entrada de las enzimas proteolíticas” (Fellows, 2017).
f. En la grasa
Durante la extrusión, se crean complejos almidón-lípido por interacción de los lípidos, pero estos complejos no perjudican la composición nutricional de los alimentos. Usualmente el proceso de oxidación de lípidos no se produce en gran magnitud en la extrusión, en cambio este fenómeno podría suceder durante el almacenamiento. Existen factores analizados que impulsan la oxidación, incorporando los iones metálicos por el deterioro de los tornillos de la extrusora y el incremento de la superficie de los productos extendidos. Por el proceso de extrusión, se podría inactivar las enzimas lipolíticas, en cambio se podría volver más resistentes en la oxidación, los complejos de lípido-almidón (Fellows, 2017).
2.2.6.11 Ventajas del proceso de extrusión
Brennan (2008) menciona que “la adaptabilidad está dependiendo de las transformaciones adecuadas en el extrusor, de las condiciones de operación ajustadas o la materia prima empleada, se produce una gran diversidad de distintos tipos y formas de productos”.
Excelente conservación energética, se ejecuta con un diminuto contenido de humedad admitiendo la disminución de energía necesaria, por ende, la extrusión refiere con una buena eficiencia alimenticia (García, 2010).
Aguirre y Calderón (2015), indican que “la reducción de costos, incluye un ahorro de costos en mano de obra y espacio, ejecuta conjuntamente operaciones de mezclado, cocción, texturización y secado parcial”.
Aguirre y Calderón (2015), mencionan que “la alta capacidad de producción, en el caso del snack, logra una enorme capacidad de producción de 315 Kg/hora y en el caso de los cereales de baja densidad, 1200 Kg/hora”.
Productos de alta calidad, para adquirir un producto con una calidad nutricional óptima se debe trabajar con elevadas temperaturas en un reducido tiempo, “esto nos permitirá optimizar las propiedades funcionales, la textura y características sensoriales, y fabricar productos con ventajas económicas que contribuyen un alto valor alimenticio” (Romo, 2012).
Carencia de efluentes, no produce ninguna consecuencia hacia el medio ambiente porque no produce efluentes que necesiten ser examinados para su exclusión (Aguirre y Calderón, 2015).
III. MÉTODOS Y MATERIALES
3.1 Lugar de ejecución
El proyecto de investigación se desarrolló en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo y en la empresa Alimentos Agrícolas y Lácteos SAC, su misión en el rubro alimentario es“la que procesa y comercializa productos naturales de óptima calidad e inocuidad alimentaria, utilizando materias primas de las distintas regiones de nuestro país, cumpliendo con los más estrictos estándares de calidad que se rigen bajo las normas nacionales e internacionales;
comprometidos con garantizar una buena nutrición y satisfacción de nuestros clientes”.
3.2 Materias primas e insumos 3.2.1 Materias primas
Para la obtención del cereal extruido se ha empleado las siguientes materias primas:
Granos de arroz partido, adquirido del proveedor Empresa Inversiones Elducor, se
encuentra en el sector de venta al por mayor de alimentos, bebidas; ubicado en el distrito de José Leonardo Ortiz- Chiclayo- Lambayeque.
Granos de trigo entero, adquirido del proveedor Agroindustria Santa María SAC,
desempeño en el sector de elaboración de Productos de Molinería, ubicado en el departamento de Lima.
Granos de cañihua, adquirido del proveedor Amaranthus Food, se encuentra en el sector de granos y semillas, ubicado en el distrito de José Leonardo Ortiz- Chiclayo- Lambayeque.
3.2.2 Insumos
La harina de sangre de vacuno del proveedor ORGINOR NATURAL, dedicado a la
fabricación de colorantes, extractos e ingredientes naturales para alimentos, bebidas, cosméticos, farmacéutica y nutracéuticos, ubicado en el departamento de Lima.
3.3 Equipos y materiales 3.3.1 Equipos para el proceso
Mezclador horizontal: Marca Incalfer, capacidad: 250 kg, material de acero inoxidable Capacidad Máxima: 250 kg de harina de maíz entrefina
Motor de Accionamiento: Trifásico de 2 hp 925 rpm Accionamiento Eléctrico: Arranque directo
Polea motora: Ø 100mm 2 canales A Polea conducida: Ø 500mm 2 canales A Correas:
A92
Rodamiento inferior: UC206 Rodamiento superior: UC208 Tornillo helicoidal: 60x70x200, paso 120mm, largo 1600mm
Tornillo alimentador: Marca Incalfer, tipo sin fin Reductor de Accionamiento: STM RMI 50 1:40 0.5 HP Motor de Accionamiento: Trifásico de 0.5 hp 1500 rpm Accionamiento Eléctrico: Arranque directo
Rodamiento inferior y superior: UC206
Tornillo helicoidal: 22x20x62, paso 62mm, largo 2500mm
Tolva de crudos: Marca vulcano, capacidad: 500 kg, material de acero inoxidable
Tornillo transportador: Marca vulcano, material de acero inoxidable, tipo sin fin
Dosificador del extrusor: Marca Incalfer, capacidad de 40 kg Capacidad máxima de la tolva: 40 kg
Motoreductor de accionamiento con variador mecánico incorporado: MBNF07Y 40- 200 RPM
Motor de accionamiento: Trifásico de 1 hp 1500 rpm Accionamiento eléctrico: variador electrónico de velocidad
Conjunto extrusor: Marca Incalfer, capacidad: 150 kg/hr, material de acero inoxidable Capacidad nominal de producto extruido: 150 kg/h
Diámetro del tornillo: 65mm Largo del Tornillo:1008mm RPM Nominales:250 rpm Cortante de producto
Cantidad de cuchillas: 4 Tipo de cuchillas: especiales Motor de accionamiento: Trifásico de 0,75 hp 2800 rpm Accionamiento eléctrico: variador electrónico de velocidad
Polea Motriz: Ø 155mm 1 canal A Polea conducida: Ø 70mm 1 canal A Correa: A 19
Horno de secado
Está compuesto por un cuerpo estructural cerrado con zona de entrada de producto, salida de producto y puertas de inspección. En su interior dispone de una cinta de malla metálica mediante la cual el producto extruido recorre los tres niveles del horno, logrando de esta manera bajar el nivel de humedad contenido en el producto extruido.
3.3.2 Equipos e instrumentos en el laboratorio de calidad
Estufa eléctrica
Refractómetro de mano marca ATAGO
Ph-metro digital Marca HANNA
Balanzas electrónicas: Marca Pesatec, capacidad: 3 kg, material de acero inoxidable
Balanza de humedad: Marca AND MX-50/MF-50, capacidad máx. 5 g
3.3.3 Material para el proceso
Bandejas planas de acero inoxidable
Jarras medidoras de plástico
Tazones de acero inoxidable
Cucharones pequeños de acero inoxidable
Recipientes de acero inoxidable
Selladoras manuales
3.3.4 Material de laboratorio
Vaso de precipitación de material de vidrio
Matraz de vidrio
Placas petri de vidrio
Secador manual de vidrio
Pinzas de material metálica
Capsulas y crisoles de porcelana
3.4 Método de análisis
3.4.1 Análisis químico proximal
Se realizó este análisis a las materias primas y así mismo a las formulaciones planteadas para la obtención del cereal extruido.
Tabla 4
Métodos para el análisis químico proximal a las materias primas
Análisis Norma de referencia Nombre del método
Humedad NTP 205.002:1979 (revisado el 2016) Método gravimétrico Cenizas NTP 205.0038:1975 (revisado el
2016) Método gravimétrico
Carbohidratos Por cálculo Por cálculo
Proteínas NTP 205.005:1979 (revisado el 2011) Método kjeldahl Grasas totales NTP 205.006:1980 (revisado el 2011) Método gravimétrico
Nota. Elaboración propia (2021)
Tabla 5
Métodos para el análisis químico proximal a las formulaciones
Nota. Elaboración propia (2021)
Análisis Norma de referencia Nombre del método
Humedad NTP 209.264:2018 Método gravimétrico
Acidez (expresada en ácido sulfúrico)
NTP 205.039:1975 (Revisada
el 2016) Método gravimétrico
Índice de
gelatinización NTP 209.268.2006 Método espectrofotométrico Aflatoxina Kit RIDASCREEN fast
Aflatoxin
Kit RIDASCREEN fast Aflatoxin
Saponina NTE INEN 1672: 1988 Método de rutina
Cenizas NTP 209.265:2013 Método gravimétrico
Carbohidratos Por cálculo Por cálculo
Proteínas NTP 209.262:2013 Método kjeldahl
Azúcar total NOM-086-1994 Determinación de azucares Grasas totales NTP 209.263:2018 Método gravimétrico
Sodio AACC Method 2000 Método Espectrofotométrico
3.4.2 Análisis microbiológico
Fue realizado al producto terminado, según la norma NTS Nº 071 – MINSA/DIGESA-V.01:
“Norma sanitaria que establece los criterios microbiológicos de calidad sanitaria e inocuidad
para los alimentos y bebidas de consumo humano. Grupo de alimentos V. Granos de cereales, leguminosas, quenopodiáceas y derivados (harinas y otros); para Productos instantáneos extruidos o expandidos proteinizados o no y hojuelas a base de granos (gramíneas, quenopodiáceas y leguminosas) que no requieren cocción, para comparación de resultados”.
Tabla 6
Métodos para el análisis microbiológico del producto terminado
Análisis Método
“Recuento de aerobios mesófilos (UFC/g)” ISO 4833 – 1:2014
“Numeración de coliformes (NMP/g)” ICMSF
“Recuento de bacillus cereus (UFC/g)” ISO 7932:2004
“Recuento de mohos (UFC/g)” ICMSF
“Recuento de levaduras (UFC/g)” ICMSF
“Detección de salmonella sp (ausencia en 25g)” ISO 6579-1: 2017
Nota. Elaboración propia (2021)
3.4.3 Análisis de contenido de hierro
El análisis de contenido de hierro solo se realizó al producto terminado (las 4 formulaciones planteadas para la obtención del cereal extruido) y se tomó como referencia NTP 209.652 2017 ALIMENTOS ENVASADOS. Etiquetado nutricional, Tabla 1- Valores de referencia de nutrientes necesidades (VRN-N).
Tabla 7
Determinación del análisis de contenido de hierro
Nota. Elaboración propia (2021)
3.4.4 Análisis sensorial
Se aplicó a 30 panelistas semi entrenado tanto hombres y mujeres, operarios de producción, operarios de almacén, operarios de mantenimiento, personal del área administrativa- contable de la empresa.
El proceso a realizar fue el siguiente, a cada panelista se le proporciono las 4 formulaciones realizadas, en bolsas de polietileno de 30 gramos cada uno, rotulado con un símbolo que fue asignado para su identificación.
Luego se les hizo entrega de la encuesta, en donde recibieron una pequeña explicación de cómo se obtuvo el cereal extruido; en la encuesta los parámetros a evaluar fueron las características sensoriales (olor, sabor, color, apariencia general, textura), aplicando la escala hedónica de 5 puntos, se utilizó esta prueba para comprobar el grado de aceptabilidad de las formulaciones obtenidas en los panelistas.
El objetivo principal es evaluar el grado de aceptabilidad del producto terminado, comparando entre las 4 formulaciones obtenidas, y seleccionar la formulación con mayor aceptabilidad en relación a los parámetros a evaluar.
Análisis Método
Hierro (mg/100g) AOAC Método 968.08
Tabla 8
Escala hedónica para evaluación de cinco puntos
Nota. “Recuperado Ojeda, A y Ubillús, B (2015), p 50”
Tabla 9
Símbolos empleados en el rotulado de las formulaciones del producto terminado
Nota. Elaboración propia (2021)
3.4.5 Análisis estadístico
“Los datos obtenidos del análisis sensorial fueron evaluados a través de un análisis de
varianza (ANOVA), con un nivel de confianza del 95% y una comparación entre medias por el método de Tukey”. Se utilizó el programa de análisis estadístico RStudio.
El diseño que permitirá constatar la hipótesis respecto a la evaluación fisicoquímica y microbiológica, corresponde al diseño completamente al azar (DCA), cuya ecuación es:
Descripción Puntuación
“Me agrada mucho” 5
“Me agrada ligeramente” 4
“Ni me agrada ni me desagrada” 3
“Me desagrada ligeramente” 2
“Me desagrada mucho” 1
Formulaciones
F0 F1 F2 F3
(50%A- 35%T,15%C)
(50%A- 35%T,15%C,
2%HSV)
(50%A- 35%T,15%C,
3%HSV)
(50%A- 35%T,15%C,
4%HSV)
Y
ij= µ + t
i+ Ɛ
ijDonde:
i: 0,1, 2 y 3… Tratamientos j: 1, 2 y 3…. Repeticiones
Y ij = variable respuesta que será medida por la evaluación fisicoquímica, microbiológico,
organoléptico y nutricional
µ
= la medida común a todos los datos del experimentot
i = Efecto del i-ésimo tratamiento a estimar a partir de los datos del experimentoƐ
ij = Error aleatorioEl diseño que permitirá contrastar la hipótesis respecto a la evaluación organoléptica corresponde al diseño experimental de bloques completamente al azar (DBCA), cuya ecuación es la siguiente:
Y
ij= µ + t
i+β
i+ Ɛ
ijDonde:
i: 0,1, 2 y 3… Tratamientos j: 1, 2 y 3…. Repeticiones k = Repeticiones
Yij= la medición que corresponde al tratamiento µ = medida global profesional
βi= el verdadero efecto del j- ésimo bloque ti= el verdadero efecto del i- ésimo tratamiento Ɛij = error experimental.
3.5 Metodología experimental
3.5.1 Determinación de formulaciones en la obtención del cereal extruido
Se determinó cuatro formulaciones en la obtención del cereal extruido, para las cuales se utilizó 20 Kg de arroz partido, 15 kg de trigo entero, 5 kg de cañihua y como insumo 1.0 kg de Harina de Sangre de Vacuno, “para cada formulación aplicada se ejecutó cuatro corridas de 10 Kg cada una para la obtención de cereal extruido”.
Figura 5. Formulaciones para la obtención de cereal extruido (FO) y fortificado (F1, F2 y F3) Nota. Elaboración propia (2021)
Según estudios de investigación, se aplicaron las fórmulas para la obtención del cereal extruido, en el caso del insumo Harina de Sangre de Vacuno, se utilizó ese porcentaje, tomando como referencia su Especificación Técnica del proveedor.
Formulaciones
F3
F0 F1 F2
Arroz
partido (50%)
Trigo entero (35%) Cañihua
(15%)
Arroz
partido (50%)
Trigo entero (35%) Cañihua
(15%)
Arroz
partido (50%)
Trigo entero (35%) Cañihua
(15%)
Arroz
partido (50%)
Trigo entero (35%) Cañihua
(15%) Harina de
sangre de vacuno (2%)
Harina de sangre de vacuno (3%)
Harina de sangre de vacuno (4%)
3.5.2 Flujograma del proceso productivo
Figura 6. Diagrama de flujo para la obtención de un cereal extruido Nota. Elaboración propia (2022)
Recepción de materia prima
Almacenamiento Limpieza, selección
Molienda Dosimetria Mezclado (5 min)
Extrusión
Secado (T°100°C- 5 min) Enfriado (T° 40°C)
Recepción de envases
(Bolsa Cristal)
Envasado 1
Pesado (5 kg) y sellado 1 Almacenamiento temporal Envasado, pesado y sellado final Recepción de
insumos (Harina de
sangre de vacuno) Arroz partido,
trigo entero Cañihua
Almacenamiento
3.5.2.1 Recepción de materia prima, insumos, envases y empaques
Se realizó la recepción de las materias primas (arroz partido, trigo entero y cañihua), insumos (harina de sangre de vacuno), envases y empaques (bolsas de polietileno), los cuales deben estar en sus respectivos envases (sellados y rotulados), indicando la fecha de producción o fecha de vencimiento y de contener lote también es aceptado; además de realizar el pesado de lo mencionado.
3.5.2.2 Almacenamiento
Se colocó en parihuelas de madera con una altura superior a los 20 cm de altura sobre el piso, 50 cm separados de la pared y 60 cm como mínimo del techo. Se controló la Humedad Relativa (máximo 82%) y temperatura (menor o igual 28°C).
3.5.2.3 Limpieza, selección y depredado
Este proceso se realizó mediante una máquina cribadora que a través de la vibración y zarandeo logra separar materias extrañas, suciedad, entre otros; esto es el caso de la limpieza y selección, caso contrario sucede para el depredado que se utiliza una depredadora cuya función es la separación de materia extraña con mayor peso.
Esta etapa aplica cuando los granos no llegan seleccionados ni depredado; por ende, se ha adquirido materias primas de proveedores seleccionados.
3.5.2.4 Molienda
Se realizó en un molino de martillos, identificado con la numeración 2, que a través de movimientos de rotación de los martillos con los granos hacen que se este se rompa y pueda atravesar una malla de 0,5 mm; en el proceso se realizó esta etapa para el arroz partido y trigo entero, obteniendo harina de arroz y harina de trigo, respectivamente.
