Estudio de la temperatura de secado de cladodios (Nopales) y su efecto en la viscosidad de Flanes formulados con harinas provenientes del secado de los cladodios

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(1)Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. “ESTUDIO DE LA TEMPERATURA DE SECADO DE CLADODIOS (NOPALES) Y SU EFECTO EN LA VISCOSIDAD DE FLANES FORMULADOS CON HARINAS PROVENIENTES DEL SECADO DE LOS CLADODIOS”. TESIS PRESENTADO POR LA BACHILLER: DEISSY PATRICIA POLANCO YNOSTROZA. PARA OPTAR POR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERÍA QUÍMICA. AREQUIPA – PERÚ 2013.

(2) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. PRESENTACION. Señor Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Señor Director de la escuela Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Señores Miembros del Jurado. Siguiendo las normas y lineamientos de grados profesionales de la Facultad de Ingeniería de Procesos de la Universidad Nacional de San Agustín, pongo en consideración de Uds. El presente trabajo de tesis, titulado: “Estudio de la Temperatura de Secado de Cladodios (Nopales) y su Efecto en la Viscosidad de Flanes Formulados con Harinas provenientes del Secado de los Cladodios”, trabajo que debe ser aprobado, me permitirá optar el Título Profesional de Ingeniera Química.. Atentamente,. Bachiller Deissy Patricia Polanco Ynostroza.

(3) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. A Dios, quien me dio la fé, fuerza y la esperanza para terminar este trabajo .A mis hijos Sebastián y Brian que a pesar de su corta edad me dieron su apoyo y la fortaleza para seguir adelante, a mi esposo por su amor, apoyo y confianza, a mi Padre quien me enseñó a luchar para alcanzar mis metas, a mis hermanos por su confianza y apoyo incondicional, a mi familia y amigos que siempre estuvieron ahí cuando los necesite. Patty.

(4) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. RESUMEN. El desarrollo de diverso tipos de alimentos de bajo contenido energético y con un alto contenido en fibra dietética es de importancia en la industria alimentaria, debido al creciente interés de consumidores por una dieta sana y nutritiva. Los alimentos listos para preparar son atractivos por el ahorro de tiempo y a esto también se suma el valor nutritivo. Por esta razón se estudiaron las temperaturas de secado del Nopal (opuntia ficus indica) para obtener Harina de Nopal y evaluar su comportamiento reológico de cada una de ellas; la harina secada a temperatura 70°C presentó una mayor viscosidad y se determinó que es un fluido no Newtoniano y pseudoplástico. El análisis químico de la harina reporta un alto contenido de fibra (47.65%), carbohidratos (16.68%), Grasa (3.03%), Proteínas (12.36%). Posteriormente se realizó las formulaciones del Flan con las siguientes variables: Proporción de la Harina de Nopal (5%,10%,15%), pH (6.00, 6.50, 7,00) y temperatura (10°C, 20°C, 50°C), donde se demostró que a mayor concentración y a menor temperatura aumenta la viscosidad, se determinó que es un fluido no newtoniano y pseudoplástico. Se observó también que a pH=6, el Flan presenta mayor viscosidad. Se comparó el Flan formulado que contiene Harina de Nopal (5%) ,Carragenina y Goma de Guar vs Flan formulado con Harina de Nopal(5%) sin Carragenina y Goma de Guar, demostrando que este último, es un fluido no newtoniano y pseudoplástico. El análisis proximal en el Flan Formulado con Carragenina y Goma Guar presento los siguientes resultados Energía 302.31 Kcal, Proteínas (26.99 %), Carbohidratos (43.66 %), Grasa (2.19%) y Fibra (8.22%) que comparando con el Flan Comercial tiene las siguiente ventajas bajo contenido Energético, alto contenido proteico y presencia de fibra..

(5) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. INTRODUCCIÓN. El nopal es una planta cuya siembra y cultivo no requiere cuidados intensivos, su aprovechamiento es mayormente como consumo directo del fruto así como cultivo de la cochinilla en los Nopales; esto motiva darle un valor agregado a este recurso natural; investigando los beneficios obtenidos por la Harina de Nopal, la cual se obtiene por deshidratación y molienda de los cladodios, los que pueden ser usados en la industria panificadora en la preparación de galletas, pastas, cremas y postres o bien en fibras dietéticas peletizadas. Esta última aplicación resulta importante, en virtud del consumo de fibra, representa una mejoría significativa de los procesos digestivos con problemas de estreñimiento. Un punto a tener en cuenta, cuando se incorpora este producto a alimentos líquidos o semilíquidos como flanes o postres que tienen cierto grado de gelificación, son las características de viscosidad o reológicas que posee la Harina, ya que podrá influir significativamente en las características, principalmente sensoriales, de los productos que se adiciona. Es por ello que el presente trabajo tiene por finalidad el estudio de los reogramas formados con las Harinas de Nopal obtenidas por deshidratación a. diferentes. temperaturas 70°C, 80°C y 90°C y posteriormente incorporado en la composición de la formulación del Flan, donde las variables a tener en cuenta son: pH = 6.0, pH= 6.5 y pH = 7.0; temperatura de 10º C, 20 °C y 50º C y concentración del Harina de Nopal: 5%,10% y 15%. Con estos cambios se espera obtener, un Flan con una fuente de fibra dietética y además determinar su valor nutricional y su característica reológica física de interés industrial..

(6) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................... 1 OBJETIVOS ....................................................................................................... 2 Objetivo General ......................................................................................... 2 Objetivo Específicos .................................................................................... 2 HIPOTESIS ........................................................................................................ 2 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ........................................................... 3 Justificación Técnica ................................................................................... 3 Justificación Medioambiental ....................................................................... 3 ALCANCES Y RESTRICCIONES ...................................................................... 3. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO. 2.1 ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA .................................................................. 4 2.1.1 Origen del Nopal (Opuntia Ficus) ................................................................ 4 2.1.2 Clasificación Taxonómica ............................................................................ 5 2.1.3 Caracterización del Nopal ........................................................................... 5 2.1.3.1 Características Físico-Químicas de la Penca de Tuna............................... 5 2.1.3.2 Composición Química................................................................................. 6 2.1.3.3 Composición de Cenizas y Celulosa .......................................................... 6 2.1.3.4 Composición de Aminoácidos .................................................................... 7 2.1.3.5 Características Botánica ............................................................................ 8 2.1.4 Usos del Nopal ............................................................................................ 9 2.2 REOLOGIA ...................................................................................................... 11 2.2.1 Definición .................................................................................................. 11 2.2.2 Clasificación Reológica de Fluidos Alimentarios ........................................ 12 2.2.2.1 Comportamiento Independiente del tiempo .............................................. 13 2.2.2.2 Comportamiento Reológico dependiente del tiempo. ................................ 15 2.2.2.3 Comportamiento Viscoelastico. ................................................................ 16 2.2.3 Modelos Reologicos para Fluidos No Newtonianos. ................................. 16 2.2.3.1 Modelos Bingham. .................................................................................... 16 2.2.3.2 Modelos de la Ley de Potencia. ................................................................ 16 2.2.3.3 Modelos de Arrenihus(Dependencia de temperatura). .............................. 17 2.2.3.4 Modelos Exponencial y Potencial(Dependencia de solidos y solubles). .... 17 2.2.3.5 Modelos Herschel - Bulkley ...................................................................... 18. CAPÍTULO III METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL. 3.1. GENERALIDADES ........................................................................................... 19.

(7) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION EXPERIMENTAL ............................... 19 3.3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL .................................................................. 19 3.3.1. Etapa 1: Efecto de la temperatura de secado de los Cladodios (nopal), en la obtención de la Harina de Nopal y su efecto reológico ....................... 20 3.3.1.1 Identificación de variables........................................................................ 20 3.3.1.2 Matriz de Pruebas Experimentales para la Caracterización Reológica de la Harina de Nopal. ....................................................................................... 20 3.3.1.3 Descripción del Proceso Experimental...................................................... 22 3.3.2 Etapa 2: Caracterización Físico -Química de la Harina de Nopal ............. 25 3.3.2.1 Tabla de bloques caracterización de la Harina de Nopal ........................... 25 3.3.2.2 Determinación de las Variables de Caracterización ................................. 25 3.3.3 Etapa 3: Efecto de proporción de harina, PH y temperatura de procesamiento y consumo, en aspectos reológicos del producto. ............. 26 3.3.3.1 Identificación de variables........................................................................ 26 3.3.3.2 Matriz de Pruebas Experimentales para la Caracterización Reológica del Flan con Harina de Nopal. ....................................................................... 26 3.3.3.3 Descripción del Proceso de la Formulación del Flan con Harina de Nopal 30 3.3.3.3.1 Primera Formulación 5% .......................................................................... 30 3.3.3.3.2 Primera Formulación 10% ........................................................................ 30 3.3.3.3.3 Primera Formulación 15% ........................................................................ 31 3.3.4 Etapa 4: Estudio comparativo en la respuesta reológica y consistencia del producto utilizando en un caso solo Harina de Nopal y en el otro caso uso de Harina de Nopal, Carragenina y Goma de Guar ................................... 31 3.3.4.1 Diseño experimental I ............................................................................... 31 3.3.4.2 Evaluación del Comportamiento de la Viscosidad de la Harina Nopal con respeto a la temperatura de consumo y preparación ................................ 32 3.3.4.2.1 Matriz de Pruebas Experimental para la Caracterización Reologica de la Harina de Nopal: ....................................................................................... 32 3.3.5 Etapa 5: Análisis Proximal Tabla Flan con Harina de Nopal, Carragenina y Goma Guar –Flan con Harina de Nopal sin Carragenina y Goma Guar .... 33 3.3.5.1 Tabla de Bloques Comparativos del Flan con Harina de Nopal, Carragenina Y Goma Guar –Flan con Harina de Nopal, sin Carragenina Y Goma Guar ............................................................................................... 33 3.3.5.2 Determinación de las Variables de Caracterización ................................ 34 3.4 RECURSOS MATERIALES ............................................................................. 34 3.4.1 Infraestructura: .......................................................................................... 34 3.4.2 Equipo y material de laboratorio ................................................................ 34 3.4.2.1 Materia Prima e Insumos .......................................................................... 34 3.4.2.2 Material de Laboratorio ............................................................................. 35 3.4.2.3 Equipo ...................................................................................................... 35 3.4.2.4 Reactivos .................................................................................................. 35 3.4.2.5 Otros ........................................................................................................ 36 3.4.3 Recurso Humano ...................................................................................... 36 3.4.4 Recursos Económicos............................................................................... 36. CAPITULO IV DESARROLLO EXPERIMENTAL. 4.1 4.2. GENERALIDADES ........................................................................................... 37 METODOLOGIA EXPERIMENTACION ........................................................... 37.

(8) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 4.2.1. Etapa 1: Efecto de la temperatura de secado de los Cladodios (nopal), en la obtención de la Harina de Nopal y su efecto reológico ....................... 37 4.2.1.1 Relación Viscosidad –Shear Rate............................................................. 44 4.2.1.2 Calculo de “K” y “n” ................................................................................... 45 4.2.1.3 Análisis de los valores de “k” y “n” ............................................................ 48 4.2.2 Etapa 2: Caracterización Físico -Química de la Harina de Nopal ............. 49 4.2.2.1 Tabla de bloques caracterización de la harina de Nopal ........................... 50 4.2.3 Etapa 3: Efecto de proporción de harina, PH y temperatura de procesamiento y consumo, en aspectos reológicos del producto. ............. 50 4.2.3.1 Primera formulación:................................................................................. 50 4.2.3.2 Segunda formulación: .............................................................................. 51 4.2.3.3 Tercera formulación: ................................................................................. 51 4.2.3.4 Evaluación del comportamiento de la viscosidad de la Harina de Nopal con respecto a la temperatura de consumo y preparación............ 52 4.2.3.4.1 Evaluación del comportamiento de la viscosidad de la Harina del Nopal con respecto a la temperatura de consumo y preparación a pH=6 .................. 52 4.2.3.4.1.1 Primera Formulación al 5% con Harina de Nopal ..................................... 52 4.2.3.4.1.2 Segunda Formulación al 10% con Harina de Nopal .................................. 52 4.2.3.4.1.3 Tercera Formulación al 15% con Harina de Nopal .................................... 52 4.2.3.4.1.4 Calculo de “k” y “n” pH=6 .......................................................................... 61 4.2.3.4.1.5 Analisis de los valoes de “k” y “n” ............................................................. 65 4.2.3.4.1.6 Relación Viscosidad – Shear Rate............................................................ 66 4.2.3.4.2 Evaluación del comportamiento de la viscosidad de la Harina del Nopal con respecto a la temperatura de consumo y preparación a pH=6.5 ................................. 68 4.2.3.4.2.1 Primera Formulación al 5% con Harina de Nopal ..................................... 68 4.2.3.4.2.2 Segunda Formulación al 10% con Harina de Nopal .................................. 71 4.2.3.4.2.3 Tercera Formulación al 15% con Harina de Nopal .................................... 74 4.2.3.4.2.4 Calculo de “k” y “n” pH=6.5 ....................................................................... 77 4.2.3.4.2.5 Analisis de los valoes de “k” y “n” ............................................................. 81 4.2.3.4.2.6 Relación Viscosidad – Shear Rate............................................................ 83 4.2.3.4.3 Evaluación del comportamiento de la viscosidad de la Harina del Nopal con respecto a la temperatura de consumo y preparación a pH=7. ................. 84 4.2.3.4.3.1 Primera Formulación al 5% con Harina de Nopal ..................................... 84 4.2.3.4.3.2 Segunda Formulación al 10% con Harina de Nopal .................................. 88 4.2.3.4.3.3 Tercera Formulación al 15% con Harina de Nopal .................................... 91 4.2.3.4.3.4 Calculo de “k” y “n” pH=7 .......................................................................... 94 4.2.3.4.3.5 Analisis de los valoes de “k” y “n” ............................................................. 98 4.2.3.4.3.6 Relación Viscosidad – Shear Rate............................................................ 99 4.2.4 Etapa 4: Estudio comparativo en la respuesta reológica del producto utilizando en un caso solo harina de nopal y en el otro caso uso de harina de nopal, Carragenina y Goma de Guar .................................................... 99 4.2.4.1 Diseño experimental Formulación del Flan con Harina de Nopal .............. 99 4.2.4.2 Evaluación del comportamiento de la viscosidad del Flan con Harina de Nopal con respecto a la temperatura de consumo y preparación.......... 101 4.2.4.2.1 Primera Formulación del Flan con Harina de Nopal 5%, Carragenina y Goma Guar ............................................................................................. 103 4.2.4.2.2 Segunda Formulación del Flan con Harina de Nopal al 5%, Carragenina y Goma Guar ............................................................................................. 103 4.2.4.2.3 Flan Comercial ....................................................................................... 103 4.2.4.2.4 Análisis de los valores de “k” y “n” .......................................................... 104 4.2.5 Etapa 5: Análisis Proximal del Flan con Harina de Nopal, Carragenina y Goma Guar –Flan con Harina de Nopal sin Carragenina y Goma Guar .. 105 4.2.5.1 Tabla de Bloques Comparativos del Análisis Proximal del Flan con Harina de Nopal, Carragenina Y Goma Guar –Flan con Harina de Nopal, sin Carragenina Y Goma Guar ..................................................................... 105.

(9) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. CAPITULO V COSTO ECONOMICO DE LA INVESTIGACIÓN. 5.1 GASTOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................ 109 5.1.1 Costos de Investigación ......................................................................... 107 5.1.1.1. Costos Directos ...................................................................................... 107 5.1.1.2 Costos Indirectos: ................................................................................... 109 5.2 BALANCE ECONOMICO FINAL .................................................................... 109 5.3 FINANCIAMIENTO......................................................................................... 109. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS.

(10) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. ÍNDICE TABLAS 2.1: Clasificación Taxonómica ...................................................................................... 5 2.2: Características Físico-Químicas de la Penca de Tuna o Nopal ............................. 6 2.3: Composición Química de la Penca de Tuna o Nopal ............................................ 6 2.4 Contenido de cenizas y Celulosa de varias spp de Nopal ..................................... 7 2.5: Composición de aminoácidos de la Penca de Tuna o Nopal ................................. 7 3.1: Composición de mezcla a evaluar ....................................................................... 20 3.2: Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield ................................... 21 3.3: Resultados de bloque caracterización de la harina de Nopal ............................... 25 3.4 Composición de mezclas a evaluar al 5% ............................................................ 27 3.5 Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield……………......... .... …...27 3.6: Composición de mezclas a evaluar al 10% .... ......................................................28 3.7: Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield………………… ........................................................................... .………….28 3.8: Composición de mezclas a evaluar al 15%.................................................... ... ....29 3.9: Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield……… ........................................................................... ………….……….…29 3.10 Composición del Flan al 5% ................................................................................ 30 3.11 Composición del Flan al 10% .............................................................................. 30 3.12 Composición del Flan al 15% .............................................................................. 31 3.13: Composición del Flan con Harina de Nopal ...................................................... 31 3.14: Composición del Flan con Harina de Nopal sin Carragenina y Goma Guar ..... 32 3.15: Composición de mezclas a evaluar ................................................................... 32 3.16: Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield ................................. 33 3.17: Bloque Comparativo del Flan con Carragenina y Goma Guar –Flan sin Carragenina y Goma Guar .......................................................................................... 34 4.1 : Valores de Reología .Experimento N°1 .............................................................. 38 4.2: Valores de Reología .Experimento N°2 ............................................................... 39 4.3: Valores de Reología .Experimento N°3 ............................................................... 40 4.4: Valores de Reología .Experimento N°4 ............................................................... 41 4.5: Valores de Reología .Experimento N°5 ............................................................... 42 4.6: Valores de Reología .Experimento N°6 ............................................................... 43 4.7. Valores de “k” y “n” obtenidos de diagramas logarítmicos .................................... 48 4.8: Valores de “k” y “n”, calculados por los modelos matemáticos ............................. 49 4.9 Resultados de bloque caracterización de la harina de Nopal ................................ 50 4.10: Composición del Flan con Harina de Nopal 5% ................................................. 50 4.11: Composición del Flan con Harina de Nopal 10% ............................................... 51 4.12: Composición del Flan con Harina de Nopal15% ................................................ 51 4.13: Valores de Reología .Experimento N°1-Muestra A1 .......................................... 52 4.14: Valores de Reología .Experimento N°2-Muestra A2 .......................................... 53 4.15: Valores de Reología .Experimento N°3-Muestra A3 .......................................... 54 4.16: Valores de Reología .Experimento N°4-Muestra A4 .......................................... 55 4.17: Valores de Reología .Experimento N°5-Muestra A5 .......................................... 56 4.18: Valores de Reología .Experimento N°6-Muestra A6 .......................................... 57 4.19: Valores de Reología .Experimento N°7-Muestra A7 .......................................... 58 4.20: Valores de Reología .Experimento N°8-Muestra A8 .......................................... 59 4.21: Valores de Reología .Experimento N°9-Mueta A9............................................. 60 4.22. Valores de “k” y “n” ........................................................................................... 65 4.23: Valores de Reología .Experimento N°1-Muestra B1 .......................................... 68 4.24: Valores de Reología .Experimento N°2-Muestra B2 .......................................... 69 4.25: Valores de Reología .Experimento N°3-Muestra B3 .......................................... 70 4.26: Valores de Reología .Experimento N°1-Muestra B4 .......................................... 71 4.27: Valores de Reología .Experimento N°5-Muestra B5 .......................................... 72.

(11) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 4.28 Valores de Reología .Experimento N°6-Muestra B6........................................... 73 4.29: Valores de Reología .Experimento N°7-Muestra B7 .......................................... 74 4.30: Valores de Reología .Experimento N°8-Muestra B8 .......................................... 75 4.31: Valores de Reología .Experimento N°9-Muestra B9 .......................................... 76 4.32. Valores de “k” y “n” ............................................................................................ 81 4.33: Valores de Reología .Experimento N°1-Muestra C1 ......................................... 84 4.34: Valores de Reología .Experimento N°2-Muestra C2 ......................................... 85 4.35: Valores de Reología .Experimento N°3-Muestra C3 ......................................... 86 4.36: Valores de Reología .Experimento N°4-Muestra C4 ......................................... 87 4.37: Valores de Reología .Experimento N°5-Muestra C5 ......................................... 88 4.38: Valores de Reología .Experimento N°6-Muestra C6 ......................................... 89 4.39: Valores de Reología .Experimento N°7- Muestra C7 ........................................ 90 4.40: Valores de Reología .Experimento N°8- Muestra C8 ........................................ 91 4.41: Valores de Reología .Experimento N°9-Muestra C9 ......................................... 92 4.42. Valores de “k” y “n” ............................................................................................ 97 4.43: Composición del Flan con Harina de Nopal 5% .............................................. 100 4.44: Composición del Flan con Harina de Nopal 5% sin Carragenina y Goma Guar ………………………………………………………………………………………...100 4.45: Valores de Reología .Experimento N°1-con Carragenina y Goma Guar ......... 101 4.46: Valores de Reología .Experimento N°1- sin Carragenina y Goma Guar .......... 102 4.47: Valores de Reología .Experimento N°3- Flan Comercial ................................. 103 4.48. Valores de “k” y “n” .......................................................................................... 104 4.49 Resultados de bloque caracterización del Flan con harina de Nopal, carragenina y goma Guar vs Flan con Harina de Nopal sin Carragenina y goma de Guar .............. 106 5.1: Materia Prima e insumos ................................................................................... 108 5.2: Servicio del Laboratorio ..................................................................................... 108 5.3: Resumen dc Costos Directos ............................................................................. 108 5.4: Resumen de Costos Indirectos .......................................................................... 109 5.5: Inversión Total ................................................................................................... 109.

(12) CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. Perú en la búsqueda de darle valor agregado a sus recursos naturales también está en la obligación de desarrollar nuevos productos a partir de sus recursos naturales como los nopales en este caso. Países como Brasil, EEUU y Etiopia el nopal lo utilizan como recurso para forraje y disponibilidad de agua para el ganado en etapas de sequía. México además de utilizarlo como fruto tiene una línea de industrialización de los nopales conducidos a su consumo para disminuir la desnutrición, mejorar la calidad de vida .Perú tiene aproximadamente 35000 Ha silvestres dedicadas a la cochinilla sin embargo tiende a una proyección de desarrollo para darle valor agregado a este recurso natural. Uno de los productos obtenidos de los nopales es harina , que se la puede utilizar en la formulación de cremas vegetales ( sopas) , postres (flanes) y en panificación aprovechando su aporte de fibra; además del aporte de fibra en los flanes podría regular la viscosidad del mismo; sin embargo no se conoce el efecto que tendría la temperatura de secado de los nopales en las propiedades reológicas del flan como consecuencia del uso de la harina de nopal, por eso es importante estudiarlo de igual. 1.

(13) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. modo es necesario conocer la proporción de harina de nopal en la formulación del flan y como influye en las propiedades nutricionales ,funcionales y reológicas. 1.2. OBJETIVOS. 1.2.1 Objetivo General Determinar el efecto de la temperatura de Secado de los Cladodios (Harina de Nopal) y como afecta en la viscosidad de la formulación de un polvo para Flan. 1.2.2 Objetivo Específicos . Obtener la Harina de Nopal, con tratamiento de secado 70°C ,80ºC y 90ºC, evaluando su característica reológica.. . Caracterizar Fisicoquímicamente la Harina de Nopal.. . Establecer la relación de: proporción de la harina de Nopal, pH y Temperatura en la formulación del flan y su respuesta reológica.. . Evaluar el aporte nutricional y funcional de la harina de nopal en la Formulación de un polvo para Flan.. 1.3. HIPOTESIS. La estructura fisicoquímica de los hidrocoloides, muscilagos puede afectarse por los tratamientos térmicos, por consiguiente la temperatura de secado de los nopales(cladodios) para obtener harina podría influir en la viscosidad final de las suspensiones de harinas cuando son utilizadas en la formulación de cremas o flanes como es en el presente estudio; de igual modo la mayor o menor viscosidad lograda como consecuencia de temperatura de secado ( 70, 80 o 90ºc) influiría en la proporción de harina de cladodio utilizada al formular el flan. De igual modo la proporción de harina el pH y la temperatura de preparación de la crema tendrían efectos importantes en la viscosidad del producto final. Por la composición química de la harina de nopal se espera que su uso incremente la disponibilidad de. nutrientes. en la formulación del Flan y en particular de la. disponibilidad de la fibra.. 2.

(14) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 1.4. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO. 1.4.1 Justificación Técnica La búsqueda de. nuevas tecnologías y nuevos productos es. un elementos. dinamizador del conocimiento y el desarrollo de la ciencia y en este concepto primario todo esfuerzo merece el apoyo del. caso; así mismo como se dijo en párrafos. anteriores es necesario otorgar valor agregado a nuestros recursos naturales y si es en el área de la nutrición mejor aún, ya que el tema en referencia permitirá presentar una propuesta para la obtención de un derivado de la penca de tuna como lo conocemos o nopal, así como la aplicación del mismo en Flanes , poniéndose el resultado del trabajo en disponibilidad de los interesados. Técnicamente no se conoce la relación entre la temperatura de secado del Nopal y la viscosidad que desarrollan los productos, como flanes y cremas ,cuando se utilizan la harina de Nopal como materia prima. 1.4.2 Justificación Medioambiental El cultivo de la planta (Opuntia Ficus) en zonas semiáridas bajo riego a goteo o lluvia permitirá retrasar el proceso de erosión pluvial de los suelos, muy notable en los suelos de nuestra sierra peruana. El Nopal que es un purificador del exceso de CO2 con lo que ayudaría a disminuir el calentamiento global de la tierra (efecto invernadero). 1.5. ALCANCES Y RESTRICCIONES. El presente trabajo de investigación se llevará a cabo a nivel laboratorio, lo cual no invalida sus resultados.. 3.

(15) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA. 2.1.1 Origen del Nopal (Opuntia Ficus) Es una especie originaria de la estribación oeste de los Andes, entre Perú y Bolivia, fue llevada por los españoles a Europa y desde allí distribuida hacia otros países del inundo. Esta gran dispersión geográfica dió origen a muchos ecotipos con características locales propias. Los principales productores mundiales son Méjico, Italia, España, el norte de África Chile y Brasil, país donde se la cultiva sólo para forraje. En nuestro país, los frutos se destinan al consumo humano, tanto en forma fresca como para la elaboración de productos regionales (dulces, arrope). Las pencas son utilizadas como forraje, siendo un recurso muy valioso en épocas de sequía y baja disponibilidad forrajera para el ganado. El nombre cactus se deriva del griego kaktos, género descrito por Carlos Linneo. Los frutos del nopal son comestibles y se conocen como tunas.. 4.

(16) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 2.1.2 Clasificación Taxonómica. Tabla Nº 2.1: Clasificación Taxonómica. Reino. Vegetal. División. Fanero Gamas. Clase. Dicoteledonéas. Subclase. Archiclamydeas. Familia. Cactales u Opuntía. Genero. Opuntía. Subgénero. Platyopuntía. Especie. Opuntía Picus Indica mil. Fuente: Barrientos (1983). HABITAD Habita en las zonas desérticas de EE.UU., México y América del Sur, en Perú y Bolivia. En el Perú se encuentra en la región Andina, donde se desarrolla en forma espontánea y abundante. También se encuentra en la costa, en forma natural y bajo cultivo. Se desarrolla bien con temperaturas entre 12 a 34°C, con un rango óptimo de 11 a 23°C y con una precipitación promedio entre 400 a 800 mm. Se desarrolla en suelos sueltos, arenosos calcáreos en tierras marginales y poco fértiles, superficiales, pedregosos, caracterizándole una amplia tolerancia edáfica; sin embargo, los suelos altamente arcillosos y húmedos no son convenientes para su cultivo. Crece desde el nivel del mar hasta los 3.000 m.s.n.m. Su mejor desarrollo lo alcanza entre los 1.700 a 2.500 m.s.n.m.. 2.1.3 Caracterización del Nopal. 2.1.3.1 Características Físico-Químicas de la Penca de Tuna. 5.

(17) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Tabla Nº 2.2: Características Físico-Químicas de la Penca de Tuna o Nopal Determinación Sólidos solubles. Resultados 7.6 5.7 – 6.0. Ph ºBrix. 2.0 %. Acido total. 5.0. Sólido Acido. 0.10. Sólidos soluble total 60.0 Fuente: Composición Fisicoquímico Suarez (1999). 2.1.3.2 Composición Química En el Tabla Nº 2.2 Se observa la composición química de la penca de tuna o nopal Tabla Nº 2.3: Composición Química de la Penca de Tuna o Nopal Concepto. Contenido. Energía. 27 Kcal. Humedad. 91.75. Proteínas. 1.70 g. Grasa. 0.30 g. Carbohidratos. 5.60 g. Calcio(mg). 93.00. Hierro (mg). 1.60. Tiamina(mg). 0.03. Riboflavina(mg). 0.06. Niacina(mg). 0.30. Fuente: SARH(1997). 2.1.3.3 Composición de Cenizas y Celulosa. 6.

(18) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. La composición química de las cenizas de la familia de las cactáceas varia en las distintas especies y también dentro de una misma especie según la composición química del suelo, como observamos en el Tabla Nº 2.3 donde el contenido de cenizas varía según la especie, la variación en base humedad es inferior de 2.1 %, que corresponde a Q. ficus indica y de 4.3 % en O. spp blanca los componentes principales de las cenizas son: calcio y potasio, pero también se encuentra algo de magnesio, sílice, sodio y pequeñas cantidades d hierro, aluminio y manganeso los cuales predominan en forma de carbonatos, cloruros, sulfatos y fosfatos.. Tabla Nº 2.4 Contenido de cenizas y Celulosa de varias spp de Nopal. Cenizas Especie. Contenido de Celulosa. Base. Base. Húmeda. Seca. Base húmeda. Base seca. O. ficus indica. 2.1. 15.2. 11.38. 81.88. O. robusta. 2.5. 20.1. 5.72. 46.93. O. amiclaea. 2.9. 19.8. 9.20. 63.01. O. sp (blanca). 3.2. 26.8. 4.63. 37.81. O. megacanta. 3.6. 21.1. 8.51. 50.10. O. streptacanta. 4.0. 27.2. 2.73. 18.57. Fuente: SARH(1997). 2.1.3.4 Composición de Aminoácidos. Tabla Nº 2.5: Composición de aminoácidos de la Penca de Tuna o Nopal. 7.

(19) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Aminoácidos. Contenido. Lisina. 4.00. Isoleucina. 4.00. Treonina. 4.80. Valina. 3.80. Leucina. 5.20. Triptofano. 0.80. Metionina. 0.70. Fenilalanina. 5.40. Arginina. 0.031. Histidina Fuente: SARH(1997). 0.016. 2.1.3.5 Características Botánica Planta suculenta y carnosa. El tallo y las ramas están constituidos por pencas o cladodios con apariencia de cojines ovoides y aplanados, unidos unos a otros, pudiendo en conjunto alcanzar hasta 5 m de altura y 4 m de diámetro. En el Perú las variedades más usuales desarrollan portes de aproximadamente 1,5 m de altura. La raíz es fibrosa y el sistema radicular extenso, pero poco profundas, penetrando con gran facilidad en las grietas y suelos más duros y pedregosos. Generalmente son gruesas, pero no suculentas, de tamaño y ancho variables y a menudo es proporcional al tamaño de la parte aérea. Tiene un desarrollo rápido, formando una red o malla que aprisiona el suelo evitando la erosión. No suelen presentar pelos absorbentes, cuando se encuentra en un medio edáfico con escasa humedad, mientras que en suelos húmedos si existe un abundante desarrollo de estos. El tallo, a diferencia de otras especies de cactáceas, está conformado por tronco y ramas aplanadas que posee cutícula gruesa de color verde de función fotosintética y de almacenamiento de agua en los tejidos.. 8.

(20) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Las hojas caducas sólo se observan sobre tallos tiernos, cuando se produce la renovación de pencas, en cuyas axilas se hallan las aérolas de las cuales brotan las espinas, de aproximadamente 4 a 5 mm de longitud. Las hojas desaparecen cuando las pencas han alcanzado un grado de desarrollo y en cuyo lugar quedan las espinas. Las flores son solitarias, localizadas en la parte superior de la penca, de 6 a 7 cm de longitud. Cada aérola produce por lo general una flor, aunque no en una misma época de floración, unas pueden brotar el primer año, otras el segundo y tercero. Las flores se abren a los 35 a 45 días de su brotación. Sus pétalos son de colores vivos: amarillo, anaranjado, rojo, rosa. Sépalos numerosos de color amarillo claro a rojizo o blanco. El fruto es una baya polisperma, carnosa, de forma ovoide esférica, sus dimensiones y coloración varían según la especie; presentan espinas finas y frágiles de 2 a 3 mm de longitud. Son comestibles, agradables y dulces.. 2.1.4 Usos del Nopal Actualmente, el nopal tiene múltiples usos, entre los que se encuentran los siguientes: . Como frutal: Para producción de tuna, fruto del nopal, esta cactácea se cultiva en diversos países: México (67.000 Ha), Italia (2.500 Ha), Sudáfrica (1.500 Ha), Chile (1.000 Ha), Colombia (300 Ha), Israel (250 Ha), Estados Unidos de América (200 Ha), entre otros países.. . Como hortaliza (nopalito): Con este propósito el nopal se cultiva en México (10.500 Ha) y en Estados Unidos de América (150 Ha).. . Como planta forrajera: El nopal se cultiva en muchos países para este propósito: Brasil (500.000 Ha), Sudáfrica (350.000 Ha), México (150.000 Ha, además 3.000.000 Ha de nopaleras silvestres las cuales se usan para la obtención de forraje), Túnez (75.000 Ha), Marruecos (10.500 Ha), Argentina (10.000 Ha), Estados Unidos de América (1.000 Ha, además de 500.000 Ha de nopaleras silvestres). De otros países, como Argelia, Libia, Egipto, Jordania, Etiopía, Namibia, Mozambique, etc., no se dispone de información sobre superficies cultivadas de nopal con fines forrajeros.. . Como sustrato para la producción de grana cochinilla: La cochinilla (Dactylopus coccus Costa) es un insecto que produce el carmín, un colorante rojo que ha. 9.

(21) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. vuelto a tomar importancia, a raíz de que se prohibieron, por considerarlos cancerígenos, los colorantes artificiales (FDA Nº 2 y 4). Se cultiva nopal para producir grana en Perú (70.000 Ha), Bolivia (1.000 Ha), Chile (500 Ha), España (300 Ha), Sudáfrica (100 Ha), Argentina (50 Ha) y México (10 Ha). . Como planta medicinal: Se ha probado que los nopalitos y las cáscaras de la tuna ácida (xoconostle) abate los niveles de azúcar y colesterol en la sangre, por lo que su consumo en fresco, cocinado y procesado industrialmente se ha acrecentado en México.. . Como materia prima en la producción de cosméticos: En México y otros países se fabrican, de nopal o de la tuna, cosméticos como: champú, acondicionadores, jabones, cremas, lociones, mascarillas, geles, etc.. . Como materia prima para elaborar bebidas alcohólicas: En México, Estados Unidos de América, Italia, Perú, Chile, Dinamarca, etc., se utiliza el nopal y sobre todo la tuna para fabricar vinos, licores y aguardientes.. . Como cerco: La utilización de las variedades espinosas de nopal para formar cercos en los huertos familiares y en los predios ganaderos es común y muy antigua en México.. . Para la conservación del suelo:El nopal se utiliza en muchos países para proteger el suelo de la erosión hídrica y eólica. Evita la desertificación en zonas áridas y semiáridas, formando setos en curvas de nivel, que soportan las condiciones del medio árido caracterizado por una precipitación pobre e irregular y alta oscilación térmica diaria y anual.. . Otros usos populares a los que actualmente se les está estudiando su base científica; como la utilización de las pencas en la clarificación de aguas (López, 2000), su adicción a la cal como adherente, en pinturas (Ramsey, 1999) o su introducción en el suelo para aumentar la infiltración de agua (Gardiner et al., 1999).. . La tuna y los cladodios se conservan y transforman aplicando tecnologías equivalentes de procesamiento y existen alimentos tradicionales preparados en base a tuna y nopalitos. Se cuentan entre ellos alimentos en base al fruto: mermeladas, jugos y néctares; productos deshidratados; jugos concentrados, jarabes y licores. En base a los cladodios se encuentran entre otros, encurtidos, jugos, mermeladas y productos mínimamente procesados.. . Otra propiedad distinta es la que se atribuye al nopal como repelente de insectos, aunque no se conocen estudios científicos acerca de esta acción; un producto que con estos fines habría sido probado con éxito en la isla de Roatan,. 10.

(22) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Honduras, está siendo elaborado en Texas, patentando y se ofrece a través de Internet (Sáenz et al., 2006). A continuación se mencionan una serie de sectores industriales que pueden obtener y/o beneficiarse con productos obtenidos a partir de los nopales: . Agroindustria de alimentos y bebidas para consumo humano (producción de diversos alimentos, bebidas alcohólicas y analcohólicas de tuna y nopalitos);. . Agroindustria de alimentos para animales (suplementos ypiensos de cladodios y de desechos de la industria procesadora de tuna, como las cáscaras y las semillas);. . Industria farmacéutica (protectores gástricos de extractos de mucílagos; cápsulas y tabletas de polvo de nopal);. . Industria cosmética (cremas, champúes, lociones de cladodios);. . Industria de suplementos alimenticios (fibra y harinas de cladodios);. . Industria productora de aditivos naturales (gomas de cladodios; colorantes de la fruta);. . Sector de la construcción (compuestos ligantes de los cladodios) ;. . Sector energético (producción de biogás a partir de las pencas);. . Sector productor de insumos para la agricultura (productos del nopal como mejoradores del drenaje de suelos). . Sector turismo (artesanías en base a cladodios lignificados);. . Industria textil (uso de colorantes naturales como el carmín de cochinilla).. Por todo lo anterior, se considera al nopal como uno de los recursos genéticos de gran valor que México ha dado al mundo. Según estudios realizados por la FAO se ha demostrado la importancia del nopal (Opuntia spp) como recurso natural y como potencial fuente de ingresos, empleo y nutrientes. Hay muchos países en los que este recurso natural se encuentra subutilizado por lo que es importante consolidar información técnica para su uso industrial, tal como la composición química, propiedades físicas, manejo poscosecha, procesos para producción de alimentos u otros productos industriales. Un tesoro bajo las espinas, así lo definió un periodista siciliano en Palermo en 1994. El lema de CACTUSNET (creación en 1991) es: un esfuerzo para producir y conservar el ambiente en las regiones áridas y subáridas.. 2.2. REOLOGIA. 2.2.1 Definición Es la ciencia que estudia el flujo de la materia y las deformaciones que pueden darse sobre ella. La reología debe predecir el sistema de fuerzas necesario para causar una. 11.

(23) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. deformación dada o imprimir flujo a un cuerpo o predecir la deformación o el flujo resultante de aplicar un sistema de fuerzas dado. La deformación de corte(Esfuerzo cortante) es aquella que altera la forma pero no el tamaño del cuerpo, que implica una fuerza de rozamiento cuando las partes de un cuerpo son forzadas una sobre otra, tiene unidades de fuerza sobre área( N/m2 , dina/ cm2). Para cuerpos fluidos la velocidad de lujo genera una distribución de rozamiento o resistencia llamada gradiente de velocidad( du/dx), que es la velocidad relativa de dos superficies limites que se mueven paralelas entre si separadas por una distancia unitaria, tiene unidades de seg-1. La Viscosidad se define como la medida de la fricción interna de un fluido, esta fricción empieza a ser aparentemente cuando fluido en quietud es obligado al movimiento con respecto a otro cuerpo; a mayor valor de fricción, mayor debe ser el valor de la fuerza requerida para causar el movimiento el cual es llamado esfuerzo cortante. η=viscosidad = Esfuerzo / gradiente de velocidad. ηa =τ / γ La unidad fundamental de medida de viscosidad es el poise que equivale a 100 centipoise. 2.2.2 Clasificación Reológica de Fluidos Alimentarios A. Comportamiento Independiente del tiempo . Fluidos Newtonianos. . Fluidos no Newtonianos. a. Plásticos b. Pseudoplásticos. c. Dilatantes.. B. Comportamiento Reológico dependiente del tiempo. . Fluidos Tixotrópicos.. . Fluidos Antixotrópicos o reopécticos.. C. Comportamiento Viscoelástico. 12.

(24) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Grafico 2.1 Clasificación Reológica de los Fluidos. 2.2.2.1 Comportamiento Independiente del tiempo 2.2.2.1.1. Fluido Newtoniano El esfuerzo cortante (τ ) es directamente proporcional a la gradiente de velocidad de deformación (γ ). Por lo tanto la viscosidad de un fluido newtoniano es dependiente solo de la Temperatura pero no de la velocidad de deformación y del tiempo.. Los líquidos simples, soluciones verdaderas, disolventes de bajo peso molecular, dispersiones macromoleculares diluidas, soluciones de plomeros que no interaccionan y pastas con bajo contenido en solidos presentan comportamiento ideal newtoniano. Un fluido newtoniano es representado gráficamente por la figura A, donde se muestra que la relación entre el esfuerzo cortante y la gradiente de velocidad es una línea recta la gráfica B muestra que la viscosidad del fluido se mantiene constante en relación a la gradiente de velocidad.. 13.

(25) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 2.2.2.1.2. Fluido no Newtoniano tiempo independiente La viscosidad de los fluidos no newtonianos tiempo independientes, es dependiente no. solo de. la. temperatura ,también de. la velocidad de. deformación. Dependiendo de. cómo la. viscosidad cambia cono. la. velocidad de. deformación el comportamiento de flujo se caracteriza como: a.. Pseudoplástico: La viscosidad de un fluido pseudoplástico decrece con. el incremento de la velocidad de deformación. Muchos sistemas de líquidos alimentarios pertenecen a esta categoría de fluidos. La dependencia de la velocidad de deformación en la viscosidad puede diferir sustancialmente entre diferentes productos y también para determinado liquido dependiendo de la temperatura y la concentración. La razón del comportamiento del flujo pseudoplástico es que con el incremento en la velocidad de deformación deforma y /o reorganiza las partículas, provocando una resistencia al flujo menor y consecuentemente una menor viscosidad. Ejemplos típicos de este comportamiento son: cremas, jugos concentrados, shampoo y aderezos de ensaladas. Se debe hacer. notar. que. aunque. las. soluciones. comportamiento newtoniano independiente de. de. sucrosa. muestran. la concentración, los. concentrados de jugo fruta son siempre significativamente no newtoniano. El comportamiento pseudoplástico es debido a la presencia de:  Compuestos de elevado peso molecular o partículas alargadas a concentración suficiente baja.  Alta interacción entre partículas, causando su agregación o asociación por enlaces secundarios.  Relación axial elevada y asimetría de las partículas requiriendo su orientación a lo largo de las líneas de corriente.  Variación de la forma y tamaño de las partículas permitiendo su apilamiento.  Partículas no rígidas o flexibles que pueden sufrir un cambio en su geometría o conformación. Los científicos que han estudiado este tipo de fluidos son : Saravacos (1970), que trabajo con manzana uva y zumo comercial de naranja; Prentice (1968), con nata; Cornford ( 1969) con muestras derretidas de huevos congelados; Tung (1970), con clara de huevo no mezclada.. 14.

(26) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. b. Dilatante: La viscosidad de los fluidos dilatantes se incrementa con un incremento de la gradiente de velocidad este tipo de comportamiento de flujo es generalmente encontrado en suspensiones de elevada concentración. La dilatancia es frecuentemente observada en los fluidos que contienen altos niveles de solidos floculantes. Por. ejemplo, arcillas, compuestos. almibados, almidón de maíz en agua y mixturas de agua – arena.. c. Plásticos: Cuando un fluido presenta umbral de fluencia es llamado fluido plástico. El resultado práctico de este tipo de comportamiento de flujo es que una fuerza significativa debe ser aplica antes de que el material empiece a fluir como un líquido ( a menudo es referido como el efecto kétchup). Si la fuerza aplicada es mucho menor que la fuerza correspondiente al umbral de fluencia, el material almacena la energía de deformación, por ejemplo muestra propiedades elásticas y de allí en adelante se comporta como sólido. Una vez que el umbral de fluencia es excedido, el líquido puede fluir como un líquido newtoniano y ser descrito como un fluido Bingham plástico, o puede fluir como un líquido pseudoplástico y ser descrito como un fluido viscoplástico. Fluidos plásticos típicos son la pasta de tomate, pasta de dientes, crema de manos y grasas.. 2.2.2.2. Comportamiento Reológico dependiente del tiempo.. Son fluidos no newtonianos dependientes del tiempo si al aumentar el tiempo de flujo bajo condiciones constantes,. tales fluidos pueden. desarrollar un. aumento o. disminución de la viscosidad. El primero de estos efectos es denominado reopexia, mientras que el ultimo se conoce como tixotropía, y ambos son atribuidos al cambio continuo de la estructura del material, que puede ser en cualquier caso reversible o irreversible.. 2.2.2.2.1. Fluido Tixotrópico: Un fluido tixotrópico puede ser descrito como un. sistema pseudoplástico donde la viscosidad decrece no solo cuando se incrementa la velocidad de deformación , también con el tiempo a velocidad de deformación. 15.

(27) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. constante. El comportamiento de fluido tixotrópico es normalmente estudiado con un test de loop. En este test el material es sometido a incrementos de velocidad de deformación seguidos por. la. mismas velocidades de. deformación en. orden. decreciente. El comportamiento de flujo tixotrópico tiempo dependiente se ve por la diferencia entre las curvas de ascenso y descenso de la viscosidad y el esfuerzo cortante . Para recobrar su estructura el material debe reposar por un cierto periodo de. tiempo el. cual es. característico para. un material específico. Este tipo de. comportamiento de flujo es mostrado por los sistemas de formación de gel. Ejemplos típicos de estos fluidos son: yogurt, mayonesa, margarina, helado y pintura.. 2.2.2.2.2. Fluido Reopéctico: Un fluido reopéctico puede ser descrito como un. fluido tixotrópico pero con un importante diferencia que. la estructura del fluido la. cual solo se recuperara completamente si es sometida a una pequeña velocidad de deformación. Esto significa que un fluido reopectico no recupera su estructura al reposar. En este tipo de fluido la viscosidad se incrementa con el tiempo mientras el esfuerzo cortante se mantenga constante. 2.2.2.3 Comportamiento Viscoelástico: Los fluidos viscoelástico son aquellos que presentan conjuntamente propiedades de flujo viscoso y solido elástico.. 2.2.3 Modelos Reológicos para Fluidos No Newtonianos Existen varios modelos matemáticos que tratan de. describir los. distintos. comportamientos no newtonianos. Aquí se presentan los más comunes. 2.2.3.1 Modelo de Bingham (1922) Se considera un esfuerzo cortante inicial que requiere ciertos fluidos para comenzar a fluir. Si el esfuerzo cortante aplicado es menor al inicial, entonces, el fluido no se moviliza.. σ = σɳγ 2.2.3.2 Modelo de la Ley De Potencia Se aplica a los fluidos newtonianos Cuando n: índice de comportamiento. 16.

(28) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. n>1: Dilatantes (reoespesante) n<1: Pseudoplásticos (reofluidizante) n=1: Newtoniano n= índice de consistencia. σ =γ  n. 2.2.3.3 Modelo de Arrenhius (dependencia de la temperatura) El efecto de la temperatura en el comportamiento neológico puede ser representada mediante la ecuación de Arrenhius.. ɳa = ɳexp (Ea /RT).  La temperatura Ea es la energía de activación al flujo, ɳes una constante denominada viscosidad de deformación infinita, R la constante de los gases perfectos y T la temperatura en grados Kelvin. La temperatura afecta a los distintos parámetros reológicos de la siguiente forma: La viscosidad aparente o el índice de. consistencia disminuyen al aumentar la. temperatura. Generalmente se observa que el índice de comportamiento no varía con la temperatura (Sáenz y Costell, 1986,Mizrahi y Berk, 1972; Crandall et al., 1982); aunque en algunos casos se ha detectado un aumento del índice de comportamiento al aumentar la temperatura(Ibarz y Pagan, 1987), pudiéndose pasar de un comportamiento pseudoplástico a newtoniano. Por otro lado, el umbral de fluencia suele disminuir al aumentar la temperatura (Saenz y Costell., 1986). 2.2.3.4 Modelo Exponencial y Potencial (dependencia de solidos solubles) Según Rao y Rizvi 1986, propusieron el siguiente modelo para la dependencia de solidos solubles. Un aumento de concentración implica un incremento de la viscosidad o del índice de consistencia. En la bibliografía se encuentran principalmente dos tipos de ecuaciones que relacionan la viscosidad o el índice de consistencia con la concentración; uno e s. 17.

(29) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. el modelo potencial y el otro el modelo exponencial. Sus expresiones son las siguientes (Harper y el Sharigi, 1965; Rao et al., 1984). γ = K1(C)A1 γ = K2 exp (A2 C). (Potencial) (Exponencial). 2.2.3.5 Modelo de Herschel-Bulkley (1926). σ = σγ  n. Este modelo puede considerarse como una generalización de la ley de potencia en la que se incluye un nuevo parámetro que es umbral de fluencia (σ),, es el índice de consistencia y n, es el índice de comportamiento del flujo. Esta ecuación se ha utilizado en el estudio reológico de zumos de naranja (Crandall, 1982), purés de albaricoque (Costell et al, 1982). Los parámetros reológicos de bastantes alimentos semilíquidos se ajustan a esta ecuación de Herschel-Bulkley. (Barbosa y Peleg,1983). 18.

(30) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. CAPITULO III METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION EXPERIMENTAL. 3.1 GENERALIDADES A efecto de organizar adecuadamente y sistematizar el trabajo de investigación, se consideran tres etapas a desarrollar para obtención de datos experimentales necesarios a fin de alcanzar los objetivos planteados. 3.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION EXPERIMENTAL . Obtener la Harina de Nopal, con tratamiento de secado 70°C ,80ºC y 90ºC, evaluando su característica reológica.. . Caracterizar Fisicoquímicamente la Harina de Nopal.. . Establecer la relación de: proporción de la harina de Nopal, pH y Temperatura en la formulación del flan y su respuesta reológica.. . Evaluar el aporte nutricional y funcional de la harina de nopal en la Formulación de un polvo para Flan.. 3.3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL. La estrategia experimental de la investigación se divide en 5 etapas:. 19.

(31) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.3.1. Etapa 1: Efecto de la temperatura de secado de los Cladodios (nopal), en la obtención de la Harina de Nopal y su efecto reológico El método empleado está basado en pruebas experimentales de viscosidad, tomando mediciones de 6 muestras en la que se varía la temperatura de secado, tomando la Proporción de la harina de nopal como un parámetro. Las muestras serán preparadas mediante disolución hasta obtener una mezcla homogénea 3.3.1.1 Identificación de variables A. Variable independiente  Temperatura de secado: 70 – 80 – 90ºC.  Proporción de la Harina de Nopal B. Variable dependiente o Respuesta  Viscosidad y su caracterización C. Parámetros:  Volumen de disolución: 600 ml.  Temperatura de Experimentación: rango 10 - 50 °C 3.3.1.2 Matriz de Pruebas Experimentales para la Caracterización Reológica de la Harina de Nopal. Tabla N°3.1: Composición de mezcla a evaluar. Experimentos Muestra Temperatura de secado de la harina de Nopal (°C) Proporción de la harina (gr) Temperatura de Experimentación (°C) Fuente: Elaboración Propia. 1. 2. 3. 4. 5. 6. A10. A20. B10. B20. C10. C20. 70. 70. 80. 80. 90. 90. 50. 50. 50. 50. 50. 50. 10. 50. 10. 50. 10. 50. 20.

(32) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Tabla N°3.2: Cuadro de lecturas obtenidas del viscosímetro Brookfield. Muestra A10. RPM. %. cP. Muestra B10. MuestraA20. %. cP. %. cP. 0.5 1.0 2.0 2.5 4.0 5.0 10.0 20.0 50.0 100.0 0.3 0.6 1.5 3.0 6.0 12.0 30.0 60.0 Fuente: Elaboración Propia. Donde: CC=Concentración %=Torque CP=Viscosidad Aparente. 21. Muestra B20 %. cP. Muestra C10 %. cP. Muestra C20 %. cP.

(33) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.3.1.3 Descripción del Proceso Experimental 3.3.1.3.1 . Descripción del Proceso de la Obtención de Harina de Nopal Recepción de la Materia Prima. Los nopales fueron recolectados en el campo por medio de los métodos convencionales y posteriormente fueron trasladadas al laboratorio. . Selección y Clasificación Se seleccionó a las pencas de tuna de acuerdo a la edad y a su estado saludable, seleccionando aquellas de 1 año aproximadamente que. no. presenten infestaciones o imperfecciones en la piel. . Pesado Una vez seleccionado la materia prima se procedió al pesado que se realizó en una balanza de capacidad de 1 kg.. . Lavado Las Pencas fueron lavadas con agua clorada y posteriormente secadas con papel toalla.. . Trozado Esta. operación se. realizó manualmente, utilizando cuchillos de. acero. inoxidable, se cortó las pencas en láminas. Para facilitar las operaciones posteriores. . Deshidratación Esta operación se realizó en un deshidratador de bandejas, utilizando 0.7 a 0.60 kg. De pencas en láminas. Para cada una de las pruebas. El secado se. efectuó a 70 ° C, con. un. promedio de 12 horas. Retirándolas y. colocándolas en bolsa de papel aluminio. Luego, se realizó el siguiente ensayo variando la temperatura a 80°C, con un promedio de 8 horas, retirándolas y colocándolas en bolsa de papel aluminio. Considerándose como la segunda prueba experimental. Finalmente, se realizó el ensayo variando la temperatura a 90°C, con un promedio de 6 horas, retirándolas y. colocándolas. en. bolsa. de papel. aluminio. Considerándose como la tercera prueba experimental. . Molienda Se realizó en una licuadora, hasta obtener un polvo, la cual está listo para la operación siguiente que es el tamizado.. . Envasado El polvo obtenido se envaso en bolsas de papel aluminio.. 22.

(34) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. DIAGRAMA DE FLUJO N° 3.1: OBTENCIÓN HARINA DE NOPAL. RECEPCION DE LOS NOPALES. SELECCIÓN. LAVADO(AGUA CLORADA). TROZADA(TIRAS). DESHIDRATACION. MOLIENDA. ENVASADO. ALMACENADO. 23.

(35) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.3.1.3.2. Descripción del Proceso Experimental para el estudio Reológico. El desarrollo experimental constara de lo siguiente manera: a. Se debe conocer y dominar el manejo del viscosímetro RVDV –II+ y Software Wingather, para lo cual hay que estudiar completamente los manuales de instrucciones. b. Se prepara 6 muestras con la misma proporción de harina de Nopal pero a diferentes temperaturas de secado 70, 80, 90 °C, para cada muestra de Harina de Nopal se realizara como mínimo 3 ensayos, en los cuales se varia la velocidad de corte (rpm), tomándose lecturas de viscosidad y torque(%). c. Para los ensayos de viscosidad vs temperatura, se experimentara entre 70 y 90°C .Estas temperaturas se obtienen usando un baño termostático constante. La medición de temperatura se realizara a intervalos de 10°C. El viscosímetro Brookfield nos proporciona los datos de RPM, % torque y viscosidad aparente, a partir de esta información se calcula el ESFUERZO CORTANTE (Shear Stress) y GRADIENTE DE VELOCIDAD (Shear Rate). Para calcular los valores de Shear Stress, se lee en el viscosímetro valores de torque (%) a distintas velocidades de rotación y a la misma temperatura. Luego se halla en las tablas del manual del equipo el radio (Rb) y la longitud efectiva del spindler seleccionado (L) y se reemplaza en la fórmula: SHEAR STRESS =M / (2π*Rb2 *L) Para encontrar el valor M (Torque del instrumento) se multiplica el valor de torque de lectura (%), por su constante de calibración que es 7187 Dinas- cm y se divide entre el valor máximo de la escala, que es este caso 100. M=(% *7187)/100 La viscosidad en cP se halla multiplicando el valor del torque de lectura por el factor del splinder del disco proporcionado por el manual del equipo (anexo 2), luego se convierte en Poises. µ =%* F Para hallar el valor de Shear Rate, se despeja de la fórmula de la viscosidad.. 24.

(36) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. SHEAR RATE=SHEAR STRESS /VISCOSIDAD Para determinar el tipo de fluido es necesario graficar los valores de Shear Rate vs Shear Stress y viscosidad vs Shear Rate. 3.3.2 Etapa 2: Caracterización Físico -Química de la Harina de Nopal 3.3.2.1 Tabla de bloques caracterización de la Harina de Nopal. Tabla N°: 3.3 Resultados de bloque caracterización de la harina de Nopal. Caracterización. Harina de Nopal (100 gr). Energía (Kcal.) Humedad (%) Cenizas (%) Proteínas (%.) Carbohidratos (%.) Fibra (%) Grasa (%) Fuente: Elaboración Propia. 3.3.2.2 Determinación de las Variables de Caracterización a. Energía disponible b. Contenido de humedad c. Contenido de cenizas d. Contenido de proteínas e. Contenido de carbohidratos f.. Contenido de Fibra. 25. Harina de Nopal Comercial.

(37) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.3.3 Etapa 3: Efecto de proporción de harina, PH y temperatura de procesamiento y consumo, en aspectos reológicos del producto. 3.3.3.1 Identificación de variables . Variable independiente Proporción de harina de Nopal: 5 – 10 -15 % pH : 6.0– 6.5 -7.0 Temperatura (preparación – consumo): 10 – 20 – 50 °C. . Variable respuesta: Viscosidad. . Parámetros: Temperatura de Secado de la Harina de Nopal 70°C. Temperatura preparación: rango 50 °C. Temperatura de consumo: 20 Temperatura de refrigeración: 10 Volumen: 5 ml Otros componentes del Flan. 3.3.3.2 Matriz de Pruebas Experimentales para la Caracterización Reológica del Flan con Harina de Nopal.. . Proporción de Harina: 5%-10%-15% a pH=6. 26.

(38) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Tabla N° 3.4: Composición de mezclas a evaluar 5%-10%-15%. Experimentos. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. A1. A2. A3. A4. A5. A6. A7. A8. A9. Proporción de la harina Resp.. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. pH. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. Temp. de Experimentación (°C). 10. 20. 50. 10. 20. 50. 10. 20. 50. Muestra. Fuente: Elaboración Propia. Tabla N°3.5: Cuadro de lecturas obtenidas del Viscosímetro Brookfield. Muestra A1 RPM. %. cP. Muestra A2 % cP. Muestra A3 % cP. Muestra A4 % cP. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Fuente: Elaboración Propia. 27. Muestra A5 % cP. Muestra A6 % cP. Muestra A7 % cP. Muestra A8 % cP. Muestra A9 % cP.

(39) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa . Proporción de Harina: 5%-10%-15% a pH=6.5 Tabla N° 3.6: Composición de mezclas a evaluar 5%-10%-15%. Experimentos Muestra Proporción de la harina Rep. pH Temp de Experimentación (°C) Fuente: Elaboración Propia. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. B1. B2. B3. B4. B5. B6. B7. B8. B9. 5. 5. 5. 10. 15. 15. 6.5. 6.5. 6.5. 10 6.5. 15. 6.5. 10 6.5. 6.5. 6.5. 6.5. 10. 20. 50. 10. 20. 50. 10. 20. 50. Tabla N°3.7: Cuadro de lecturas obtenidas del Viscosímetro Brookfield Muestra B1 RPM. %. cP. Muestra B2 % cP. Muestra B3 % cP. Muestra B4 % cP. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Fuente: Elaboración Propia. 28. Muestra B5 % cP. Muestra B6 % cP. Muestra B7 % cP. Muestra B8 % cP. Muestra B9 % cP.

(40) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. . Proporción de Harina: 5%-10%-15% a pH=7 Tabla N° 3.8: Composición de mezclas a evaluar al 5%-10%-15%. Experimentos Muestra Proporción de la harina Rep. pH Temp de Experimentación (°C) Fuente: Elaboración Propia. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. C1. C2. C3. C4. C5. C6. C7. C8. C9. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 7.0. 10. 20. 50. 10. 20. 50. 10. 20. 50. Tabla N°3.9: Cuadro de lecturas obtenidas del Viscosímetro Brookfield Muestra C1 RPM. %. cP. Muestra C2 % cP. Muestra C3 % cP. Muestra C4 % cP. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Fuente: Elaboración Propia. 29. Muestra C5 % cP. Muestra C6 % cP. Muestra C7 % cP. Muestra C8 % cP. Muestra C9 % cP.

(41) Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 3.3.3.3 Descripción del Proceso de la Formulación del Flan con Harina de Nopal. La formulación del flan (120 gr de formulación en polvo para un litro de agua y sometido a cocción por 1 min).. 3.3.3.3.1. Primera formulación:. Tabla N° 3.10 Composición del Flan al 5%. Peso en Composición del Flan. % Componentes Gramos. Leche Descremada en polvo. --. --. Harina de Nopal. --. --. Carragenina Láctea. --. --. Goma agar. --. --. Edulcorante. --. --. Cloruro de sodio. --. --. Cloruro de potasio. --. --. Colorante. --. --. Saborizantes. --. --. Fuente: Elaboración Propia. 3.3.3.3.2. Segunda formulación: Tabla N° 3.11 Composición del Flan al 10% Composición del Flan. % Componentes. Leche Descremada en polvo. Peso en Gramos. Harina de Nopal. ---. ---. Carragenina Láctea. --. --. Goma agar. --. --. Edulcorante. --. --. Cloruro de sodio. --. --. Cloruro de potasio. --. --. Colorante. --. --. Saborizantes. --. --. Fuente: Elaboración Propia. 30.