Evaluación de la cascarilla de café como sustituto a las grasas utilizadas en la elaboración de Brownies

RESUMEN

Históricamente el café ha sido parte de uno de los principales commodities tanto para el país como producto de exportación. De hecho, Colombia produce el 9,42% a nivel mundial situándolo como el tercer mayor productor global. No obstante, existen varias etapas que producen no solo café, sino diversos subproductos que no son aprovechados en su totalidad. Por este motivo, se realizó un estudio composicional y una experimentación sobre el aprovechamiento de la fibra presente en la cascarilla de café en la sustitución de grasas para elaboración de Brownies. Para ello, se determinó el contenido de fibra dietaria total (FDT; celulosa, hemicelulosa y lignina) a partir del protocolo de estandarizado para el análisis de biomasa “National renewable energy laboratory” (NREL) y se obtuvo como resultado un 36% de FDT. Luego se procedió a realizar las sustituciones de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% con el fin de cuantificar el cambio en el perfil de textura de la masa y el producto horneado final. Y finalmente, se realizó un estudio sensorial con un panel de personas que respondieran una serie de preguntas sobre la similaridad física entre los Brownies en cuestión, para cuantificar subjetivamente el cambio que representa la mejor sustitución. Como resultados de estos últimos estudios se encontró que el Brownie que presentaba propiedades más similares al control y la mayor cantidad de sustitución era el de 50%de sustitución. Y el panel sensorial, determinó que las muestras presentadas no presentaban una diferencia significativa en cuanto a esponjosidad, aceptabilidad, textura y apariencia.

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Planteamiento del problema

En los últimos años, el sector alimenticio se ha dirigido hacia una revolución saludable, donde los consumidores se preocupan por forjar hábitos basados en una dieta sana y ejercicio. Es por este motivo que el mercado se preocupa por satisfacer estas nuevas necesidades del consumidor, y ofrecer un producto bajo en grasa sin comprometer el sabor ni la calidad del producto. No obstante mantener estos estándares, implica materias primas de mayor calidad, procesos más rigurosos y por tanto un aumento del precio del producto, disminuyendo el interés de los consumidores en este tipo de alimentos [1]. Una alternativa de bajo costo para esas materias primas, se encuentra en el mercado del café, en los desechos que se generan en la producción de este.

1.2 Mercado del café en el mundo

El café, es uno de los productos más importantes de exportación e importación a nivel mundial. De hecho, se estima que 125 millones de personas son actuales consumidoras de café a diario en el mundo. Más aún, entre el 2006 y 2015 se estima que el consumo de café está entre 75 mil y 81 mil bolsas de café al año donde el 62% de consumidores corresponde a las 5 más grandes potencias mundiales: Estados Unidos, Alemania, Italia, Japón y Francia. Lo cual, se ve reflejado en que el 65% de café en el mundo es consumido por solo el 17% de la población mundial

[2]. A continuación, se muestran las estadísticas en la tabla 1, con la producción mundial de café en el 2015.

Tabla . Estadísticas de la producción mundial de café [2].

Con base en estos datos es importante anotar que Colombia actualmente está situado en los primeros 3 mayores productores de café en el mundo. Y así mismo como se producen grandes cantidades de café diariamente, también se obtienen efluentes de desechos tanto líquidos como sólidos. Los cuales poseen propiedades muy interesantes, tales como, contenido de pectina sin refinar, azúcares naturales, antioxidantes, entre otros componentes de valor agregado [3]. Sin embargo, estos desechos no son del todo aprovechados debido a su posterior tratamiento como compostaje o combustible para calderas. Es

País Producción [Bolsas de 60 kg] Porcentaje de producción mundial Porcentaje de exportación Brasil 43235 30,17% 30,53% Vietnam 27500 19,19% 20,50% Colombia 13500 9,42% 10,75% Indonesia 12317 8,60% 5,20% Etiopía 6700 4,68% 2,70% India 5833 4,07% 5,37% Honduras 5750 4,01% 5,09% Otros 11455 7,99% 8,07% Total 126290 88,13% 88,21%

Evaluación de la cascarilla de café como

sustituto a las grasas utilizadas en la elaboración

de Brownies

J.A. Barrera, Ingeniera Química & P. F. Sánchez, Ingeniero Químico.

Asesor: Oscar Alberto Álvarez Solano, Co-asesor: María Hernández Carrión

Universidad de los Andes – Departamento de ingeniería química

por este motivo que resulta importante conocer la composición de sus residuos.

1.3 Cascarilla de café: producción y usos

Como ya se mencionó anteriormente, el procesamiento del café involucra grandes cantidades de residuos. Sin embargo, cabe destacar dos de los subproductos de mayor producción en masa durante el proceso de tostado y secado del grano verde del café. Estos desechos, que se pueden observar en la figura 1, corresponden a la cascarilla (pergamino) de café y la piel plateada [4]. Se trata, de la parte anatómica que envuelve el grano de café directamente, representando alrededor del 12% del grano de café en base seca [5].

Figura . Estructura de la cereza de café.

Estas biomasas, se obtienen en la producción del café, luego del proceso de despulpado de la cereza del café, del trillado y el tostado. Este último paso, es la parte del proceso donde queda el grano verde del café, cubierto por capas de la biomasa. Posteriormente, por medio de un flujo de aire se retiran las capas que cubren el grano verde, dejando solamente el producto final y el desecho [6].

Debido a su alta producción y su fácil ignición, generalmente han sido utilizadas como combustible en calderas. Por lo que, comúnmente es utilizada en generación de energía y fertilización de suelos. No obstante, la industria pasa por alto muchas propiedades que pueden significar una nueva fuente de ingreso [7].

1.4 Composición de la cascarilla de café

El sector cafetero en Colombia, presenta grandes cantidades de desecho de la producción de café, principalmente la cascarilla del café, subproducto obtenido del secado del grano verde del café. Más aún, esta biomasa en particular presenta alrededor de un 62% en fibra que puede ser aprovechada comosustituto de las grasas en los productos de horneado [8]. Lo cual puede representar un gran ahorro en el uso de mantequilla y aceites, y además un mayor valor nutricional para los consumidores.

carbohidratos y esta a su vez, se divide en porcentajes de lo que es fibra dietaria soluble e insoluble.

Tabla . Composición de la cascarilla de café, porcentajes p/p [9]

Cómo se puede observar, una de las características de este residuo es la gran cantidad de fibra dietaria que contiene (FDT). La significativa cantidad de fibra dietaria insoluble (FDI), se define como aquella biomasa vegetal la cual resiste la hidrolisis por las enzimas y el tracto intestinal. La cual, según estudios es capaz de prevenir el cáncer de colon gracias a la mejora de la movilidad intestinal. Ahora bien, la fibra dietaria soluble (FDS) es aquella parte de la matriz vegetal que es asimilada por el tracto intestinal disminuyendo los niveles de glucosa y colesterol en la sangre, y aumentando la absorción de calcio en el tracto intestinal [9]. No obstante, estudios sobre el uso de la fibra en productos alimenticios ha demostrado que puede ser un excelente sustituyente de grasas en productos de horneado. Presenta propiedades de retener el agua, ser un buen agente espesante y brindar firmeza a la estructura, características que hacen posible la sustitución de grasas en los productos de horneado [10].

Adicionalmente, dada la presencia de materia orgánica de la cascarilla, son residuos altamente contaminantes que requieren grandes cantidades de oxígeno para degradarlo [7]. Además, el contenido de taninos cafeína y otros compuestos fenólicos presentes en la biomasa les conceden una naturaleza tóxica al degradarse [11]. Por lo tanto, buscarles otro uso permite disminuir el impacto ambiental que el desecho de esta materia prima presenta. Por otra parte, teniendo en cuenta que un alimento funcional es aquel que contiene un componente con actividad selectiva relacionada con funciones del organismo, con un efecto fisiológico añadido por encima de su valor nutricional que le brinda un carácter saludable (funcional) [12]. Se estaría haciendo un alimento funcional, si el uso de la cascarilla está asociado a la elaboración de alimentos, ya que la adición de la fibra con los beneficios que presenta su parte insoluble y soluble mencionados anteriormente, le brindará al alimento, además de un carácter nutricional, un carácter saludable. Es por esto, que el objetivo de este proyecto es estudiar el potencial de la fibra como sustituto de mantequilla en productos de horneado como lo es el Brownie.

Parámetros Cascarilla de café

Proteina 18,6 ± 0,6 Grasa 2,2 ± 0,1 Carbohidratos 62,1 ± 1,6 Azúcares Reductores 0,21 ± 0,01 Humedad 7,30 ± 0,2 Cenizas 7,0 ± 0,2 FDT 62,4 ± 0,6 FDI 53,7 ± 0,2 FDS 8,8 ± 0,4

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. Materiales: Como principal materia prima, se tuvo cascarilla de café obtenida de un cultivo de café en Armenia - Colombia. Los equipos utilizados fueron, horno de convección forzada tipo armario (ChemInstruments, Estados Unidos), mufla básica larga con opción de rampa (Barnstead| Thermolyne corporation, Estados Unidos), molino de cuchilla (Fritsch, Alemania), Baño shaker (JEIO tech, Estados Unidos) y autoclave (Tomy tech, Estados Unidos). De reactivos, se requirió de, ácido sulfúrico 72% p/p y carbonato de calcio obtenidos de la casa comercial Merck. En cuanto a los ingredientes, se usaron los presentados en la tabla 3 con las proporciones utilizadas para el Brownie control.

Tabla . Ingredientes para la elaboración del Brownie control*

Ingrediente Marca Brownie

control Harina de trigo Haz de oro 225 g

Azúcar Manuelita 300 g

Cocoa en polvo Hersheys 85 g

Mantequilla La fina 60 g

Cascarilla - -

Polvo para hornear Royal 2,3 g

Yema de huevo Santa Reyes 33g

Clara de huevo Santa reyes 129g

Agua - 120 ml

*Las cantidades son para 15 porciones [13]. 2.2. Caracterización de la muestra

En la caracterización de la muestra se hizo un enfoque en la cantidad de fibra que contiene la cascarilla de café. Lo anterior, gracias a que la fibra es lo que permite sustituir las grasas en productos horneados [14].

2.2.1. Preparación de la muestra

De acuerdo con el protocolo de “National renewable energy laboratory” (NREL), se preparó la muestra para realizar los análisis composicionales. En este protocolo mencionan la importancia de homogenizar y disminuir el tamaño de partícula de la muestra, para facilitar las cuantificaciones composicionales [15]. De esta forma, se disminuyó el tamaño de partícula mediante el molino de cuchilla usando un tamiz de 1mm.

2.2.2. Determinación de fibra

Para la determinación de fibra, se siguió el protocolo de determinación de lignina en biomasa [16]. Primero, se agregó una muestra de la cascarilla de café y una solución de 72% (p/p) de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo para mezclarlos cada 5 minutos por una hora en un baño shaker a 30°C. Segundo, se diluyó la solución hasta que se tuvo una concentración del 4% (p/p) de ácido sulfúrico, agregando agua y lavando cuidadosamente los tubos de presión, pasando su contenido a

frascos shot. Tercero, se autoclavaron los frascos por una hora a 121°C y se dejaron enfriar, para luego filtrar la muestra en unos crucibles por medio de un montaje de kitasato. Dichos crucibles debieron ser previamente purgados por 4 horas a 575°C. Finalmente, se filtró para caracterizar la fibra total sumando lo obtenido de celulosa, hemicelulosa, lignina soluble e insoluble [16].

Celulosa y hemicelulosa: Se neutralizó una muestra del filtrado hasta un pH de entre 6 y 7, para cuantificar por medio de un HPLC con una columna de carbohidratos [16].

Lignina soluble: se caracterizó del filtrado, por medio de espectrofotometría a una longitud de onda de 320 nm. El blanco utilizado fue ácido sulfúrico al 4% (p/p), concentración a la que también se debía encontrar el filtrado. De esta forma, con la absortividad molar (ε) de la cascarilla, la longitud de onda (λ), el volumen de filtrado, la absorbancia (UVabs) y la cantidad de muestra (ODW) se calculó la lignina soluble con la siguiente ecuación [16].

%𝐿𝑆 = 𝑈𝑉𝑎𝑏𝑠 𝑥 𝑉𝑜𝑙 𝜖 𝑥 𝑂𝐷𝑊 𝑥 λ 𝑒𝑐. 1

Lignina insoluble: Para esta se utilizó el residuo del filtrado y se determinó calculando sólidos totales, cenizas y proteína que quedó después de la hidrólisis.

%𝐿𝐼𝑆 = %𝑆𝑇 − %𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 − %𝑝𝑟𝑜𝑡𝑒í𝑛𝑎

 Sólidos totales después de hidrólisis: se calcularon

siguiendo el protocolo de Sluiter et al. para lignina [17]. Por lo tanto, se pusieron los crucibles con los residuos a 105 °C por 4 horas, para después pesarlos y calcular su porcentaje de solidos totales.

%𝑆𝑇 =𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑢𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒+𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜− 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑢𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒

𝑂𝐷𝑊 𝑒𝑐. 2

 Cenizas después de hidrólisis: de igual forma que para

sólidos totales, se utilizó el protocolo de Sluiter et al. para determinar el porcentaje de cenizas [18]. Para este, se realizó el procedimiento con rampa, mediante una mufla. De esta forma, se llevaron los crucibles a una temperatura 105°C, para de ahí subir con una rampa de 10°C/min a 250°C y dejarlo en esta temperatura por 30 min. Después, se subió hasta 575°C con una rampa de 20°C/min y se mantuvo a esta temperatura por 180 min. Finalmente, se dejó enfriar hasta 105°C y se calcularon cenizas gravimétricamente.

%𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 =𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑢𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒+𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠− 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑢𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒

𝑂𝐷𝑊 𝑒𝑐. 3

 Proteína: se calculó la cantidad de proteína mediante el

método de nitrógeno de Kjeldahl.

2.3. Formulación Brownie control y sustituciones

Para la realización de los Brownies, se siguió el procedimiento usado por Islas-Rubio et al en su investigación sobre la sustitución de harina por fibra [13]. Tanto para el Brownie control como para las sustituciones, se usó el mismo procedimiento, con las mismas proporciones mencionadas anteriormente, con la excepción de que se modificaba únicamente el porcentaje de mantequilla y de cascarilla de café.

Figura . Diagrama del proceso de elaboración de Brownie. Adaptado de Islas-Rubio et al [13]

En la figura 2 se puede observar el orden y momento en el que se agregaron a la mezcla los ingredientes. De esta forma, se muestra el tiempo en minutos, siempre teniendo como base (tiempo cero) cuando se agrega la mantequilla y azúcar. Lo anterior, se hizo con el fin de disminuir el número de factores que afecten las variables de interés. De igual forma, se mantuvo una misma velocidad de mezclado para la elaboración de todos los Brownies, siendo esta la mínima de la batidora.

Se realizaron 3 réplicas para el Brownie control, a las cuales se evaluó la masa antes de hornear –de una muestra al terminar el mezclado- y el Brownie después de horneado –de una muestra después de 1 hora de enfriamiento tras el horneado-. Esto, se realizó mediante un análisis del perfil de textura (TPA), obteniendo adhesividad y gomosidad para la masa, por lo que se midió adhesividad y, cohesividad y dureza para calcular la gomosidad, y de forma similar pero exceptuando adhesividad, se calculó la masticabilidad en vez de gomosidad para el Brownie horneado, midiendo así, cohesividad, dureza y elasticidad. Estos parámetros, están ya determinados para este tipo de análisis, y en cuanto a la masticabilidad para el

horneado, se escogió sobre la gomosidad, ya que es la adecuada para productos sólidos [19].

Para evaluar la cascarilla de café como sustituto de la mantequilla, se realizaron cuatro diferentes porcentajes de sustitución de mantequilla: 25%, 50%, 75% y 100% (p/p). En estos, tanto el proceso de elaboración como la cantidad de los ingredientes se mantuvo, cambiando únicamente la cantidad de mantequilla de acuerdo con cada sustitución. Posteriormente, al igual que con el Brownie control, se realizó un análisis TPA con las mismas condiciones, evaluando las mismas propiedades para poder comparar y evaluar los efectos de la cascarilla de café. Cabe aclarar, que en todas las mediciones se usó una sonda de penetración de 12,7 mm con geometría cilíndrica y en cuanto a porcentajes de deformación, para la medición de la masa fue de 30% y para el Brownie horneado fue de 50%.

2.4. Análisis sensorial

Se llevó a cabo un análisis sensorial con una prueba afectiva en la universidad de los andes, en el que se trabajó con evaluadores no entrenados, entre un rango de edad entre 18 y 22 años donde el 66% de los encuetados fueron hombres y el 34% fueron mujeres. Y se les pregunto el nivel de agrado del producto y de algunas características de este mediante una escala hedónica y una escala tipo JAR [20]. De esta forma, se realizó el análisis a 50 personas aleatorias, en el que se evaluó apariencia, textura y esponjosidad. Para esta se evaluaron dos muestras, el control y la mejor sustitución, con el fin de determinar la aceptación que puede tener la sustitución en el mercado, y evaluar a partir de la percepción de los consumidores, como se vieron afectadas las características del Brownie tras la sustitución. Finalmente, mediante un ANOVA se determinó la significancia de la variación de cada propiedad ante la sustitución.

3.RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

3.1. Caracterización de la muestra

Los resultados obtenidos de fibra, después de realizar por triplicado los protocolos, fueron los siguientes.

3.1.1. Determinación de fibra

Mediante el análisis por HPLC, con una columna de carbohidratos, se determinó con la curva de calibración, las siguientes concentraciones: 3,87 (mg/ml) de celulosa y 2,06 (mg/ml) de hemicelulosa. Lo anterior, al convertirlo en porcentaje (p/p), da un resultado de 0,12% (p/p) y 0,06% (p/p) respectivamente. Por otra parte, al realizar el protocolo de lignina se obtuvo que del total de lignina, la soluble es la que presenta un menor aporte al tener 0,97% (p/p). Mientras que, la lignina insoluble representa la mayor parte de lignina, y a su vez de fibra, con un porcentaje de 34,71% (p/p) del 35,86% (p/p) de fibra total cuantificada. Esta lignina insoluble, se calculó teniendo en cuenta la proteína obtenida por el método de nitrógeno de Kjeldahl. Mediante esta se obtuvo el porcentaje de Mantequilla

derretida (48.8ªC) + azúcar, t = 0

Agregar los huevos, t = 5 min

Adicionar agua, t = 7 min

Agregar tamizado, t = 10 min

Espuma de clara de huevos, t = 15 min

Tamizado

Vaciado a molde, t = 25 min

Horneado 175 °C/45 min

Harina de trigo + Polvo hornear + cocoa en polvo

nitrógeno (ANEXO I), con el cual, con un factor de conversión de 6,25 [21] se obtuvo 2,4% p/p de nitrógeno.

Tabla . Porcentaje (p/p) de fibra en la cascarilla de café.

Presente trabajo Toschi et al [22] Fernández [23] Borelli et al [9] FDT (%p/p) 35,86 ±0,042 74,15 ±4,49 28,69 62,4 ±0,6

FDS (%p/p) 0,97 ±0,001 10,9 ±1,79 4,67 8,8 ±0,

FDI (%p/p) 34,71 ±0,043 66,5 ±7,8 24,01 53,7 ±0,2

Fibra dietaria total (FDT), Fibra dietaria soluble (FDS), Fibra dietaria insoluble (FDI).

En la tabla 4, se muestran los resultados obtenidos, en contraste con los datos de otras literaturas. Se puede observar, que el porcentaje obtenido en el presente trabajo (35,86% p/p), de fibra total se asemeja al de Fernández (28,69%p/p) [23]. Sin embargo, con respecto a la mayor parte de los datos reportados en literatura, se presenta un porcentaje cuantificado considerablemente menor. Lo anterior, se debe al método de cuantificación utilizado, ya que fue un método químico-gravimétrico que mide principalmente la fibra cruda. Esto, por la hidrólisis, la cual puede degradar gran parte de la hemicelulosa, celulosa y lignina, subestimando la fibra dietética total [24].

Aunque la fibra dietaria no fue cuantificada en su totalidad, con los resultados obtenidos se puede determinar que si se presenta en alta cantidad. De acuerdo con Grossi et al, la fibra cruda es generalmente entre 3 a 5 veces menor que la fibra dietaria [24], lo que confirma que al igual que las otras referencias, si hay una alta presencia de fibra dietaria en la cascarilla de café. Sin embargo, no se puede realizar un factor de corrección, puesto que la relación entre la fibra dietaria y la fibra cruda varía dependiendo de los compuestos químicos [24].

Por otra parte, en los resultados obtenidos por Bekalo & Reinhardt se puede considerar la significancia de la hemicelulosa y la celulosa en la fibra [25]. En la tabla 5, se evidencia que los datos obtenidos en este proyecto están subestimados, y muestra el rango de valores que pueden llegar a tomar la celulosa y hemicelulosa faltante. Sin embargo, basados en los resultados de lignina de Bekalo & Reinhardt, se obtuvieron valores de lignina un cercanos al rango esperado [25]. Por lo tanto, el protocolo utilizado subvalora la celulosa y hemicelulosa, pero estima adecuadamente la lignina.

Tabla . Composición de agro-fibras según Bekalo & Reinhardt[25]

3.2. Formulación Brownie control

Como se puede ver en la tabla 6 y la tabla 7, tras realizar las 3 réplicas del Brownie control, se estandarizó el proceso de elaboración, al obtener propiedades en la masa y Brownie que no superaron el 20% de error entre sí.

Tabla . Textura masa Brownie control

Réplica 1 2 3 Error

Dureza (N) 0,19 0,19 0,20 2,79%

Adhesividad (J) -75,43 -82,38 -74,57 4,51%

Cohesividad 1,02 0,98 0,95 2,98%

Gomosidad (N) 0,20 0,19 0,19 1,56%

Tabla . Textura Brownie control horneado

Réplica _{1 2 3 Error}

Dureza (N) 6,16 7,80 6,88 11,83%

Elasticidad 1,14 1,25 1,36 7,28%

Cohesividad 0,60 0,70 0,55 12,96%

Masticabilidad (N) 4,21 6,84 5,24 18,94% Con base en estos resultados, más adelante se comparan las propiedades del Brownie control con respecto a las sustituciones.

3.3. Sustituciones de mantequilla

Con el proceso de elaboración de Brownies estandarizado, se realizaron las cuatro sustituciones de mantequilla. Para la masa, la formulación es replicable al presentar poca desviación, y a su vez, de error (ANEXO II). En cuanto a la tendencia de las propiedades, ante el porcentaje de mantequilla en la formulación, se observa que en su mayoría presenta una tendencia casi lineal.

Tipo Cascarilla de café

(alpha) Celulosa 19-26 (24,5)

Hemicelulosa 24- 45 (29,7)

Lignina total 18-30 (23,7)

Figura . Dureza, gomosidad y cohesividad de la masa. Las propiedades de la figura 3, evidencian cómo en la masa las sustituciones de mantequilla por fibra de cascarilla de café, no afecta considerablemente sus propiedades. Si bien se alcanza a ver una variación, al observar los ejes la escala indica lo contrario. Por otra parte, teniendo en cuenta que la gomosidad es el producto de la dureza y la cohesividad [19], esta presenta un comportamiento influenciado principalmente por la cohesividad. Esto se debe a que la fuerza con la que están unidas las partículas (cohesión) [26], presenta una mayor variación, ante el porcentaje de sustitución de mantequilla por cascarilla de café, a diferencia de la dureza, la cual a excepción de la formulación sin mantequilla, todas requieren casi que la misma fuerza necesaria para comprimir el alimento [27].

Figura . Elasticidad y adhesividad de la masa

La adhesividad, al igual que las otras propiedades, mantiene una tendencia lineal. Aunque se presenta una mayor dispersión de los datos, en la figura 4 se observa que esta se mantiene entre el rango de -67 (J) y -77 (J), rango del trabajo necesario para vencer la fuerza de atracción entre la muestra y la superficie, tal como lo indica su definición [19]. Ahora bien, de las magnitudes obtenidas de la adhesividad y la cohesividad, se obtuvieron resultados coherentes. Con una adhesividad mayor que la cohesividad, la masa presenta una mayor fuerza entre esta con una superficie, que entre sus partículas entre sí. Por lo tanto, al ser las fuerzas adhesivas mayores a las cohesivas, el líquido humedece la superficie [28], lo cual, es acorde a lo que se observó durante la medición.

La masa, al no presentar cambios en sus propiedades con la sustitución de la mantequilla por la cascarilla de café, implica que la adición de fibra no afecta en el mezclado. Caso diferente se vio con el Brownie, empezando con el error obtenido en los

datos. Si bien, la masa presentó un error bajo para cada propiedad en las diferentes sustituciones, en el horneado estas aumentaron. En gran medida, se logró mantener un error por debajo del 20%, pero para la masticabilidad de las sustituciones del 100% y 75% p/p se presentaron errores de 41,77% y 34,37% (ANEXO III). La explicación a esto, parte de que la masticabilidad es el producto de la dureza, cohesividad y elasticidad [19]. De esta forma, la masticabilidad viene a verse afectada por la variación de las tres propiedades de las cuales depende.

Figura 5. Dureza, elasticidad, cohesividad y masticabilidad del Brownie.

Teniendo en cuenta que la mayor parte de las propiedades presentó un error menor al 20%, se puede analizar en la figura 5, la tendencia del perfil de textura. En primer lugar, la dureza presentó un comportamiento decreciente, de forma que entre menor la sustitución de mantequilla menor la dureza del Brownie. La cohesividad, al contrario de la dureza, aumento con un mayor contenido de mantequilla.

Ahora bien, es importante analizar el comportamiento de la masticabilidad y la elasticidad para el punto que tiene 0% de mantequilla. Experimentalmente se notó cómo aumentaba la dureza y disminuía la cohesividad a medida que se disminuía la mantequilla. Esto generó, que se comprometiera la integridad del Brownie sin mantequilla, por lo que al realizar la medición de esta muestra no era muy precisa. Es por esta razón, que se puede asumir que la tendencia de la masticabilidad y elasticidad debe ser decreciente.

Específicamente la elasticidad presenta un comportamiento peculiar donde se notaba que a medida que se añadida mayor cantidad de sustituyente la elasticidad era menor, mientras que la muestra control demostraba una elasticidad mayor, por tanto, según nuestro protocolo de medición, entre más cercano sea a 1 mayor será la elasticidad y su capacidad de almacenar energía y liberarla. Mientras que entre mayor sea la magnitud de la relación de distancias menor será la capacidad de almacenar energía y menor será la elasticidad.

Desde un punto de vista fenomenológico se observa que la mantequilla evita que el horneado se vuelva muy elástico, pero mantiene maleabilidad y humedad con un almacenamiento adecuado [29]. Adicionalmente, es capaz de almacenar aire en 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 0 25 50 75 100 A d im en sio n al New to n s (N) % mantequilla en la formulación

Cohesividad Dureza (N) Gomosidad (N)

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 0 25 50 75 100 Jo u les ( J) % mantequilla en la formulación Adhesividad (J) 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 0 25 50 75 100 A d ime n si o n al % mantequilla en la formulación

el proceso de mezclado y así es capaz de crear esas pequeñas burbujas de aire en el proceso de horneado brindándole una estructura más esponjosa. Por otro lado, la fibra puede ser sustituto de grasas, gracias a la plasticidad que confiere [14]. Esta también, permitió mantener humedad, brindándole mayor firmeza y estructura [30].

3.4. Análisis sensorial

Se diseñó un análisis con dos tipos de evaluación sensorial, en primer lugar, se diseñó una encuesta (ANEXO IV) y se les pidieron a los consumidores que evaluaran su grado satisfacción con respecto a la apariencia, la textura y la aceptación global de cada brownie según una escala hedónica de 9 puntos [31]. Luego en la segunda parte debían evaluar la esponjosidad con una escala JAR (Just-about-right) que busca evaluar si las propiedades físicas y organolépticas están en un punto óptimo para los consumidores o requieren un ajuste para llegar al gusto del consumidor [32]. Para la escala JAR es importante aclarar que se modificó la escala con números dado que la encuesta no permitía modificar las etiquetas del formulario no obstante se aclaró que lo que significaba cada etiqueta.

Ahora bien, para la selección de la sustitución que se compararía con el brownie control, se evaluaron los resultados del TPA con el objetivo de escoger un brownie que sea similar en sus propiedades, pero tenga un alto porcentaje de sustitución. Por tanto, se escogió el de 50% dado que las sustituciones de 75% y 100% tienen un perfil bastante diferente del control mientras que el de 50% mantiene unas propiedades similares a este.

Luego de obtener los resultados del análisis, se realizó un ANOVA con un nivel de significancia del 5% para evaluar si las respuestas de la escala hedónica eran significativamente diferentes.

Tabla . Resultados de prueba hedónica y ANOVA. Media

Sustitución Apariencia Textura Aceptabilidad

1 (0%) 7,0 5,7 5,9

2 (50%) 6,8 5,2 6,0

p value 0,4 0,3 0,8

Como se puede observar, aunque si hubo pequeñas diferencias en la media de la percepción del consumidor con respecto a cada ámbito, el p-value es mayor que el nivel de significancia en cada caso, lo que significa que para el consumidor no hay una diferencia significativa entre cada brownie. Por tanto, a pesar de que las propiedades físicas tendieron a cambiar esto no fue perceptible por los sentidos. Caso similar que se dio con la adición de fibra en pan congelado parcialmente horneado, en donde la fibra no afecto el color ni la apariencia [33]. Lo que

permite observar la tendencia que presenta el efecto de la fibra en cuanto la apariencia.

Por otro lado, con respecto a los resultados de la escala JAR se obtuvieron los siguientes resultados de percepción de esponjosidad en cada muestra:

Figura 6. Resultados de prueba JAR en la esponjosidad. Esta prueba refleja que para el gusto de los consumidores ningún brownie obtuvo la esponjosidad deseada, ya que para ambos fue demasiado bajo el nivel de esponjosidad. No obstante, según la figura 6. es importante anotar que la distribución es muy similar entre cada muestra, puesto que las diferencias entre las distribuciones son menores al 10% [32]. Ahora bien, si bien la esponjosidad es un valor por mejorar es posible hacerlo con algunos cambios en la formulación base con el fin que aumente la aceptación global. Sin embargo, lo importante a recalcar es que la sustitución no presento alguna diferencia muy marcada en la distribución porcentual, lo que demuestra que fue exitosa.

Es importante mencionar que los consumidores en su mayoría consumían brownies esporádicamente (39%) esto confirma que la prueba se realizó de forma aleatoria disminuyendo las influencias de productos comerciales en la prueba.

4.CONCLUSIONES

 Con el protocolo utilizado, se subestimó la cantidad de fibra dietaria presente en la cascarilla de café. Mediante este, se subvaloró las cantidades de celulosa y hemicelulosa, pero se estimó adecuadamente la lignina. Se caracterizó una fibra cruda de 35,86% con una desviación de 0,042, lo que permitió determinar que la cascarilla de café presenta un alto contenido de fibra dietaria, al ser esta de 3 a 5 veces mayor que la cruda. Esto, concuerda con los altos contenidos de fibra reportados en literatura, los cuales varían entre un 60% a un 70% p/p.

 Al estandarizar el proceso de elaboración de Brownies, se obtuvo un Brownie control en el que las propiedades nunca superaron el 20% de error. Este, presentó 6,947 N de dureza, 5,428 N de masticabilidad y razones de 1,194 y 0,616 para la elasticidad y cohesividad, respectivamente. Al comparar con la formulación evaluada a diferentes

sustituciones de mantequilla, se estableció que la adición de fibra no influye en las propiedades de la masa (mezclado) pero si en el Brownie (horneado). Teniendo así, que ante mayor fibra se le confiere mayor dureza al Brownie, pero menor cohesión. Situación que generó variación en la medición de la elasticidad, al igual que la forma de toma de datos. Razón por la cual, no se obtuvo una tendencia marcada y sí unos datos por encima de 1. Incluso así, la masticabilidad se alcanza a percibir, tiene una tendencia decreciente que se debe a que la dureza es la que presenta un mayor peso en esta propiedad de textura.  Luego de realizar el análisis sensorial sobre la textura,

esponjosidad y apariencia, se pudo concluir que no hubo una diferencia significativa entre las propiedades. No obstante, es importante reevaluar la formulación del brownie para mejorar la aceptabilidad con respecto a la esponjosidad dado que para ambas muestras los consumidores respondieron que eran demasiado poco esponjosas. Esta reevaluación puede incluir menor tiempo de cocción, mayor cantidad de agua y huevo o un batido más envolvente que ayude a brindar la humedad y esponjosidad que le hace falta.

5.TRABAJO FUTURO

Como trabajo futuro se desea investigar más a fondo la influencia de la capacidad de retención de agua de la fibra (WHC) en el proceso de horneado y la esponjosidad y humedad del producto final. Ahora bien, es importante también realizar una evaluación de la inocuidad del brownie para llegar a concretar un análisis sensorial mucho más completo que incluya la variable de sabor. Finalmente es importante reevaluar la formulación con el fin de mejorar la aceptación global del producto.

6. REFERENCIAS

[1] S. Santos Fernandes y M. de las Mercedes Salas-Mellado, «Addition of chia seed mucilage for reduction of fat content in bread and cakes,» Carreiros, 2017. [2] S. Krishnan, «Sustainable Coffe Production,» Denver,

2017.

[3] Organización internacional del café, «Posibles usos alternativos de los residuos y subproductos del café,» 2005.

[4] YARA, Perú, «YARA, Perú,» 2019. [En línea]. Available: https://www.yara.com.pe/nutricion-vegetal/cafe/cafe-glosario/. [Último acceso: 21 11 2019].

[5] R. Bressani y J. E. Braham, «Pulpa de café: composición, tecnología y utilización,» Bogotá. [6] S. Tan, S. P. Kusumocahyo y D. I. Widiputri,

«Pulverization of coffee silverskin extract as a source of antioxidant,» Tangerang , 2016.

[7] M. A. Silva, S. A. Nebra, M. J. Machado Silva y C. G. Sánchez, «THE USE OF BIOMASS RESIDUES IN

THE BRAZILIAN SOLUBLE COFFE INDUSTRY,» Campinas, 1998.

[8] B. Janissen y T. Huynh, «Chemical composition and value-adding applications of coffee industry by-products: A review,» Bundoora, 2017.

[9] R. Cinzia Borrelli, F. Esposito, A. Napolitano, A. Ritieni y V. Fogliano, «Characterization of a New Potential Functional Ingredient: Coffee silverskin,» Portici, 2004. [10] N. O'Shea, E. K. Arendt y E. Gallagher, «Dietary fibre

and phytochemical characteristics of fruit and vegetable by-products and their recent applications as novel ingridients in food products.,» Dublin, 2012. [11] S. I. Mussatto, E. M. S. Machado, S. Martins y J. A.

Texeira, «Production, Composition, and Application of Coffee ans Its industrial residues,» Braga, 2011. [12] M. B. Silveira Rodríguez, . S. Monereo Megías y B.

Molina Baena, «Alimentos funcionales y nutrición óptima. ¿Cerca o lejos?,» Madrid, 2003.

[13] A. R. Islas-Rubio, A. Hernández-Zepeda, A. M. Calderón de la Barca, M. N. Ballesteros-Vásquez, M. d. C. Granados-Nevárez y F. Vásquez-Lara, «Formulación y elaboración de pastelillos tipo brownies con más fibra y menos calorías que los convencionales,» Caracas, 2012.

[14] N. P. Escobar Moreno, «Evaluación Del

Comportamiento De La Fibra Soluble Como Compuesto Bioactivo, Adicionada En Productos Horneados De Panadería Y Bizcochería,» Bogotá, 2012.

[15] B. Hames, . R. Ruiz, C. Scarlata, A. Sluiter y J. Slu, «Preparation of Samples for Compositional Analysis,» Batelle, 2008.

[16] A. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, A. Sluiter, D. Templeton y D. Crocker, «Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass,» 2012.

[17] A. Sluiter, B. Hames, D. Hyman, C. Payne, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton y J. Wolfe,

«Determination of Total Solids in Biomass and Total Dissolved Solids in Liquid Process Samples,» Battelle, 2008.

[18] A. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata y J. Slu, «Determination of Ash in Biomass,» Battelle, 2005. [19] J. D. TORRES GONZÁLEZ , K. J. GONZÁLEZ

MORELOS y D. ACEVEDO CORREA, «ANÁLISIS DEL PERFIL DE TEXTURA EN FRUTAS,

PRODUCTOS CÁRNICOS Y QUESOS,» Cartagena de indias, 2014.

[20] N. V. Cárdenas-Mazón, C. E. Cevallos-Hermida, J. C. Salazar-Yacelga, E. R. Romero-Machado, P. L. Gallegos-Murillo y M. E. Cáceres-Mena, «Uso de pruebas afectivas, discriminatorias y descriptivas de evaluación sensorial en el campo gastronómico,» 2018. [21] PanReac AppliChem, «Determinación de nitrógeno por

el método de kjeldahl».

[22] T. G. Toschi, V. Cardenia, G. Bonaga, M. Mandrioli y M. T. Rodriguez-Estrada, «Coffee Silverskin:

Characterization, Possible Uses, and Safety Aspects,» Journal of agricultural and food chemestry, 2014. [23] B. Fernández Gómez, «Sustainable use of coffee

silverskin as a natural source of bioactive compounds for diabetes,» Madrid, 2016.

[24] G. V. Grossi, E. H. Ohaco Domínguez y A. De Michelis, «Determinación de fibra dietética total, soluble e insoluble en hongos comestibles de cultivo Pleurotus ostreatus,» Rio negro.

[25] S. A. Bekalo y H.-W. Reinhardt, «Fibers of coffee husk and hulls for the production of particleboard,»

Pfaffenwaldring, 2009.

[26] A. Szczesniak, «Texture is a sensory property,» Food quality and preference, vol. 12, pp. 2015-225, 2002. [27] G. Civille y E. Szczesniak, «Guidlines to training a

texture profile panel,» Journal of texture studies, vol. 4, nº 2014-223, 1976.

[28] Universidad de guanajuato, «Propiedades de los fluidos y definiciones».

[29] J. Claire, «The chemestry of baking,» Columbia, 2014. [30] «Bakerpedia,» 2019. [En línea]. Available:

https://bakerpedia.com/ingredients/fiber/.

[31] V. González Rigueiro, C. Rodeiro Mauriz, C. Sanmartín Fero y S. Vila Plana, «INTRODUCCIÓN AL

ANÁLISIS SENSORIAL, Estudio hedónico del pan en el IES Mugardos,» Mugardos, 2014.

[32] I. Fernández Segovia, E. García Martínez y A. Fuentes López, «Aplicación de las escalas de punto ideal en análisis sensorial de alimentos,» Valencia, 2018. [33] E. Lopes Almeida, Y. Kil Chang y C. Jo, «Dietary fibre

sources in frozen part-baked bread: Influence on technological quality,» Sao pablo, 2012.

ANEXOS

ANEXO I. Nitrógeno por el método de kjeldahl

Figura . Resultados laboratorio

ANEXO II. Desviación y porcentaje de error en propiedades de masa Tabla . Desviación y error de masa

Control _{S25 S50} S75 S100 Media dureza 0,196 0,195 0,196 0,197 0,209 Desviación dur 0,005 0,027 0,002 0,007 0,018 error 2,79% 15,38% 0,75% 4,29% 9,22% Media adhesividad -77,458 -70,627 -76,701 -67,309 -77,414 Desviación adh 3,497 13,208 1,160 4,890 1,987 error 4,51% 18,70% 1,51% 7,26% 2,57% Media elasticidad 0,858 0,832 0,840 0,878 0,826 Desviación Elas 0,046 0,014 0,006 0,031 0,008 error _{5,39% 1,68% 0,76% 3,59% 0,86%} Media cohesividad 0,983 1,031 1,027 0,953 0,967 Desviación Coh 0,029 0,015 0,012 0,029 0,055 error _{2,98% 1,41% 1,14% 3,04% 5,73%} Media gomosidad 0,192 0,201 0,201 0,188 0,201 Desviación Gom 0,003 0,025 0,001 0,013 0,006 error _{1,56% 12,46% 0,37% 6,85% 2,89%}

ANEXO III. Desviación y porcentaje de error en propiedades del Brownie horneado Tabla . Desviación y error de propiedades del Brownie

Control S25 S50 S75 S100 Media dureza 6,947 9,027 11,961 19,118 23,962 Desviación dur 0,8221 1,3482 1,6261 0,6220 0,0478 error 11,83% 14,94% 13,60% 3,25% 0,20% Media elasticidad 1,250 1,638 1,513 1,529 1,121 Desviación el 0,0909 0,0832 0,2002 0,2697 0,0337 error 7,28% 5,08% 13,23% 17,64% 3,00% Media cohesión 0,616 0,673 0,585 0,523 0,402 Desviación Coh 0,0798 0,1117 0,0602 0,0925 0,1263 error 12,96% 16,59% 10,29% 17,69% 0,80% Media Masticabilidad 5,428 9,874 10,240 15,806 11,046 Desviación Mas. 1,0826 0,7531 1,2604 6,6016 3,7965 error 19,94% 7,63% 12,31% 41,77% 34,37%

ANEXO IV. Encuesta del análisis sensorial.

CATA BROWNIES

Buenas tardes, vamos a hacerle unas preguntas sobre cómo percibe ciertos alimentos. Nos interesa su opinión

personal, no hay respuestas correctas o incorrectas.

DATOS PERSONALES:

P1- Edad: ___________

P2- Sexo

Mujer____

Hombre____

P3- Consume brownies

Diariamente____

Semanalmente ____

Mensualmente____

De forma esporádica____

Nunca____

Ahora va a probar 2 brownies y contestará algunas preguntas sobre cada uno de ellos. Por favor tome agua entre

muestra y muestra.

Muestra________________

Va a evaluar primero cuánto le gusta el brownie, gradúe sus respuestas de “me disgusta mucho” a “me gusta mucho” usando la escala. M1- ¿Cuánto le GUSTA, GLOBALMENTE este brownie?

1 2 3 4 5 6 7 8 9

M2- ¿Cuánto le GUSTA la APARIENCIA de este brownie?

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A continuación, evalúe los parámetros de ESPONJOSIDAD de este brownie, poniendo una cruz en el cuadrado correspondiente de la escala.

Esponjosidad:

1 2 3 4 5

Me disgusta mucho Me es indiferente Me gusta mucho

Me disgusta mucho Me es indiferente Me gusta mucho