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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE
INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
TESIS
Optimización del proceso de elaboración de pan
sustituyendo harina de trigo (Triticum aestivum) por
harina de tarwi (Lupinus mutabilis) y harina de quinua
(Chenopodium quinoa)
Optimization the process of making bread replacing wheat flour (Triticum
aestivum) for lupine flour (Lupinus mutabilis) and quinoa flour
(Chenopodium quinoa).
AUTOR: Br. Marita Claudia Díaz Ruiz ASESOR: Dr. Paulino Ninaquizpe Zare
TRUJILLO – PERÚ
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DE
PAN SUSTITUYENDO HARINA DE TRIGO (Triticum
aestivum) POR HARINA DE TARWI (Lupinus mutabilis) Y
HARINA DE QUINUA (Chenopodium quinoa)
OPTIMIZATION THE PROCESS OF MAKING BREAD REPLACING WHEAT
FLOUR (Triticum aestivum) FOR LUPINE FLOUR (lupinus mutabilis) AND
QUINOA FLOUR (Chenopodium quinoa).
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO AGROINDUSTRIAL
PRESENTADO POR EL BACHILLER: Marita Claudia Díaz Ruiz
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL HONORABLE JURADO:
PRESIDENTE : Dr. Raúl Siche Jara _______________
SECRETARIO : Ing. Mayer Ascón Dionicio _______________
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DEDICATORIA
Dedico de manera especial a mis padres y hermana por su apoyo y confianza en todo lo necesario para cumplir mis objetivos como persona y estudiante.
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco principalmente a Dios por darme la fortaleza necesaria para culminar este trabajo de manera satisfactoria, a mi asesor de tesis Dr. Paulino Ninaquispe Zare, por su esfuerzo, dedicación, paciencia y su motivación han sido fundamentales para mi formación. A mis padres, por su apoyo incondicional durante estos años de estudio y a todas aquellas personas que hicieron posible la realización de este trabajo
-v- INDICE RESUMEN _______________________________________________________________ vi ABSTRACT ______________________________________________________________ vii 1. INTRODUCCIÓN _______________________________________________________ 1 2. MATERIALES Y MÉTODOS _______________________________________________ 2 a. Materia prima ___________________________________________________________ 2
b. Elaboración del pan con harina de tarwi y quinua __________________________ 2
c. Diseño experimental para la optimización _________________________________ 3
d. Evaluación sensorial ____________________________________________________ 4
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ______________________________________________ 4
a. Análisis estadístico mediante el software STATISTICA 7.0 __________________ 4
4. CONCLUSIONES ______________________________________________________ 12
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RESUMEN
El objetivo del presente trabajo fue la optimización del proceso de elaboración de pan sustituyendo harina de trigo (Triticum aestivum) por harina de tarwi (Lupinus
mutabilis) y harina de quinua (Chenopodium quinoa) de alta aceptabilidad. Se
utilizó un diseño compuesto central rotacional de 22 incluyendo 4 axiales y 3
centrales; el cual permitió obtener los modelos que definen el comportamiento de las variables independientes de porcentaje de sustitución de harina de tarwi (3 a 12%) y harina de quinua de (5 a 15%) respecto a la variable dependiente que fue la aceptabilidad general. El modelo altamente significativo con un (p<0.05) fueron la harina de tarwi y la harina de quinua por presentar un coeficiente de determinación R2 altos, siendo posible construir las superficies de respuesta para
esto se utilizó el software STATISTICA 7.0.
Se obtuvo una aceptabilidad general del pan óptima (puntaje de 8) cuando se sustituye entre 4 y 9% de harina de tarwi y 8 y 12% de harina de quinua.
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ABSTRACT
The objective of this study was to optimize the process of making bread replacing wheat flour (Triticum aestivum) for lupine flour (Lupinus mutabilis) and quinoa flour (Chenopodium quinoa).
A rotational central composite design 22 including 4 axial and 3 central were used;
which yielded the models that define the behavior of the independent variables replacement percentage lupine flour (3-12%) and quinoa flour (5-15%) on the dependent variable was the overall acceptability. The model with a highly significant (p <0.05) were lupine flour and quinoa flour for presenting a high coefficient of determination R2, making it possible to build the response surfaces
for this STATISTICA 7.0 software was used.
General acceptability of optimal bread (score of 8) was obtained when substituted between 4 and 9% lupine flour and 8 and 12% quinoa flour.
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1. INTRODUCCIÓN
El pan es uno de los alimentos básicos en muchos países del mundo así como en el Perú. Actualmente, el consumo de pan y productos de panadería hechos a base de harina refinada de trigo suele ser la tendencia habitual, sin embargo esta harina se caracteriza por un limitado valor nutricional (Isserliyska et al., 2001).
Muchas investigaciones se han realizado para mejorar el valor nutritivo del pan de trigo adicionando ingredientes funcionales, por lo que una de las recomendaciones es la adición de mezclas de diferentes semillas o granos de otros tipos de cereales (Bodroza-Solarov et al. 2008). Se ha estimado que alrededor de dos mil millones de personas en el mundo sufren distintas formas de deficiencias nutricionales, especialmente en los países en desarrollo donde la diversidad de la dieta es limitada (Bodroza-Solarov et al., 2008). Para superar dichas deficiencias y fomentar el consumo de alimentos más saludables y nutritivos, se han realizado diferentes investigaciones, elaborando pan a base de granos enteros y harinas integrales, productos con un elevado aporte de fibra dietética (Bodroza-Solarov et
al., 2008; Sanz-Penella et al., 2008ab; Sanz-Penella et al., 2009ab; Sanz-Penella et al., 2010ab).
En este contexto, podrían aprovecharse las variedades de cereales y leguminosas producidas en el Perú, como el tarwi (Lupinus mutabilis) y la quinua (Chenopodium quinoa) de las cuales se puede obtener harinas. Estos cultivos andinos cuya producción está destinada principalmente al autoconsumo de los agricultores. Existe una falta de estímulo a la producción afectando la economía de este sector, ya que en lugar de que contribuya a resolver el problema
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alimentario, el país invierte millones de dólares en la importación de alimentos (trigo, soya, maíz), muchos de los cuales son de menor valor nutritivo que nuestras especies andinas.
En el presente trabajo, el objetivo principal fue determinar las condiciones óptimas del proceso de elaboración de pan sustituyendo harina de trigo (triticum aestivum) por harina de tarwi (lupinus mutabilis) y harina de quinua (chenopodium quinoa), así determinar la formulación optima de la harina compuesta que permita la obtención de un producto altamente aceptable, la máxima aceptabilidad el pan con harina de tarwi y quinua se realizo utilizando la Metodología de Superficie Respuesta (MSR).
2. MATERIALES Y MÉTODOS
a. Materia prima
Las harinas de tarwi, quinua y de trigo utilizadas en este trabajo procedían del departamento de La Libertad (Perú). Se eligieron harinas con características de textura homogénea.
b. Elaboración del pan con harina de tarwi y quinua
Se obtuvo todos los materiales y luego se procedió a pesó todos los insumos de acuerdo al diseño experimental. Luego se colocó los insumos secos en la amasadora modelo max 1000 a baja velocidad de mezcla para lograr una mezcla homogénea para posteriormente agregar la manteca, los huevos y por último el agua. Luego se subió la velocidad de mezcla de la amasadora y así se logró que se active el gluten y se formó en la masa el
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punto liga. En seguida se procedió a pesar masas de 600 g para luego cortarlos en 30 partes iguales con ayuda de la maquina divisora y así se obtuvo porciones de 20g que luego se boleó y se llevó a la cámara de fermentación por 90 minutos a 30°C. Después de ese tiempo se acondicionó las porciones para ser horneado por 18 minutos. Después del horneado se procedió a enfriar por media hora para enseguida colocarlo en bolsas rotuladas.
c. Diseño experimental para la optimización
El diseño experimental para optimizar el proceso de elaboración de pan consistió en: Optimización. Se utilizó un Diseño Compuesto Central Rotable (DCCR) para dos variables a estudiar (proporción de harina de tarwi y harina de quinua), con un diseño del tipo: 2 2 + 2*2 + 3 puntos centrales,
haciendo un total de 11 ensayos. La proporción de harina de tarwi, se consideró entre 3 y 12%; y 5 A 15% de harina de quinua. El porcentaje de harina de quinua fue más significativo q el porcentaje de harina de tarwi, considerando un valor de p=0,05; y (b) el coeficiente de determinación (R2>90%). Se construyó una superficie de respuesta (usando Statistica 7.0)
logrando definir las regiones de interés y los valores óptimos de la formulación que resultaron con mejores niveles de aceptabilidad.
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d. Evaluación sensorial
Los productos fueron evaluados en cuanto a su aceptabilidad general por 32 jueces no entrenados. Fue utilizada la prueba Hedónica no Estructurada indicando cuanto les agrada el producto en una escala de 10 cm. Se fijó un modelo de perfil común a todos los paneles en el mundo. En dicha hoja se analiza la aceptabilidad del panelista no entrenado sobre las 11 muestras de pan, cada una con diferente formulación. A los cuales se les suministró una hoja de evaluación (hoja de perfil).
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
a. Análisis estadístico mediante el software STATISTICA 7.0
Los valores reales de las variables independientes (sustitución con harina de tarwi (%) y harina de quinua (%)) y los resultados de la respuesta (aceptabilidad general) se ingresaron al programa estadístico y se obtuvieron los siguientes resultados:
La tabla 1, muestra los valores reales de los 11 ensayos con sus respectivas respuestas para la aceptabilidad general del pan con harinas de tarwi y quinua.
Delgado (1990: 20), remplazó la harina de trigo por harina de cebada hasta un 20 %; aunque no se obtuvo alto nivel proteico (9 %), pero si mejoró el contenido de minerales. Otro estudio, realizado por Escobedo (1995), utilizó la harina pre cocida de papa en panificación con un 16% de sustitución obteniendo un 8.5 % de proteínas, mientras que Cárdenas (1991: 50) llegó a sustituir hasta el 30% en el producto final de camote rallado crudo con
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cáscara en la elaboración del pan, mejorando el nivel proteico (15 %) y aceptabilidad general.
El puntaje obtenido para la aceptabilidad general del pan en los 11 tratamientos varió entre 1,3 y 8.3 obteniéndose los mejores puntajes para las muestras 5 y 9 que son los únicos que pasan el nivel de aceptación de 8 puntos.
La aceptabilidad del pan varía según el porcentaje de sustitución de harina de tarwi y quinua por la harina de trigo.
La textura fue agradable o desagradable a los panelistas dependiendo básicamente de la dureza, la miga es cerrada y homogénea par los mejores pruebas. El tratamiento 4 tuvo la calificación más baja debido principalmente a su sabor y color.
Tabla 1. Aceptabilidad general del pan con harinas de tarwi y quinua Ensayos Variables independientes Respuesta
Harina de tarwi (%) Harina de quinua (%) Aceptabilidad 1 4.3 6.4 4.2 2 10.7 6.4 2.2 3 4.3 13.5 2.7 4 10.7 13.5 1.3 5 3 10 6.9 6 12 10 5.2 7 7.5 5 2.1 8 7.5 15 2.9 9 7.5 10 8.1 10 7.5 10 8.3 11 7.5 10 8.3
En la figura 1 se muestran las imágenes de los productos obtenidos por cada ensayo. La aceptabilidad general fue evaluada con un panel no entrenado.
-6- Ensayo 1 Harina de tarwi (%) 4.3 Harina de quinua (%) 6.4 Ensayo 2 Harina de tarwi (%) 10.7 Harina de quinua (%) 6.4 Ensayo 3 Harina de tarwi (%) 4.3 Harina de quinua (%) 13.5 Ensayo 4 Harina de tarwi (%) 10.7 Harina de quinua (%) 13.5 Ensayo 5 Harina de tarwi (%) 3 Harina de quinua (%) 10 Ensayo 6 Harina de tarwi (%) 12 Harina de quinua (%) 10 Ensayo 7 Harina de tarwi (%) 7.5 Harina de quinua (%) 5 Ensayo 8 Harina de tarwi (%) 7.5 Harina de quinua (%) 15 Ensayo 9 Harina de tarwi (%) 7.5 Harina de quinua (%) 10 Ensayo 10 Harina de tarwi (%) 7.5 Harina de quinua (%) 10 Ensayo 11 Harina de tarwi (%) 7.5 Harina de quinua (%) 10
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En este diseño los efectos y los coeficientes se estiman con la mayor precisión posible por lo que se usó un diseño de optimización del modo directo, debido a que mediante una evaluación de efectos es posible discriminar ciertas variables que estadísticamente no influyan en una determinada respuesta.
Como se puede observar en la Figura 2 que el % de harina de quinua tiene efecto mas significativo que el % de harina de tarwi (p<0,05) sobre la aceptabilidad. Esto se fundamenta por Gonzáles, (2003) quien menciona que hasta un rango de 10% de sustitución de la harina de trigo en pan no cambia significativamente la estructura de dicho producto, tal como se puede observar en la figura 2.
Figura 2. Diagrama de Pareto de los efectos estimados de cada componente para la aceptabilidad general del pan.
Un modelo matemático de segundo orden fue obtenido para la respuesta Aceptabilidad general, cuyo coeficiente de regresión fue de 90,3%.
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Esto significa que el 90% de la aceptabilidad general es explicada por el % de quinua y tarwi.
Tabla 2. Coeficientes de Regresión para la aceptabilidad general del pan
Regressn Std.Err. p Mean/Interc. -23.0137 6.496285 0.016517 (1)% de tarwi(L) 1.8790 0.920559 0.096724 % de tarwi(Q) -0.1492 0.049597 0.029783 (2)%quinua(L) 5.0599 0.901569 0.002484 %quinua(Q) -0.2607 0.040191 0.001299 1L by 2L 0.0134 0.052703 0.810056 Aceptabilidad = (-23.137)+1.879*ht+(-0.1492)*(ht)^2+5.0599*t +(-0.0134)*(t)^2
Para reforzar la validez de este modelo fue realizado un análisis de varianza (Tabla 3). Se verifica que el Fcalculado (F) mayor que el valor del Ftabulado (P),
indicando que el modelo es altamente significativo para la aceptabilidad. Así, habiéndose demostrado la bondad de ajuste del modelo con el R2 y la prueba F,
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Tabla 3. Análisis de varianza para la aceptabilidad general del pan. SC GL CM Fcal Ftab (1)% DE TARWI(L) 4.18963 1 4.18963 2.92176 0.148087 % DE TARWI(Q) 12.98470 1 12.98470 9.05528 0.029783 (2)%QUINUA(L) 0.07608 1 0.07608 0.05306 0.826955 %QUINUA(Q) 60.32538 1 60.32538 42.06975 0.001299 1L BY 2L 0.09207 1 0.09207 0.06421 0.810056 ERROR 7.16969 5 1.43394 TOTAL SS 73.91068 10
SC: Suma de cuadrados; GL: Grados de libertad; CM: Cuadrados medios; Fcal: Valor F calculado; Ftab: Valor F de tabla.
(L) = lineal; (Q) = cuadrática
R2 =90,3 %, R2 Ajustado =80,6 %
Esto también es corroborado por el análisis del coeficiente de determinación (R2).
Para el modelo se obtienen valores de R² = 90,3 %, y R2 Ajustado = 80,6 %
ubicándose en el límite permisible. Gutiérrez y De la Vera (2004) indican que modelos adecuados son aquellos que presentan R² ajustado mayores a 70
En la Figura 3a se observa que a medida que aumenta la proporción de harina de quinua, la aceptabilidad también aumenta, aunque hasta cierta región. Los mejores valores de aceptabilidad se dan en condiciones de entre 7.5 de harina de tarwi y 10% de harina de quinua. (Figura 3b).
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Anteriormente se había indicado que el modelo matemático nos permite definir una formulación que da una aceptabilidad óptima, pero a través de la superficie de respuesta y curvas de contornos, en lugar de valores puntuales, permite definir intervalos para las proporciones de harina de tarwi (4 a 9%) y harina de quinua (8 a 12%)
Siempre es mejor tener una formulación en intervalos que en valores fijos, ya que según los precios de mercado, podemos variar la formulación pero sin descuidar la aceptabilidad. Para reforzar aún más la validez de los resultados anteriores, en la Tabla 4 se observa que trabajando dentro de los intervalos óptimos sugeridos, los desvíos entre los resultados del modelo y los experimentales son muy bajos (< 7%).
(a) (b)
Figura 3. Aceptabilidad general del pan en función de las proporciones de harina de tarwi y harina de quinua: (a) Superficie de respuesta (b) Gráfica de contornos.
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El análisis de la superficie de respuesta y curva de contorno permite definir las condiciones más adecuadas que maximizan la aceptabilidad general. Así de la Figura 3 (a) y (b), se verifica que cuando los valores que cuando se sustituye entre 4 y 9% de harina de tarwi y 8 y 12% de harina de quinua la aceptabilidad general alcanza valores cercanos a 8.
Tabla 4. Validación experimental y desvíos del modelo para la Aceptabilidad
Ensayo
Variables Aceptabilidad Desvío %harina de tarwi % harina de quinua Experimental Modelo (%) 1 4.3 6.4 4.2 3.88908 0.19775655 2 10.7 6.4 2.2 1.59148 0.41261095 3 4.3 13.5 2.7 2.980067 0.18477902 4 10.7 13.5 1.3 0.682467 0.45433944 5 3 10 6.9 5.6862 0.82735029 6 12 10 5.2 2.4552 1.9165599 7 7.5 5 2.1 1.345 0.53850601 8 7.5 15 2.9 1.2011 1.19688429 9 7.5 10 8.1 7.092 0.68624713 10 7.5 10 8.3 7.092 0.82545878 11 7.5 10 8.3 7.092 0.86965295
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4. CONCLUSIONES
Se obtuvo una aceptabilidad general del pan óptima (puntaje de 8) cuando se sustituye entre 4 a 9% de harina de tarwi y 8 a 12 % de harina de quinua a una temperatura de horneado 135 °C. por un tiempo de 18 minutos. Además se comprobó que la harina de trigo puede ser reemplazada hasta un 20% para ser aceptable y no cambiar las características del pan.
El valor de esta investigación radica en que un fabricante de pan puede elaborar un producto aceptable y con alto valor proteico.
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5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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