UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS AGROPECUARIAS Y AMBIENTALES

ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

ELABORACIÓN DE UN SUPLEMENTO PROTEICO EN POLVO, A BASE DE HARINA

DE CHOCHO (LupinusmutabilisSweet), QUINUA (Chenopodiumquinoa L.), AMARANTO

(Amaranthus), Y DOS TIPOS DE EDULCORANTES (Sacarosa y Glucosa).

Autores: Martínez Tatamués Segundo Alejandro Zambrano Nazate Bayron Fernando

DIRECTOR: Ing. Milton Núñez

Ibarra-Ecuador 2011

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EL PROBLEMA

No existencia

de productos

nutritivos, a

base de cultivos

andinos.

Falta de valor agregado. Poco conocimiento de sus bondades nutricionales. No existencia de aporte técnico y científico, en el procesamiento agroindustrial.

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JUSTIFICACIÓN

Aprovechamiento de las propiedades nutricionales de los cultivos andinos. Dar a conocer las

bondades nutricionales que estos aportan Crear preliminares para futuras investigaciones. Crear alternativas de consumo.

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Determinar la estabilidad físico-química y microbiológica del suplemento, empleando dos tipos de envases (fundas y frascos herméticos de polietileno) bajo condiciones normales (HR: 73 y T: 18 °C) por un tiempo de 60 días.

Realizar un balance de materiales y estimar costos de producción del suplemento.

Evaluar las características Físico-Químicas (Granulometría, humedad, peso específico, rendimiento) y organolépticas (Color, olor, sabor) en la harina, (extracto etéreo, proteína, fibra, cenizas, carbohidratos totales) en las mezclas, y

microbiológicas (Mohos, levaduras, recuento total) en el suplemento.

Determinar la mezcla óptima de harinas (chocho, quinua, amaranto) y edulcorante, para la elaboración de un suplemento proteico en polvo.

Determinar la temperatura del aire y el tiempo de tostado de cada materia prima (chocho, quinua y amaranto), para la obtención de harina.

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Formulación

de hipótesis:

Hi.- La temperatura del aire y el tiempo de tostado influyen en

las características físico-químicas y organolépticas de la

harina de cada materia prima (chocho, quinua y amaranto).

Hi.- Las condiciones normales de almacenamiento y el tipo de envase, influye en la estabilidad físico-química, y microbiológica del suplemento.

Hi.- Las diferentes mezclas de harinas: (chocho, quinua y amaranto) y la adición de

edulcorante (sacarosa y glucosa), influye en las propiedades organolépticas

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Chocho Quinua Amaranto Secado natural Tostado Tostadora Molturación Molino Tamizado Granulometría Estabilidad Fisicoquímica Microbiológica Suplementos proteicos Batidos

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MATERIALES Y EQUIPOS

Materia Prima

Chocho Quinua Amaranto

Insumos

Sacarosa Glucosa

Equipos

Tostadora de granos marca IMQ Mezcladora rotatoria IMQ

Molino mecánico de discos Balanza

Cronómetro

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MÉTODOS

FASE I: La obtención de harinas de cada uno de los granos y la

elaboración del suplemento proteico en polvo con la adición de edulcorante

(mezcla).

FASE II: Evaluar a las tres mejores mezclas, características fisicoquímicas

y microbiológicas durante el

almacenamiento, envasadas en fundas y frascos herméticos de polietileno por

el lapso de dos meses a condiciones normales.

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Factores en estudio

Proceso de tostado de granos

FACTOR A:

Temperatura ( °C )

FACTOR B:

Tiempo (minutos)

CHOCHO

QUINUA

AMARANTO

A1 = 120

B1 = 10

A1 = 100

B1 = 10

A1 = 100

B1 = 10

A2 = 140

B2 = 20

A2 = 130

B2 = 20

A2 = 120

B2 = 20

B3 = 30

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Tratamientos

Tratamientos Combinaciones CHOCHO

QUINUA

AMARANTO

T1

A1B1

120 °C x 10 min

100 °C x 10 min

T2

A1B2

120 °C x 20 min

100 °C x 20 min

T3

A1B3

120 °C x 30 min

100 °C x 30 min

T4

A2B1

140 °C x 10 min

130 °C x 10 min

120 °C x 10 min

T5

A2B2

140 °C x 20 min

130 °C x 20 min

120 °C x 20 min

T6

A2B3

140 °C x 30 min

130 °C x 30 min

120 °C x 30 min

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Diseño experimental

Diseño completamente al azar (DCA) con arreglo factorial A x B

(Temperatura x Tiempo).

Características del experimento

Número de repeticiones Tres (3) Número de tratamientos Seis (6)

Número de unidades experimentales Diez y ocho (18)

La unidad experimental que se utilizó para el proceso de tostado, fue de 1000g de grano seco, que posteriormente se los transformó en harina.

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Variables en estudio

Variables cuantitativas Humedad Granulometría Peso específico Rendimiento Variables Cualitativas Color Olor Sabor

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Análisis sensorial (Aceptabilidad)

Características Fisicoquímicas.

Humedad

Actividad del agua (Aw)

Características microbiológicas

Mohos y Levaduras

Recuento total

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DIAGRAMA DE BLOQUES Chocho Desechos H2O (48h) (120°C x 20min) H2O (130°C x 10min) (120°C x10min) Gruesos Gruesos Agua

SUPLEMENTO BATIDO Fruta

Hielo

Chocho, Quinua, Amaranto Selección Secado natural Tostado Molienda Tamizado Harina de chocho Dosificación Harina de quinua Dosificación Harina de amaranto Dosificación Edulcorante Dosificación

MEZCLA 1 MEZCLA 2 MEZCLA 3

Envasado Almacenado

(21)

Manejo Específico del Experimento

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(23)

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Análisis de varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 47.23 0,05 0,01 Tratamientos 5 39.81 7.96 26.83** 3.11 5.06 Factor A 1 23.03 23.03 77.60** 4.75 9.33 Factor B 2 16.27 8.13 27.41** 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 0.52 0.26 0.87NS 3.88 6.93 Error Exp. 12 3.56 0.30 CV= 9.13%

(25)

Contenido de humedad en la harina de chocho,

expresado en %

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T1 _T2 _T4 T3 _T5 T6 8,16 6,82 6,38 6,31 4,36 3,76 % Tratamientos HUMEDAD

(26)

GRANULOMETRÍA

Análisis de varianza

(27)

Granulometría para la harina de chocho

0 2 4 6 8 10 12 T1 _T2 _T3 T4 _T6 T5 10,15 8,12 8,10 7,65 _7,44 5,65 (g/100g) Tratamientos GRANULOMETRÍA

(28)

PESO ESPECÍFICO

Análisis de la varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 0.0308 0,05 0,01 Tratamientos 5 0.0186 0.0037 20.5627** 3.11 5.06 Factor A 1 0.0099 0.0099 54.8126** 4.75 9.33 Factor B 2 0.0068 0.0034 18.6751** 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 0.0019 0.0010 5.3253* 3.88 6.93 Error Exp. 12 0.0022 0.0002 CV= 2.92%

(29)

Peso específico en la harina de chocho

0,38 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 0,5 0,52 T6 _T5 _T3 T4 _T2 T1 0,50 0,50 0,46 0,44 0,43 0,42 (g/cm3) Tratamientos PESO ESPECÍFICO

(30)

Interacción de factores (Temperatura x Tiempo), en el peso

específico de harina de chocho.

0,4366 0,4836 0,4798 0,4669 0,4337 0,4100 0,4200 0,4300 0,4400 0,4500 0,4600 0,4700 0,4800 0,4900 B1 (30) B2 (20) B3 (10) 0,0000 0,1000 0,2000 0,3000 0,4000 0,5000 0,6000 A1 (120°C) A2 (140°C) P es o es p ecíf ico g /cm 3 INTERACCIÓN (A x B) FA (°T) FB (min)

(31)

RENDIMIENTO

Análisis de la varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 517.72 0,05 0,01 Tratamientos 5 200.37 40.07 4.22* 3.11 5.06 Factor A 1 69.86 69.86 7.36* 4.75 9.33 Factor B 2 115.95 57.98 6.11* 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 14.56 7.28 0.77NS 3.88 6.93 Error Exp. 12 113.91 9.49 CV= 4.36%

(32)

Rendimiento de harina, expresado en %

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 T6 _T5 T3 _T4 T2 _T1 76,67 72,86 70,98 68,34 _68,20 66,88 % Tratamientos RENDIMIENTO

(33)

Representación gráfica de los atributos (color, olor,

sabor)

(34)

(35)

HUMEDAD

Análisis de varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 36.84 0,05 0,01 Tratamientos 5 31.20 6.24 30.25** 3.11 5.06 Factor A 1 28.43 28.43 137.80** 4.75 9.33 Factor B 2 0.10 0.05 0.24NS 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 2.68 1.34 6.49* 3.88 6.93 Error Exp. 12 2.48 0.21 CV=7.78%

(36)

Contenido de humedad en la harina de quinua,

expresado en %.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 T3 _T1 _T2 T5 _T4 T6 7,65 7,05 6,57 4,89 _4,74 4,10 % Tratamientos HUMEDAD

(37)

Interacción de factores (Temperatura x Tiempo), en el

contenido de humedad en la harina de quinua.

7,0911 4,5777 5,8983 5,7300 5,8750 5,60 5,65 5,70 5,75 5,80 5,85 5,90 5,95 B1 (10) B2 (20) B3 (30) 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 A1 (100°C) A2 (130°C) H u m ed ad ( %) INTERACCIÓN (A x B) FA FB

(38)

GRANULOMETRÍA

Análisis de varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 2749.63 0,05 0,01 Tratamientos 5 2581.57 516.31 39.79** 3.11 5.06 Factor A 1 18.30 18.30 1.41NS 4.75 9.33 Factor B 2 1992.34 996.17 76.77** 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 570.93 285.46 22.00** 3.88 6.93 Error Exp. 12 155.71 12.98 CV= 9.27%

(39)

Granulometría para la harina de quinua

0 10 20 30 40 50 60 T4 _T2 T1 _T5 T6 _T3 58,06 47,54 41,50 36,66 24,82 _24,45 (g/100g) Tratamientos GRANULOMETRÍA

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Interacción de factores (Temperatura x Tiempo),

granulometría en harina de quinua

37,83 39,84 24,63 42,10 49,78 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 B3 (30) B2 (20) B1 (10) 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 A1 (100°C) A2 (130°C) G ran u lo m etr ía (%) INTERACCIÓN (A x B) FA (°C) FB (min)

(41)

PESO ESPECÍFICO

Análisis de varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 0.0029 0,05 0,01 Tratamientos 5 0.0004 0.0001 0.4085NS 3.11 5.06 Factor A 1 0.0002 0.0002 1.1067NS 4.75 9.33 Factor B 2 0.0001 0.0000 0.1552NS 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 0.0001 0.0001 0.3127NS 3.88 6.93 Error Exp. 12 0.0023 0.0002 CV= 2.48%

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Peso específico en la harina de quinua

0,500 0,520 0,540 0,560 0,580 0,600 T6 _T5 T4 _T1 T3 _T2 0,569 0,562 0,559 0,558 _0,556 _0,556 (g/cm3) Tratamientos PESO ESPECÍFICO

(43)

RENDIMIENTO

Análisis de la varianza para rendimiento

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 961.57 0,05 0,01 Tratamientos 5 207.90 41.58 2.55NS 3.11 5.06 Factor A 1 115.01 115.01 7.05* 4.75 9.33 Factor B 2 85.03 42.51 2.61NS 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 7.86 3.93 0.24NS 3.88 6.93 Error Exp. 12 195.81 16.32 CV= 6.23%

(44)

Rendimiento de harina de quinua, expresado en %

40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 T1 _T2 T4 _T3 T6 _T5 69,67 67,17 _66,00 65,17 60,50 60,33 % Tratamientos RENDIMIENTO

(45)

Representación gráfica de los atributos (color, olor,

sabor)

(46)

(47)

HUMEDAD

Análisis de la varianza para humedad

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Contenido de humedad en la harina de amaranto,

expresado en %

0 1 2 3 4 5 6 7 T1 _T3 _T2 T4 _T5 T6 6,19 5,75 _5,62 5,57 4,23 3,87 % Tratamientos HUMEDAD

(49)

GRANULOMETRÍA

Análisis de varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 211.07 0,05 0,01 Tratamientos 5 194.67 38.93 44.32** 3.11 5.06 Factor A 1 79.25 79.25 90.21** 4.75 9.33 Factor B 2 56.09 28.05 31.92** 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 59.33 29.66 33.76** 3.88 6.93 Error Exp. 12 10.54 0.88 CV= 1.54%

(50)

Granulometría para la harina de amaranto

48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 T1 _T3 T4 _T2 T5 _T6 64,33 63,16 61,45 60,68 _60,13 54,01 (g/100g) Tratamientos GRANULOMETRÍA

(51)

Interacción de factores (Temperatura x Tiempo),

granulometría en la harina de amaranto

62,73 58,53 62,89 60,41 58,59 56,00 57,00 58,00 59,00 60,00 61,00 62,00 63,00 B1 (10) B2 (20) B3 (30) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 A1(100°C) A2 (120°) Gran u lo m etrí a ( % ) INTERACCIÓN (A x B) FA (°T) FB (min)

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PESO ESPECÍFICO

Análisis

de la varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 0.013 0,05 0,01 Tratamientos 5 0.002 0.000 0.808NS 3.11 5.06 Factor A 1 0.000 0.000 0.394NS 4.75 9.33 Factor B 2 0.001 0.001 1.198NS 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 0.001 0.000 0.625NS 3.88 6.93 Error Exp. 12 0.007 0.001 CV= 4.84%

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Peso específico en la harina de amaranto

0,420 0,440 0,460 0,480 0,500 0,520 0,540 T3 _T4 _T6 T1 _T2 T5 0,515 0,511 0,505 0,501 0,500 0,479 (g/cm3) Tratamientos PESO ESPECÍFICO

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RENDIMIENTO

Análisis

de la varianza

F de V Gl SC CM Fc Ft Total 17 1435.00 0,05 0,01 Tratamientos 5 656.83 131.37 36.59** 3.11 5.06 Factor A 1 450.00 450.00 125.34** 4.75 9.33 Factor B 2 154.75 77.38 21.55** 3.88 6.93 Int. (AxB) 2 52.08 26.04 7.25** 3.88 6.93 Error Exp. 12 43.08 3.59 CV= 3.42%

(55)

Rendimiento de harina, expresado en %

30 35 40 45 50 55 60 65 T1 _T2 _T3 T4 _T6 T5 62,33 _61,00 57,67 _56,50 47,67 _46,83 % Tratamientos RENDIMIENTO

(56)

Interacción de factores (Temperatura x Tiempo),

sobre rendimiento

60,33 50,33 59,42 53,92 52,67 48,00 50,00 52,00 54,00 56,00 58,00 60,00 B1 (10) B2 (20) B3 (30) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 A1 (100°C) A2 (120°C) Re n d im ient o (% ) INTERACCIÓN (A x B) FA (°C) FB (Tiempo)

(57)

Representación gráfica de los atributos (color, olor,

sabor)

(58)

NIVEL DE AGRADO O ACEPTABILIDAD

0 10 20 30 40 50 60 M6 M12 _M4 M3 M11 _T 37 30 40,5 18,5 28,5 55,5 S u m a Rangos ACEPTABILIDAD

(59)

VARIABLES EVALUADAS

DURANTE EL

(60)

Actividad de agua (Aw) Fundas de polietileno

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 9 18 27 36 45 54 63 Aw Días de almacenamiento M4 M6 M12

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Actividad de agua (Aw) Frascos herméticos de

polietileno

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 9 18 27 36 45 54 63 Aw Dias de almacenamiento M4 M6 M12

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HUMEDAD fundas de polietileno

0 2 4 6 8 10 12 0 9 18 27 36 45 54 63 H um eda d (%) Días de almacenamiento M6 M12 M4

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Humedad Frascos herméticos de polietileno

0 2 4 6 8 10 12 0 9 18 27 36 45 54 63 H um eda d (%) Días de almacenamiento M4 M6 M12

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Análisis Económico

Costo de producción para 1 Kilogramo de Suplemento con la siguiente

composición:

Mezcla

USD

M4 = 1.5 partes de Chocho+ 2 partes de Quinua + 20% Glucosa

8.47 M6= 1 parte Chocho + 2 Amaranto + 20% Glucosa

8.86 M12= 1.5 partes Chocho+ 1 parte Quinua+ 1 parte Amaranto + 20%

Glucosa.

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Conclusiones

1. La primera Hipótesis planteada “La temperatura del aire y el tiempo de tostado influyen en las características físico-químicas y organolépticas de la harina de cada materia prima (chocho, quinua y amaranto)”, se acepta por cuanto las condiciones de temperatura y tiempo son influyentes, ya que se modificaron las características fisicoquímicas y organolépticas de la harina, luego del proceso de tostado.

2. En el proceso de tostado de granos, se necesita cierta temperatura y cierto tiempo dependiendo del tamaño del grano, para que éste pueda alcanzar la temperatura de equilibrio entre el centro del grano y el medio de tostado, proceso que se lo denomina precalentamiento, y de esta forma se logre eliminar la mayor cantidad de humedad, considerando que estos factores son inversamente proporcionales al contenido de esta.

3. Con respecto a la variable granulometría se llegó a determinar que los factores (temperatura y tiempo), son inversamente proporcionales para generar mayor o menor finura de partículas, tanto en chocho como en amaranto, mientras que en la quinua existió un punto óptimo que generó mayor finura (130°C X 10 minutos).

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4. En el tostado de granos se elimina cierta humedad, formando en los granos cavidades internas que posteriormente en la molienda se rompen con facilidad, provocando así que el peso específico en la harina aumente debido a la compactación de partículas, lo que también influye en el rendimiento si se toma como referencia la unidad de masa (g).

5. En el proceso de tostado de granos que contienen compuestos no nutricionales (saponinas y alcaloides) que en sí les dan olor y sabor característicos se las puede eliminar a ciertas temperaturas y tiempos, tomando en cuenta a no sobretostarlos ya que presentarán color, sabor y olor a quemado.

6. Mediante los resultados obtenidos luego del almacenamiento del suplemento durante el tiempo de 60 días, se notó que no existe alteración de las características físico-químicas y microbiológicas en los dos tipos de envase tanto fundas como frascos de polietileno, por lo que se rechaza la tercera hipótesis que dice; Las condiciones normales de almacenamiento y el tipo de envase, influye en la estabilidad físico-química, y microbiológica del suplemento.

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Recomendaciones

 1. Para futuras investigaciones se recomienda ensayar con otros tipos de cultivos andinos, para la obtención de productos similares y de esta forma aprovechar de mejor manera los componentes nutricionales que estos presentan.

 2. Usar este producto no solo como suplemento de proteína si no también como base de un complemento nutricional, es decir complementarlo con vitaminas y minerales, y de esta forma obtener un alimento más completo.

 3. Realizar un secado apropiado, utilizando secadores cerrados con circulación de aire forzado, donde la materia prima no esté expuesta al ambiente ya que se puede producir una contaminación.

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 4. Para una mejor rentabilidad se debe utilizar los subproductos (gruesos), en la elaboración de otros productos para: sopas, apanaduras, heladería, enconfitados entre otros, obteniendo alimentos de alto valor biológico.

 5. Se recomienda realizar estudios de mercado para conocer la aceptación de

este producto, de esta forma promocionarlo en el mismo y pueda ser industrializado.

 6. En base a los resultados obtenidos se recomienda realizar nuevas

investigaciones conjuntamente con la universidad a través de las unidades eduproductivas que sirvan de aportes técnicos para el establecimiento de normas encaminadas a la obtención de subproductos a partir de cultivos andinos.

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