UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
TESIS
PRESENTADO POR:
Bach. ASTO RAMOS, Ángel Bach. SUERE ROSALES, Andrea Isolina
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
TARMA – PERÚ
2013
COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE LA SALSA DE AJÍ JALAPEÑO (Capsicum annuum) A DIFERENTES CONCENTRACIONES DE GOMA
XANTANA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA DE ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
“COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE LA SALSA DE AJÍ JALAPEÑO (Capsicum annuum) A DIFRENTES CONCENTRACIONES DE GOMA
XANTANA”
Tesis Presentada por:
ASTO RAMOS, Ángel
SUERE ROSALES, Andrea Isolina
Sustentada y aprobada ante el siguiente jurado:
Mg.………
SECRETARIA DOCENTE
Mg.………....
PRESIDENTE
Mg.………...……….
VOCAL
Mg.………...….
VOCAL
iii
Dedicatoria:
El presente trabajo de investigación está dedicado a Dios, a nuestros padres y hermanos por su gran apoyo, confianza incondicional y motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales y para la elaboración de esta tesis.
iv .
Asesor
Ing. LIMAYMANTA SULCA, Claudio Paulino
v
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar nuestro agradecimiento es a Dios por iluminar nuestro camino, a todos nuestros familiares y personas que con su colaboración hicieron posible la realización del presente trabajo de investigación.
A nuestro asesor Ing. LIMAYMANTA SULCA, Claudio Paulino por su apoyo y confianza en la realización de la tesis y su conocimiento compartido con nosotros.
Al Ing. QUISPE SOLANO, Miguel Ángel por habernos brindado su apoyo y orientación en la realización de este trabajo de investigación.
Al Laboratorio de Instrumentación de Ingeniería Agroindustrial, de la Facultad de Ciencias Aplicadas, de la Universidad Nacional del Centro del Perú, por otorgarnos el apoyo parcial para la realización del presente trabajo de investigación.
A todos los catedráticos de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional del Centro del Perú - FACAP, por sus enseñanzas impartidas, por su continua ayuda, excelente disposición y constante apoyo en cada una de las etapas involucradas con la vida universitaria.
Y por supuesto, a nuestros queridos padres y hermanos por el apoyo constante en la culminación de este proyecto de investigación.
vi
Reconocimiento
A la Facultad de Ciencias Aplicadas Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional del Centro del Perú por darnos la oportunidad de seguir logrando nuestros objetivos profesionales.
vii RESUMEN
En el presente trabajo se utilizó ají jalapeño de la provincia de Satipo – Junín fruto rico en capsaicinoides, responsable del sabor pungente de este ají, en este trabajo de investigación se estudió el comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a tres concentraciones de goma xantana (0,2; 0,4 y 0,6% P/P).
La obtención de modelos reológicos para la salsa de ají jalapeño se realizó con el fin de predecir los efectos de la velocidad de corte y la viscosidad de la salsa de ají. La experimentación se llevó a cabo en el Viscosímetro de BROOKFIELD DV III ULTRA, spindle N°6 para las concentraciones 0,2 y 0,4% y N°7 para la concentración 0,6%, los datos de esfuerzo cortante y velocidad de deformación obtenidos se ajustaron al modelo de OSTWALD- DE WAELE que obedece la Ley de Potencia.
Se observó que la concentración de goma xantana tiene un efecto significativo sobre el comportamiento reológico. Las salsas a tres concentraciones de goma xantana (0,2, 0,4 y 0,6%) presentaron un comportamiento característico de disminución de la viscosidad al aumentar la velocidad de corte característica de un fluido No Newtoniano de tipo pseudoplástico, las curvas se analizaron a través de la ley de la potencia donde el índice de comportamiento reológico se encuentra entre 0 y 1 indicando un comportamiento pseudoplástico.
En líneas generales se observó que al aumentar el esfuerzo de corte la viscosidad disminuye y a medida que la concentración de goma xantana aumentaba la viscosidad incrementaba.
Palabras claves: Ají jalapeño, goma xantana, comportamiento reológico y fluido pseudoplástico.
viii ABSTRACT
In this paper we used jalapeno pepper Satipo province - Junín fruit rich in capsaicinoids, pungent responsible for this chili, in this research we studied the rheological behavior of jalapeno pepper sauce at three concentrations of xanthan gum (0.2, 0.4 and 0.6% w / w).
The obtaining of rheological models for the sauce of chili jalapeño was realized in order to predict the effects of the speed of court and the viscosity of the sauce of chili. The experimentation was carried out in BROOKFIELD's Viscosimeter DV IIIULTRA, spindle N°6 for the concentrations 0,2 and 0,4 % and N°7 for the concentration 0,6 %, the information of shear force and speed of deformation obtained adjusted to the model of OSTWALD - OF WAELE who obeys the Law of Power.
Was observed that the concentration of rubber xantana has a significant effect on the rheological behavior. The sauces to three concentrations of rubber xantana (0, 2, 0, 4 and 0, 6 %) presented a distinctive behavior of decrease of the viscosity on having increased the speed of court typical of a Not Newtonian fluid of pseudoplastic type, the curves were analyzed across the law of the power where el índice of rheological behavior he is between 0 and 1 indicating a pseudoplastic behavior.
In general lines was observed that on having increased the effort of court the viscosity diminishes and as the concentration of rubber xantana was increasing the viscosity it was increasing.
Key words: Jalapeno pepper, xanthan gum, and fluid pseudoplastic rheological behavior.
ix
INDICE GENERAL
ACTA DE JURADOS ... ii
DEDICATORIA ... iii
ASESOR ... iv
AGRADECIMEINTO ... v
RECONOCIMIENTO ... vi
RESUMEN ... vii
ABSTRACT ... viii
INDICE ... ix
LISTA DE TABLAS ... xiv
LISTA DE FIGURAS ... xvi
LISTA DE ANEXOS ... xvii
INTRODUCCIÓN ... xviii
CAPITULO I PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Determinación del problema ... 20
1.2. Formulación del problema ... 21
1.3. Objetivos de la Investigación ... 21
a. Objetivo general ... 21
b. Objetivo específico ... 21
1.4. Justificación e Importancia ... 22
1.5. Delimitaciones de la investigación ... 23
CAPITULO I PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1. Antecedentes de la investigación ... 24
2.2. Bases Teóricas ... 26
x
2.2.1. Generalidades, características botánicas, agronómicas y
nutricionales del Ají jalapeño (Capsicum annuum) ... 26
A. Generalidades del ají jalapeño ... 26
B. Características botánicas ... 28
C. Características agronómicas ... 30
D. Composición Química proximal del ají jalapeño ... 31
E. Características Fisicoquímicas del ají jalapeño ... 34
F. Usos del ají jalapeño ... 35
2.2.2. Salsa de ají ... 36
A. Composición Química Proximal y Características Fisicoquímicas de la salsa de ají ... 39
B. Forma de presentación de la salsa ... 41
C. Requisitos para la elaboración de la salsa de ají ... 41
Requisitos generales ... 41
Requisitos organolépticos ... 42
Requisitos microbiológicos ... 43
Envase y rotulado ... 44
D. Componentes de la Salsa ... 45
2.2.3. Reología ... 45
A. Propiedades reológicas de los alimentos ... 47
B. Clasificación reológica de los alimentos ... 49
B.1. Fluidos Newtonianos y no Newtonianos ... 50
B.2. Fluidos independientes del tiempo ... 54
Fluidos plásticos ... 54
Fluidos pseudoplásticos ... 55
Fluidos dilatantes ... 58
B.3. Fluidos no Newtonianos dependientes del tiempo ... 59
Fluidos tixotrópicos ... 59
Fluidos reopécticos ... 60
xi
B.4. Fluidos viscoelásticos ... 60
C. Modelos reológicos ... 64
C.1. Modelos de Oswald de Waele ... 64
C.2. Modelo de Bingham ... 66
C.3. Modelo de Herschel Bulkley ... 67
C.4. Modelo de Mizhari & Berk ... 68
D. Factores que influyen en la reología ... 69
D.1. Efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico ... 69
D.1. Efecto de la concentración sobre el comportamiento reológico ... 71
2.3. Bases conceptuales ... 72
2.4. Hipótesis de la investigación ... 73
2.4.1. Hipótesis general ... 73
2.4.2. Hipótesis de trabajo ... 73
2.5. Variables de Investigación (operacionalización) ... 74
CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de investigación ... 75
3.2. Nivel de investigación ... 75
3.3. Métodos de investigación ... 75
3.3.1. Análisis morfológico de la materia prima ... 76
3.3.2. Análisis químico proximal de la materia prima ... 76
3.3.3. Análisis fisicoquímicos de la materia prima ... 77
3.3.4. Análisis químico proximal del producto final ... 77
3.3.5. Análisis fisicoquímicos del producto final ... 77
3.3.6. Comportamiento reológico del producto final ... 78
3.4. Diseño de investigación ... 78
xii
3.4.1. Evaluación de las diferentes concentraciones de goma
xantana sobre la viscosidad de la salsa de ají jalapeño ... 78
3.4.2. Estudio de la relación entre la variable dependiente (esfuerzo cortante) y la variable independiente (velocidades de deformación) ... 83
3.5. Población y Muestra ... 80
3.5.1. Población ... 80
3.5.2. Muestra... 80
3.6. Técnicas, instrumentos y procedimiento de recolección de información ... 80
3.7. Técnicas de procesamiento de información de datos ... 85
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.1. Presentación, análisis e interpretación de información de datos ... 89
4.1.1. Caracterización Físico morfológico del ají jalapeño ... 89
4.1.2. Características Fisicoquímicas del ají jalapeño ... 90
4.1.3. Composición químico proximal del ají jalapeño ... 90
4.1.4. Caracterización fisicoquímica de la salsa de ají jalapeño ... 91
4.1.5. Caracterización fisicoquímica de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 91
4.1.6. Composición químico proximal de la salsa de ají jalapeño ... 92
4.1.7. Comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 93
4.1.8. Parámetros reológicos de la salsa de ají jalapeño ... 100
4.1.9. Determinación de la viscosidad de la salsa de ají jalapeño ... 102
4.1.10. Relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación en el comportamiento reológico de la salsa de ají ... 106
xiii
4.2. Discusiones de los Resultados ... 113 4.2.1. Referidos a la caracterización física morfológico del ají
jalapeño ... 113 4.2.2. Referidos a las características Fisicoquímicas del ají
jalapeño ... 115 4.2.3. Referidos a la composición químico proximal del ají jalapeño . 115 4.2.4. Referidos a la caracterización fisicoquímica de la salsa de ají
jalapeño ... 117 4.2.5. Referidos a la caracterización fisicoquímica de la salsa de ají
jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 118 4.2.6. Referidos a la composición químico proximal de la salsa de
ají jalapeño ... 119 4.2.7. Referidos al comportamiento reológico de la salsa de ají
jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 120 4.2.8. Referidos a los parámetros reológicos de la salsa de ají
jalapeño ... 121 4.2.9. Referidos al efecto de la goma xantana en la viscosidad de
la salsa de ají jalapeño ... 123 4.2.10. Referidos a la relación entre el esfuerzo cortante y la
velocidad de deformación en el comportamiento reológico de la salsa de ají ... 125 CONCLUSIONES
SUGERENCIAS
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ANEXOS
xiv
INDICE DE TABLAS
Tabla N° Pág.
1 Características botánicas del ají jalapeño ... 24
2 Composición nutritiva del ají jalapeño crudo (capsicum annum) ... 32
3 Composición química del ají jalapeño por 100 gr de peso ... 33
4 Principales capsaicinoides encontrados en el capsicum ... 34
5 Características fisicoquímicas del ají jalapeño ... 35
6 Composición química proximal y características fisicoquímicas de la salsa de ají ... 39
7 Composición química proximal de dos salsas de ají ... 40
8 Características fisicoquímicas de la salsa de ají jalapeño ... 40
9 Sustancias conservadoras ... 43
10 Requerimiento microbiológico para una salsa de ají ... 43
11 Características de flujo de los alimentos líquidos ... 63
12 Operacionalización de variables ... 74
13 Esquematización del diseño experimental a desarrollar en la investigación ... 79
14 Ingredientes propuestos para 3 kg de salsa de ají jalapeño ... 84
15 Representación del diseño estadístico completamente al azar (DCA) aplicado en la investigación ... 86
16 Promedio del tamaño y peso del ají jalapeño ... 89
17 Resultados de la caracterización fisicoquímica del ají jalapeño ... 90
18 Resultados de la composición química proximal del ají jalapeño ... 90
19 Resultados de la caracterización fisicoquímica de la salsa de ají jalapeño ... 91
20 Resultados de la caracterización fisicoquímica de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 92
21 Composición química proximal de la salsa de ají jalapeño ... 93
xv
22 Comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a 0,2% de goma xantana ... 94 23 Comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a 0,4%
de goma xantana... 96 24 Comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a 0,6%
de goma xantana ... 98 25 Valores de la consistencia de la Ley de la Potencia para la
salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 100 26 Viscosidad de la salsa de ají jalapeño en los tres tratamientos
(0.2, 0.4 y 0.6%) ... 103 27 Resultados descriptivos de la viscosidad de la salsa de ají
jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana ... 103 28 Pruebas de medias (DCA) de la viscosidad de las diferentes
concentraciones de goma xantana en la salsa de ají jalapeño ... 104 29 Prueba de ANOVA comparaciones múltiples de la viscosidad a
diferentes concentraciones ... 105 30 Modelo lineal de la relación entre las variables esfuerzo
cortante y la velocidad de deformación del comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño ... 107 31 Análisis de varianza de la relación entre las variables esfuerzo
cortante y la velocidad de deformación del comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño ... 108 32 Coeficientes (a) de la relación entre las variables esfuerzo
cortante y la velocidad de deformación del comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño ... 110
xvi
INDICE DE FIGURAS
Figura N° Pág.
1 Partes del ají jalapeño ... 27 2 Esfuerzo cortante frente a la gradiente de la velocidad para
fluidos newtonianos y no newtonianos ... 52
3 Clasificación de los fluidos según su comportamiento reológico ... 53
4 Diagrama de flujo propuesto para la obtención de la salsa de ají jalapeño ... 81
5 Reograma de la salsa de ají jalapeño a 0,2% de goma xantana ... 95
6 Reograma de la salsa de ají jalapeño a 0,4% de goma xantana ... 97
7 Reograma de la salsa de ají jalapeño a 0,6% de goma xantana ... 99
8 Gráfico para evaluar los parámetros reológicos de la salsa de ají jalapeño a 0,2% de goma xantana ... 101 9 Gráfico para evaluar los parámetros reológicos de la salsa de
ají jalapeño a 0,4% de goma xantana ... 101 10 Gráfico para evaluar los parámetros reológicos de la salsa de
ají jalapeño a 0,6% de goma xantana ... 102 11 Representación de las medias de la viscosidad a diferentes
concentraciones de goma xantana en la salsa de ají jalapeño .... 106 12 Gráfica de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad
de deformación ... 112
xvii
INDICE DE ANEXOS
Anexo Pág.
I Metodología de Mitschka para la determinación de las
propiedades reológicas de los fluidos alimenticios con en viscosímetro de Brookfield ... 137
II Características reológicas de la salsa de ají jalapeño a una concentración de 0,2% de coma xantana ... 140 III Características reológicas de la salsa de ají jalapeño a una
concentración de 0,2% de goma xantana ... 141 IV Características reológicas de la salsa de ají jalapeño a una
concentración de 0,4% de goma xantana ... 142 V Análisis estadístico (DCA) del efecto de las concentraciones de
goma xantana sobre la viscosidad del ají jalapeño ... 143 VI Análisis estadístico de los resultados obtenidos para las
características reológicas de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones ... 145 VII Fotografías correspondientes a la obtención de la salsa de ají
jalapeño ... 151 VIII Fotografías correspondientes a los análisis de la salsa de ají
jalapeño ... 153 IX Fotografías correspondientes al comportamiento de la salsa de
ají jalapeño ... 155
xviii
INTRODUCCIÓN Señores del Jurado:
La investigación se desarrolló ya que en la actualidad, uno de los grupos de alimentos con mayor desarrollo ha sido el de los condimentos y salsas. Con las tendencias actuales, la competencia entre productos, las nuevas tecnologías y la demanda de los consumidores, existe la necesidad de presentar un producto estable, con características únicas y que sea atractivo al consumidor para que lo prefiera sobre otros productos.
Debido a la gran demanda de este tipo de alimentos, es de suma importancia la evaluación y estudio sobre la estabilidad de los mismos para ofrecer a los consumidores un producto de mejor calidad y dotar a la industria de información importante para su producción.
Las salsas picantes son una mezcla de sustancias o componentes comestibles, incluyendo, una o más variedades del ají y especias, las cuales dan picor, condimentan, realzan sabor y deleite a las comidas, haciéndolas más apetitosas. Las salsas picantes como las conocemos hoy en día, han existido desde el mundo precolombino, en donde los aztecas, Incas, Olmecas, Mayas las utilizaban para dar mayor sabor a sus alimentos, dotándolos de propiedades organolépticas únicas.
Dado que las salsas son sistemas alimenticios complejos, existen una serie de aditivos y condimentos, como ácidos, sales orgánicas y gomas, que
xix
afectan directamente la estabilidad de las mismas. Es por ello que en este trabajo se evaluará el comportamiento reológico de una salsa picante, hecha a base de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana.
Por lo expuesto en el presente trabajo de investigación se planteó el siguiente objetivo general: Determinar el comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño (Capsicum annuum) a diferentes concentraciones de goma xantana; y los objetivos específicos fueron:
1. Realizar la caracterización químico proximal y fisicoquímico del ají jalapeño.
2. Estandarizar la formulación de la salsa picante hecha a base del ají jalapeño.
3. Establecer el diagrama de flujo óptimo en la elaboración de la salsa picante de ají jalapeño.
4. Realizar la caracterización químico proximal y fisicoquímico de la salsa de ají jalapeño.
5. Determinar el índice de consistencia e índice de comportamiento al flujo de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana.
CAPITULO I
PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Determinación del problema
En los últimos años se ha notado a nivel nacional el desarrollo de industrias dedicadas a productos elaborados como pastas de tomate, salsas picantes, etc.
Estas pastas se obtienen en algunos casos por trituración refinación y uniformización en el tamaño de partículas. Las características sensoriales que estas presentan dependerán del color, flavor, textura y/o consistencia esta última también se toman en cuento según a su comportamiento reológico. La ciencia que estudia la textura es la reología o ciencia de la deformación de la materia, se ocupa de preferentemente de la deformación de los cuerpos aparentemente continuos, pero con frecuencia también de la fricción entre sólidos, del flujo de polvos, incluso de la reducción de partículas o molturación.
Para los fluidos, de manera similar, existe una propiedad característica que representa la resistencia a fluir, esta propiedad es la viscosidad η y se define como la razón entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación.
En algunos alimentos para conseguir la consistencia adecuada se usa aditivos como goma xantana, keltrol, almidón modificado, goma de tara
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estas deben ser evaluadas para conseguir texturas adecuadas de acuerdo a un comportamiento reológico.
Muchas son las razones del porque es importante conocer el comportamiento reológico de los flujos alimenticios y la poca información en salsa de ají jalapeño han motivado la presente investigación. Se ha considerado que esta materia prima contiene vitaminas A, C, E y compuestos polifenólicos, conocidos todos ellos como compuestos antioxidantes. Además, los ajíes jalapeños son ricos en capsaicinoides, los cuales son alcaloides con propiedades farmacológicas específicas; estos pueden variar al ser sometidas a diferentes concentraciones en el proceso de industrialización.
Por ello surge el interés de investigar el comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana.
1.2. Formulación del problema
¿Cuál será comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño (Capsicum annuum) a diferentes concentraciones goma xantana?
1.3. Objetivos dela investigación a) Objetivo general
Determinar el comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño (Capsicum annuum) a diferentes concentraciones de goma xantana.
b) Objetivos específicos
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1. Realizar la caracterización químico proximal y fisicoquímico del ají jalapeño.
2. Estandarizar la formulación de la salsa picante hecha a base del ají jalapeño.
3. Establecer el diagrama de flujo óptimo en la elaboración de la salsa picante de ají jalapeño.
4. Realizar la caracterización químico proximal y fisicoquímico de la salsa de ají jalapeño.
5. Determinar el índice de consistencia e índice de comportamiento al flujo de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana.
1.4. Justificación e Importancia
En nuestro país y sobre todo en la región central, existen muchos productos agrícolas, de las cuales muchas de ellas aún no son aprovechadas así como el ají jalapeño (Capsicum annuum).
Este producto es una buena fuente de vitaminas A, C, E y compuestos polifenólicos, conocidos todos ellos como compuestos antioxidantes.
Además, los ajíes jalapeños son ricos en capsaicinoides, los cuales son alcaloides con propiedades farmacológicas específicas.
La propuesta de esta investigación es determinar el comportamiento reológico de la salsa de ají jalapeño a diferentes concentraciones de goma xantana. Para lograr este objetivo en el caso de la salsa, se hace necesario el conocimiento de su composición, respecto a los componentes mayoritarios como puede ser el contenido en humedad,
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carbohidratos, etc. También se ha prestado atención a otras características de importancia como sus propiedades físicas como el pH, acidez. Muchas de estas características han sido relacionadas con la magnitud de la viscosidad, así como respecto a su comportamiento reológico.
Se pretende clasificar a la salsa de ají dentro de los distintos grupos de fluidos caracterizado por su modo de fluir. Para ello la reología determinara el comportamiento de la salsa de ají jalapeño.
1.5. Delimitaciones de la investigación
a) Espacial: El presente trabajo de investigación se ha realizado con materia prima proveniente de Satipo. La parte experimental y de laboratorio se realizó en los Laboratorios de Instrumentación de la Universidad Nacional del Centro del Perú – FACAP.
b) Temporal: La elaboración y ejecución de la parte experimental del proyecto tuvo una duración de 15 meses, se realizó desde el mes de setiembre del 2011 el mes de enero del 2013.
c) Cuantitativo: Para la realización del trabajo de investigación se usó un total de 20 Kg de ají jalapeño los cuáles fueron divididos de forma equitativa según el objetivo del trabajo de investigación.
24 CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1. Antecedentes de la investigación
En el ámbito internacional, nacional y local existen antecedentes de investigaciones recientes y relacionadas sobre este trabajo de investigación que a continuación son mencionados, todos ellos sirvieron de base y orientación para la culminación del presente trabajo de investigación:
En el trabajo de investigación sobre la Determinación de las Características Reológicas de Puré de papa amarilla (Solanum Tuberosum) con Lactosuero, realizado por Cuchula, en el 2011. Se determinó las características reológicas del puré de papa (Solanum tuberosum L.) enriquecida con lactosuero, en relación al porcentaje de suero utilizado para su elaboración. La obtención de modelos reológicos para el puré de papa con lactosuero se realizó con el fin de predecir los efectos de la velocidad de corte y la temperatura en la viscosidad del puré. La experimentación se llevó a cabo en un Viscosímetro rotatorio, marca BROOKFIELD DV II + Pro y los datos de viscosidad obtenidos se ajustaron al modelo de OSTWALD-DE WAELE que obedece la Ley de Potencia. El puré de papa con lactosuero presento un comportamiento característico de disminución de la viscosidad al aumentar la velocidad
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de corte característica de un fluido No Newtoniano de tipo pseudoplástico sin umbral de fluencia, las curvas se analizaron a través de la ley de la potencia donde el índice de comportamiento reológico se encuentra entre 0 y 1 lo cual indica un comportamiento pseudoplástico.
En la investigación sobre la Evaluación de las Propiedades Fisicoquímicas y Reológicas de una Salsa Picante y su Estabilidad durante el Almacenamiento, realizado por Chávez en el 2010, se seleccionaron cuatro marcas comerciales de salsas picantes tipo
“Bontanera” para obtener parámetros de análisis de la salsa a desarrollar, los valores de acidez en las salsas comerciales fueron mayores a los establecidos por las BPM con respecto al ácido acético.
Se elaboraron dos grupos de sistemas, el primero consistió en doce sistemas con distintos niveles de goma xantana (0; 0,2; 0,4 Y 0,6 % P/P) y de benzoato de sodio (0; 0,01 y 0,05 % P/P). A este grupo de sistemas se les midió la densidad, la humedad, actividad de agua, pH, color separación de fases, propiedades de flujo y se les realizo análisis microbiológico. Se observó que la concentración de goma xantana tiene un efecto significativo sobre la actividad de agua, separación de fases y propiedades de flujo; y que el benzoato de sodio tiene un efecto significativo sobre la humedad. Se obtuvieron comportamientos pseudoplásticos para las concentraciones de 0,2 y 0.4 % de goma. Para las salsas con 0,6 % se observó un comportamiento Plástico – Pseudoplástico, debido a la elevada concentración de goma xantana.
Martínez en el 2002, evaluó la Caracterización del Comportamiento Reológico de Sopa Crema Orientada al Control de la Calidad, teniendo como objetivo describir el comportamiento reológico de cremas de arvejas y lentejas con la finalidad de establecer nuevas
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especificaciones para el control de calidad del alimento estudiado. Se utilizó el viscosímetro rotacional Visco Star R de Fungilab S.A. y un sistema termorregulador a 60±1ºC. Se analizaron muestras de distintas fechas de elaboración, las que fueron reconstituidas en una proporción de 50g de polvo sobre 200ml de agua destilada recién hervida. El producto fue sometido a un tiempo de reposo de 50min previo a las mediciones de viscosidad newtoniana equivalente, y luego a un período de 10min con husillo girando a 50rpm para asegurar lecturas independientes del tiempo de rotación. Se determinó que el fluido en estudio es pseudoplástico y se empleó el método MITSCHKA para calcular el esfuerzo de corte (Ƭ) y la relación de deformación (), lo que permitió encontrar por procedimiento de regresión, las constantes reológicas fundamentales, K y n, con un programa computacional especialmente diseñado para ello.
Bugueño, González, Albors y Bastías en el 2000, evaluaron la Caracterización Reológica de Salsa Elaborada a Partir de Subproductos Cárnicos, las medidas reológicas se realizaron mediante un reómetro de cilindros concéntricos en el intervalo de gradientes de velocidad 0 - 300 s-1 y a las temperaturas de 5, 20, 35 y 50 °C. Los resultados obtenidos mostraron que la salsa formulada tiene características de fluido pseudoplástico. El fluido mostró un ligero comportamiento tixotrópico a temperaturas superiores a 20° C. Para la caracterización reológica de la salsa se utilizó el modelo de Oswalt de Waele o ley de la potencia. Los resultados del ajuste dieron valores del índice de comportamiento al flujo (n) típico de fluidos pseudoplásticos (n<1) y valores de consistencia (K) similares a las encontrados en la bibliografía para disoluciones de almidones a una concentración del 4- 5%. Para analizar la influencia de la temperatura sobre las
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características reológicas de la salsa, se ajustaron los valores de consistencia K al modelo de Arrhenius, ya que el índice de comportamiento al flujo n fue constante en el rango de temperaturas estudiadas (5-50°C). Ambos modelos utilizados (Oswalt y Arrhenius) mostraron una buena correlación con los datos experimentales.
2.2. Bases Teorías
2.2.1. Generalidades, características botánicas, agronómicas y nutricionales del Cultivo del Ají Jalapeño (Capsicum annuum)
a. Generalidades del Ají Jalapeño (Capsicum annuum)
El ají jalapeño pertenece a la familia Solacenaceae, es una planta anual, semiherbácea, cuyo centro de origen se encuentra en Jalapa – Veracruz – México esta variedad de chile es sensible a las temperaturas bajas, sin embargo prospera entre 0 - 2500 m.s.n.m. siempre y cuando esté libre de heladas.
El ají jalapeño comprende de cuatro partes principales que son: el pericarpio, placenta, semillas y tallo. El pericarpio es la pared del fruto que conforma aproximadamente el 38% del Capsicum, en él se distinguen 3 capas: el exocarpio es la capa externa, delgada y poco endurecida, el mesocarpio es una capa intermedia y carnosa y el endocarpio que es la capa interior y de consistencia poco leñosa.
En promedio, la placenta comprende el 2% del chile, 56% de semillas y un 4% de tallos. La propiedad que separa al género
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Capsicum de otros grupos vegetales, es un grupo de alcaloides denominados capsicinoides. En particular, una sustancia cristalina excepcionalmente potente y acre, que no existe en ninguna otra planta es la capsicina, y es la principal fuente de acritud y pungencia en el ají jalapeño (Nuez, Gil &
Costa 1996).
Figura 1: Partes del Ají Jalapeño, adaptada de “El cultivo de pimientos, chiles y ajíes” [Nuez et al., 1996]
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Nuez et al. (1996), define a las características de ají jalapeño (Capsicum annuum) por la:
Forma: es un fruto cónico alargado.
Tamaño: mide en promedio de 6 cm de largo por 2,5 cm de ancho.
Color: inmaduro tiende a un color verde intenso y brillante, maduro toma un color rojo intenso.
Sabor: por el contenido de capsaicinoides tiene un sabor pungente (picante).
Esta planta de cultivo se ha extendido por todo el mundo generalmente se suele comercializar en diferentes colores:
verde, rojo y amarillo. Dentro de esta especie se pueden encontrar numerosas variedades, generadas por diferencias en el clima, las condiciones del suelo, etc.
Dentro de las variedades o híbridos más populares del ají jalapeño, podemos encontrar: H. Mitla, H. Grande, H. Tula, H.
Jalapeño - Delicias, H. VTR-7, H. Delicias, H. Dulce, Típico 1, Típico 2, Jalapeño M y Tam Veracruz (Lujan & Acostas, 2000).
b. Características Botánicas
El ají jalapeño es una planta semiherbácea, pertenece a la familia Solacenaceae, que alcanza entre alcanza entre los 0,5 y 1,5 metros de altura, sus flores son blancas y los frutos pueden variar de color dependiendo del grado de madurez en el que se encuentren; incluso algunas variedades suelen
30
comerse cuando el fruto está aún inmaduro como es el caso del ají jalapeño.
Crece bien en alturas inferiores de los 2 500 m.s.n.m., en zonas de clima cálido y seco con temperaturas medias de 25 a 28ºC, con una precipitación anual de más de 1000 mm y una estación seca marcada. No es exigente en cuanto a suelos.
El ají es sensible a las temperaturas bajas, sin embargo prospera entre 0 - 2500 m.s.n.m. siempre y cuando esté libre de heladas. Una condición óptima es la de 21 - 24°C, siempre evitando temperaturas inferiores a los 18°C condición con la que se inicia la detención del crecimiento (Galván &
Rodríguez, 2011).
Tabla 1
Características Botánicas del Ají Jalapeño
Nota: Tabla adaptada de “El cultivo de pimientos y ajíes”
[Nuez et al., 1996].
CARACTERÍSTICA DESCRIPCIÓN
Reino Plantae
División Magnoliophyta
Clase Magnoliopsida
Orden Solanales
Familia Solacenaceae
Género Capsicum
Especie C. annuum
31 c. Características Agronómicas
Berzoza y Aldaba (2011), menciona algunas características agronómicas del ají jalapeño.
Fenología: arbusto de 0.5 a 1,5 m de altura, el tallo es erguido, ramoso y liso. Las hojas son simples, alternas, generalmente aovadas, enteras, lisas, lustrosas, breve o largamente pecioladas, de 5 a 12 cm de largo.
Flores: Las flores son hermafroditas, axilares, solitarias, pedunculadas, actinomorfas, gamopétalas rotadas subrotadas, blancas, verdosas o purpúreas; el cáliz es corto, generalmente pentalobulado; la corola está constituida por cinco pétalos soldados que pueden distinguirse por los cinco lóbulos periféricos; el androceo consta de cinco estambres cortos insertos en la garganta de la corola; el ovario es súpero, bilocular o tetralocular, con los lóculos pluviovulados, y está superpuesto por un estilo simple.
Semillas: sus semillas son reniformes pequeñas, las cuales, junto con las placentas (venas) que las unen a la pared del fruto, contienen en mayor proporción la oleorresina o sustancia picante llamada capsaicina.
Frutos: El fruto de esta variedad se hace curvo cuando se acerca a la madurez; el color verde de este fruto se debe a la alta cantidad de clorofila acumulada. Los frutos maduros toman color rojo o amarillo debido a pigmentos (licopercisina, xantofila y caroteno).
32
Datos generales acerca del cultivo de ají jalapeño
Berzoza y Aldaba (2011), menciona las condiciones más favorables para el cultivo de ají jalapeño son las siguientes:
Este cultivo se adapta desde los 0 – 2500 m.s.n.m, con un clima de 21 – 24°C, con suelos profundos, francos y arenosos, con un pH de 6,5 – 7, el tipo de siembra es semillero (1 cm de profundidad y 2 por sitio).
Los días de germinación se da desde los 7 – 9 día, los días de trasplante son de 35 días.
La distancia de siembra entre plantas por 60 cm y entre surcos por 80 cm, el tiempo de cosecha se da después de 120 días.
d. Composición Químico Proximal del ají jalapeño
El ají jalapeño es rico en capsaicinoides, sustancia cristalina excepcionalmente potente y acre, que no existe en ninguna otra planta y es la principal fuente de acritud y pungencia en el ají jalapeño (Sukrasno & Yeoman, 1993).
Además del este capsaicinoides, el ají jalapeño contiene:
agua, carbohidratos, proteínas, grasas, fibra, vitaminas A, B1, B2, B5, B12, potasio, sodio y yodo (Wachtel, 1999).
33 Tabla 2
Composición nutritiva de ají jalapeño crudo (Capsicum annum L.v.) y chilpotle (Capsicum annum L. dulce Hort.
Jalapeño Jalapeño Chilpotle Nutriente unidad 100 gr 1 chile 100gr
Humedad g 82.89 13.05
Cenizas g 0.45 6.21
Proteínas g 1.215 0.189 14.40
Carbohidratos g 5.319 0.827 42.03
Fibra g 2.520 0.392 8.64
Ácido ascórbico mg 67.68 21.78
Extracto etéreo g 0.117 5.67
Aminoácidos
Triptófano g 0.015 0.002
Lisina g 0.055 0.009
Felinanina g 0.38 0.006
Nota: Tabla adaptada de “Cultivo de Ajíes” [Boruges, Morales, Escobedo & Camacho, 1996.]
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Según Ríos (2000), el ají jalapeño pertenece a, la variedad de Capsicum annum L.v, está compuesto de un 74.3% de agua, el contenido de proteína es de 2.3% y el de carbohidratos es de 15.8% además de vitaminas y minerales. La época de cosecha es todo el año al igual que el de su siembra, es rico en capsaicina, el cual es el ingrediente que determina el grado de coloración en el ají.
Tabla 3
Composición química proximal del ají jalapeño en base a 100gr.
Componente Unidad (1) (2)
Mín. Máx.
Agua g 20.7 gr. 93.1 gr.
Calorías g 55 23 233
Proteínas g 2.3 0.8 6.7
Grasas g 0.5 0.3 0.8
Fibra g 1.4 23.2
Cenizas g 0.6 7.1
Carbohidratos g 15.8 5.3 63.8
Ca mg 22 7.0 116.0
P mg 20 31.0 200.0
Fe mg 0.9 1.3 15.1
Caroteno mg 0.03 25.2
Tiamina mg 0.03 0.03 1.09
Rivoflavina mg 0.02 0.07 1.73 mg
Niacina mg 0.5 0.75 3.30 mg
Vitamina C mg 8.5 14.4 157.5 mg
Capsicina mg 150 335
Nota: (1) Tabla adaptada de “Características y Composición de Ajíes” [Surge, 1998]. (2) Tabla adaptada del Departamento de Nutrición del Ministerio de Salud del Perú (1978).
35 Capsaicinoides
Son compuestos orgánicos de la familia de los alcaloides, los cuales son químicos de origen natural con un grupo funcional nitrogenado básico que se encuentra principalmente en las plantas. Se divide en cinco principales compuestos; capsicina, dihidrocapsicina, nordihidrocapsicina, homocapsicina y homodihidrocapsicina los cuales son los causantes del sabor pungente o picor en el ají (Cazares S. et al., 2005).
Tabla 4
Principales Capsaicinoides encontrados en Capsicum
Nota: Tabla adaptada de “Capsaicinoides” [Henninge, 2008].
e. Características fisicoquímicas del Ají jalapeño
La calidad y seguridad de los alimentos depende de los esfuerzos de todos los que participan en la compleja cadena
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de la producción, procesamiento, transporte, producción y consumo de los alimentos. Pero los alimentos se alteran también por procesos no vitales. Entre las causas de esto pueden citarse: los excesos de temperatura, la humedad, la luz, el oxígeno o simplemente el tiempo.
Todos estos factores provocan diversos cambios físicos y químicos, que se manifiestan por alteraciones del color, olor, sabor, consistencia o textura de los alimentos. Principalmente sucede en productos hortícolas que son procesados como los chiles (Capsicum).
Por esto es importante conocer estos parámetros que influyen en la calidad del chile (Lang, Yanagua, Sasanuma &
Sasakuma, 2004).
Tabla 5
Características Fisicoquímicas del Ají Jalapeño pH °Brix % Acidez Ají
maduro 5.53 8.1 0.31
Ají
sazón 6.51 3.05 0.15
Nota: Tabla adaptada de “Evaluación de la calidad en la industrialización del ají” [Lang, 2004].
f. Usos del Ají Jalapeño
La quinta parte de la producción ajíes se procesa en forma de salsas picantes y ajíes enlatados o en polvo. También se ha
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visto un desarrollo importante en la fabricación de oleorresinas, o extractos solubles de especias, utilizado en la industria alimenticia para la preparación de carnes frías, como chorizos, mortadelas, salchichas, jamones y muchas más.
La oleorresina capsicum, hechas con base en ajíes secos picantes, como el del árbol, por ejemplo se emplea para agregar un picor sutil a los alimentos, o bien como complemento de otros sabores para hacerlos más agradables Las industrias involucradas en el procesamiento de los ajíes son muy variadas tales como deshidratación de ajíes, elaboración de ají chipotle, elaboración de ají en salmuera, en escabeche y encurtidos, elaboración de salsas, obtención de oleorresinas, aceites esenciales y pigmentos
2.2.2. SALSA DE AJÍ
Las salsas picantes se pueden definir como un producto fluido, a base de ají y especias, las cuales pueden ser añadidas a los alimentos para condimentar, dar mejor apariencia y textura a los alimentos (Martínez & Rivera, 2006).
La salsa de ají es el producto destinado a ser utilizado como aliño y condimento; elaborado a partir de la parte comestible de materias primas limpias y en buenas condiciones, que se mezclan y elaboran para obtener la calidad y características deseadas; tratado térmicamente de manera apropiada antes o después de haber sido cerrado herméticamente en un envase para evitar su deterioro (Codex Stan 306R-2011).
38
Par dar consistencia a un salsa de ají se usan emulsificantes, tales como pectina, keltrol, CMS y gomas tales como la gomas xantana.
Goma xantana
Está constituida por una estructura básica celulósica con ramificaciones de trisacáridos, y aun cuando no sea una agente gelificante, en combinación con la goma locuste puede formar geles elásticos y termorreversibles. Es completamente soluble en agua fría o caliente y produce elevadas viscosidades en bajas concentraciones, además de poseer una excelente estabilidad al calor y pH, pues la viscosidad de sus soluciones no cambia entre 0 y 100ºC y 1 a 13 de pH; y, es utilizada en muchos productos como espesante, estabilizante y agente para mantener suspensiones (Sanderson & Glicksman, 1983).
Productos Químicos Sydney (2000), menciona las características, beneficios y aplicaciones más importantes de la goma xantana.
Características más importantes:
Imparte a las soluciones altas viscosidades a bajas concentraciones de goma.
Tiene un perfil reológico pseudoplástico (por ejemplo es delgado después del mezclado).
Muestra poco cambio en la viscosidad de la solución en un amplio rango de temperaturas.
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Es compatible y estable en soluciones conteniendo altas concentraciones de sal.
Soluble y estable tanto en condiciones ácidas como alcalinas.
Muestra un efecto cinergético en el incremento en viscosidad cuando se usa combinada con goma guar y goma de algarrobo.
Fluye libremente, tiene baja formación de polvos, permite una dispersabilidad mejorada en comparación con la Goma xantana estándar.
Beneficios:
Provee excelente suspensión para sólidos insolubles y gotas de aceite y una estabilidad al congelamiento y/o deshielo.
Exhibe baja viscosidad mientras está en proceso (por ejemplo en bombeo)
La viscosidad se recupera totalmente después de la dispersión por el esfuerzo cortante.
Reduce la exposición al polvo, lo cual minimiza los equipos requeridos para el manejo de acuerdo con sus procedimientos de higiene industrial, los riesgos de manejo y mejora las condiciones generales de almacenamiento.
Aplicaciones típicas:
Salsas y aderezos.
Postres congelados e instantáneos.
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Preparaciones frutales y productos en polvo (pastelería)
A. Composición Química Proximal y Características Fisicoquímicas de la salsa de ají
En los procesos de obtención de pasta y deshidratado se ha visto que son afectados por factores fisicoquímicos, el cual afectan las propiedades del ají, viene siendo la temperatura.
Uno de los efectos más marcados es el color esto se refleja en la destrucción de los carotenoides que contiene estas materias primas (Lang et al, 2004).
Tabla 6
Composición Química Proximal y Características Fisicoquímicas de salsa del ají
Nota: Tabla adaptada de “Norma ITINTEC 209.238”
Componentes Cantidad
Sólidos solubles por lectura refractométrica a 20 °C, min
11%
Acidez total expresada como ácido acético en
% en masa, máximo.
9%
pH a 20 °C, máximo 3 – 4,5
Cenizas totales, máximo 2,5
Fibra cruda % (m/m), máximo 18%
Extracto seco 14 – 15 %
Cloruros 2 – 2,5 %
41 Tabla 7
Composición Química Proximal de dos Salsas de Ají Componentes Unidad (1) (2)
Carbohidratos g 2.30 5,9
Proteína g 1 1,0
Grasa g 0.4 0.7
Fibra g 21.60
Fibra dietética g 2,0
Vitamina A g 15
Vitamina C g 33
Fósforo g 0.5
Azúcares g 0,4
Sodio mg 780
Niacina 5%
Calorías Kcal 31 33,9
Nota: (1) Tabla adaptada de la Planta de Fruta Dorada ubicada en la ciudad de Manizales – México. (2) Tabla adaptada de “Artes Culinarias” [López, 2000]
Tabla 8
Características Fisicoquímicas de la Salsa de ají Jalapeño pH °Brix % Acidez Pasta
maduro 3.83 8.1 1.91
Pasta
sazón 4.42 3.05 1.91
Nota: Tabla adaptada de “Evaluación de la calidad en la industrialización del ají” [Lang, 2004].
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B. Formas de presentación de las Salsa
Codex Stan 306R-2011 clasificada a las salsas de ají según su presentación:
Salsa de ají con pulpa y pepitas trituradas juntas de forma homogénea.
Salsa de ají con pulpa y pepitas trituradas juntas de forma homogénea con la adición de partículas de pulpa, copos, trozos y pepitas de ají repartidas en la salsa.
Salsa de ají con pulpa y pepitas trituradas en capas separadas o mezcladas en la salsa.
Salsa de ají elaborada únicamente con pulpa o pulpa triturada o ambas.
C. Requisitos para la elaboración de salsa de ají
La norma ITINTEC 209.238, de la norma técnica nacional establece los siguientes requisitos para la elaboración de la salsa de ají.
Requisitos generales
La materia prima utilizada será de primera calidad con un máximo de defectuosos de 2%.
El producto de presentará libre de alteraciones producidas por microorganismos patógenos o cualquier otro agente
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biológico, químico o físico y estará exento de sustancias extrañas al producto.
La salsa de ají deberá elaborarse con ajíes maduros, sanos y limpios, libre de contaminantes por insectos y hongos.
Se utilizara sustancias conservadoras así como estabilizantes, emulsificantes y espesantes de acuerdo a lo descrito en la norma.
El porcentaje de llenado deberá ser mínimo de 95%.
No deberá presentar síntomas de rancidez, sabores, colores u olores que indica su descomposición.
El producto deberá estar libre de plaguicidas.
Se permitirá la adición de tomate y otros (jugos, salsa o concentrado), condimentos naturales, vinagre, edulcorantes naturales, sal y colorantes permitidos.
Requisitos organolépticos
Aspecto: podrá variar desde muy liquida a muy concentrada, de aspecto limpio y homogéneo, sin elementos constitutivos libres en suspensión.
Color: deberá ser homogéneo y característico del ingrediente.
Sabor: picante característico del producto.
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Consistencia: fluido
El producto envasado no deberá presentar un anillo de coloración más oscura en el cuello del envase.
Tabla 9
Sustancias Conservadoras
Nota: Tabla adaptada de “Norma ITENTEC 209.238”
Requisitos microbiológicos
La tabla 7 muestra los requerimientos microbiológicos para una salsa de ají.
Tabla 10
Requerimientos Microbiológicos para la Salsa de Ají
Tipos de microorganismos n m M C Aerobios mesófilos viables 5 102 106 2
E. coli 5 10 103 2
Hongos y levaduras 5 10 104 2
Salmonella 5 0 - 0
Nota: Tabla adaptada de “Norma ITENTEC 209.238”
Sustancias Conservadoras Cantidad Benzoato de sodio, máximo 0,1%
Sorbato de potasio, máximo 0,125%
Combinación de ambos 0,125%
45 Envase y Rotulado Envase
Deberá ser de vidrio o de material que proteja el producto de la contaminación ambiental, que sea inerte a la acción del contenido y que no comunique a éste sabores extraños.
Deberá ser impermeable al aceite y al agua.
El contenido del envase será como mínimo el 95% del peso total neto declarado
Rotulado
Deberá cumplir con lo establecido en la Norma ITINTEC 209.038 indicándose especialmente:
Nombre del producto
La frase “Producto Peruano”
Peso Neto
El contenido de los ingredientes en forma decreciente en proporción.
Registro y autorización sanitaria.
Fecha de producción y expiración.
Dirección del fabricante.
46 D. Componentes de la salsa
Las salsas típicamente son multifásicos. Martínez y Rivera (2006) citan que las salsas se pueden dividir según el tamaño de partícula en homogéneas (< 1 mm) o heterogenias (>
1mm). La fase continua puede ser agua o una solución de macromoléculas en agua, las cuales pueden incluir gomas o polisacáridos así como sales, ácidos orgánicos mientras que la fase dispersa puede ser partículas del mismo ají, semillas u otros componentes de las especies añadidas.
Sistemas Multifásicos
Dado a que las salsas son típicamente sistemas multi fase es importante considerar las interacciones que existen entre los componentes que las conforman y el tipo de sistema que se forma al elaborar este tipo de alimento para poder estudiar sus propiedades fisicoquímicas, de flujo y de estabilidad (Martínez
& Rivera, 2006).
Por ello es importante estudiar el comportamiento reológico de la salsa.
2.2.3. REOLOGÍA
Alvarado (1994) menciona que, se atribuye el uso de la palabra reología al Profesor Crawford, quien la utilizó para definir a la ciencia del flujo. En el momento actual se acepta que la reología es la ciencia dedicada al estudio de la deformación y el flujo; su desarrollo, en especial durante los últimos años, es notorio.
47
Leonardi et al. (2001) mencionado por Da Silva (2005) indican que, el termino reología proviene de la palabra griega rhe (flujo) y logos (ciencia), fue sugerido por Binghan y Crawford para describir las deformaciones de los sólidos y la fluidez en líquidos.
La reología es una ciencia que surgió a los inicios del siglo XX y tiene como objetivo estudiar la deformación y movimiento de los materiales.
La reología es la ciencia de la deformación de la materia y del flujo de fluidos. Cuando se aplica una fuerza sobre un fluido se produce un flujo.
Cuando esta fuerza deja de aplicarse, el fluido no regresa a su estado original, ocurre una deformación irreversible. La respuesta de un sólido a una fuerza aplicada depende si esta muestra un comportamiento elástico o plástico. Cuando la fuerza deja de aplicarse este regresa a su estado original, produciéndose una deformación reversible (Sherman, 1970).
Mouquet (1995) define a la reología como la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos. Su estado es esencial en muchas industrias, incluyendo a la de plásticos, pinturas, alimentos, tintas de impresión, detergentes o aceites lubricantes.
White (1970) menciona que, la reología de los alimentos ha sido definida como el estudio de la deformación y flujo de las materias sin procesar, productos intermedios o semielaborados, y productos finales de la industria alimentaria.
48
En la reología el esfuerzo y el corte son de dos variables físicas que deben considerarse cuando un material se deforma como consecuencia de las fuerzas aplicadas. El corte representa un cambio el longitud con respecto a la dimensión original, mientras que el esfuerzo relaciona la magnitud de una fuerza ejercida en una superficie y puede ser compresiva, tensil o cortante, dependiendo de cómo sea aplicado y le corte resultante define sus propiedades reológicas (Da Silva, 2005).
Herminia (2000) explica que, el hecho de estudiar el comportamiento de fluidos mediante curvas esfuerzo – deformación, implica su inclusión dentro de una rama de la física que se ocupa de la mecánica de los cuerpos deformables, rama que se conoce con el nombre de Reología. Con carácter general, los cuerpos deformables presentan dos comportamientos extremos que son elásticos y el viscoso , entre los cuales pueden existir una gama muy amplia vulgarmente conocida como comportamiento plástico, con identidad propia o como una combinación de los comportamientos elástico y viscoso.
Representado en un diagrama los valores del esfuerzo frente a la deformación, se pueden establecer curvas características.
A. Propiedades reológicas de los alimentos
Ramírez (2006) indica que, varias son las razones para determinar las propiedades reológicas. Son básicas en la ingeniería de procesos para el diseño de plantas, en el cálculo de requerimientos de bombeo; para establecer las dimensiones de tuberías y válvulas; para realizar mezclas;
además, se utilizan en el cálculo de operaciones básicas con
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transferencia de calor, masa y cantidad de movimiento.
También se aprovechan para control instrumental de calidad del material crudo previo al procesamiento, de productos intermedios durante la manufactura y de los productos finales después de la producción.
Sirven para evaluar la calidad preferida por el consumo por medio de correlaciones entre las medidas reológicas y pruebas sensoriales. Permiten elucidar la estructura o composición de alimentos y analizar los cambios estructurales que ocurren en el proceso.
Barbosa-Cánovas, Ibarz y Peleg (1993) menciona que los alimentos se presentan en una gran variedad de formas, tales como sólidos, líquidos y semilíquidos. Algunos alimentos, entre los que se encuentran los helados y las grasas, son sólidos a una temperatura y líquidos a otra. Otros son suspensiones (mermeladas, zumos, salsas y purés o cremogenados de frutas), o emulsiones como la leche. Debido a esta amplia variación en su estructura, el comportamiento al flujo de los alimentos fluidos presenta una amplia gama de modelos que van desde el simple newtoniano a los no newtonianos dependientes del tiempo y los viscoelásticos Los numerosos estudios reológicos realizados en alimentos que se encuentran en la bibliografía confirman la gran diversidad de comportamientos al flujo que pueden presentar.
Todo ello hace necesario un análisis crítico de los fenómenos subrayados bajo una variedad de condiciones de flujo y
50
establecer las relaciones entre estructura y el comportamiento al flujo.
Rha (1978) aclara que el tamaño o volumen, la forma, la concentración y la interacción de las partículas son parámetros básicos que afectan a las propiedades reológicas de cualquier sistema, una pasta o un gel. Sin embargo, el rango de operaciones de cada uno de los parámetros básicos es diferente para cada uno de los sistemas. De hecho, no son estos parámetros por si mismos los que controlan las propiedades de flujo, sino las interacciones entre ellos.
Kokini (1992) indica que, el comportamiento reológico de un fluido alimentario puede describirse según distintas ecuaciones que relacionan el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación.
En la literatura existen muchos modelos para describir este comportamiento, sin embargo son varios los autores que coinciden al afirmar que uno de los modelos más comúnmente usados y de aplicación general para ajustar los datos experimentales y expresar cuantitativamente el comportamiento al fluido de los fluidos inelásticos independientes del tiempo es el modelo propuesto por Herschel y Bulkley.
B. Clasificación reológico de los fluidos
Streeter (1996) menciona que, un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar cuan pequeño sea este
51
esfuerzo. De las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere mayor atención en el cuidado del flujo de un fluido.
La viscosidad es una propiedad de un fluido que describe la medida de resistencia debido a fuerzas cizallantes dentro del fluido (Sharma, Mulvaney & Rizvi, 2000).
La viscosidad es considerada uno de los principales parámetros reológicos que mide la resistencia de un fluido cuando es sometido a una tasa de deformación aplicada. El comportamiento de un alimento durante el procesamiento puede variar significativamente porque la consistencia y la composición del material pueden ser alterados en diversas etapas del proceso: enfriamiento, calentamiento, fermentación, homogenización, cristalización, etc. contribuyendo por lo tanto en la modificación de la viscosidad (Lewis, 1993).
Ramírez (2006) asegura que, existen tres tipos de fluidos:
Newtonianos (proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación), No Newtonianos (no hay proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación) y los viscoelásticos (se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos).
b.1. Fluidos Newtonianos y No Newtonianos
El comportamiento reológico de los fluidos está dividido en newtonianos y no newtonianos, que dependen de la relación que dependen de la relación que presentan entre la tensión de cizallamiento y la tasa de deformación aplicada (Barboza – Cánovas et al., 1993).
52
Esta relación fue establecida por Newton en 1687 y representada por la siguiente ecuación.
Ecuación (1)
= Esfuerzo cortante o tensión de cizallamiento (Pa)
= Viscosidad (Pa-s)
= Velocidad de deformación o tasa deformación (s-1) Los fluidos newtonianos se caracterizan por presentar una relación lineal entre la tensión de cizallamiento y la tasa de deformación aplicada dependiendo apenas de la temperatura y la composición del fluido.Los fluidos no newtonianos presentan una relación no lineal entre la tensión de cizallamiento y la tasa de deformación aplicada y pueden presentar dependencia o independencia del tiempo.
Determinación de los parámetros reológicos del fluido no newtoniano
Los parámetros reológicos del fluido de prueba no newtonianos se calculan a partir de los datos de la relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte generados con un viscosímetro de cilindros coaxiales, como los viscosímetros BROOKFIELD LV, RV o DV o el Haake Rotavisco serie RV.
53
Los viscosímetros rotacionales permiten medidas continuas del esfuerzo cortante para una velocidad de corte dada en periodos de tiempos prolongados, permitiendo determinaciones tanto si existe o no dependencia del tiempo.
Representando en un diagrama los valores del esfuerzo frente a la deformación, se puede establecer las curvas características del flujo viscoso de un fluido (Hermida &
Ramón, 2000).
Figura 2. Esfuerzo cortante frente a gradiente de velocidad para fluidos newtonianos y no newtonianos, figura adaptada de
“Operaciones unitarias en ingeniería” [Mc Cabe, Smith &
Harriott, 1991].
En los fluidos no newtonianos la viscosidad es sustituida por la viscosidad aparente que está en función de la gradiente de la velocidad. (Vidal, 2000).
54
Ecuación (2)
ɳ
apViscosidad Aparente (Pa-s)= Tasa de cizallamiento (s-1)
= tensión de cizallamiento (Pa)
Figura 3. Clasificación de fluidos según el comportamiento reológico,
“Propiedades reológicas de alimentos fluidos” [Barbosa-Cánovas et al., 1993].
ɳ
ap
55
b.2. Fluidos independientes del tiempo
Los fluidos independientes del tiempo se han clasificado con tres categorías o grupos: plásticos, pseudoplásticos y dilatantes, y se caracterizan por que la viscosidad aparente solo depende de la temperatura, de la composición del fluido y del esfuerzo o gradiente de la velocidad aplicado, pero nunca del tiempo de aplicación de este último.
Fluidos plásticos
Lewis (1993) menciona que, los fluidos plásticos son aquellos que no influyen hasta que son sometidos a un esfuerzo cortante limite determinado, llamado esfuerzo de deformación plástica, umbral de fluencia o límite de fluencia,
En el caso de los fluidos plásticos de Bingham, una vez que supera el valor del umbral de fluencia, la velocidad de deformación es proporcional al esfuerzo, como en el caso de los fluidos newtonianos.El producto plástico ideal es el descrito por el modelo de Bingham (Vidal, 2000):
ɳ
pl
Ecuación (3)Donde
es el umbral de fluencia yɳ
pl es la viscosidad plástica.Según Rha (1978), el umbral de fluencia puede ser consecuencia de un entrelazado de moléculas y
56
partículas debido a su gran tamaño, ramificaciones o forma irregular.
También puede ser debida a la formación de redes provocadas por interacciones entre moléculas o partículas.
El modelo de Bingham has sido utilizado por algunos autores para describir el comportamiento reológico de pastas o salsas, suero de puré de albaricoque a gradientes de deformación bajos, geles de pectina y algunos zumos naturales de manzana.
Fluidos pseudoplásticos
En este grupo se encuentran la mayoría de los fluidos de comportamiento no newtoniano. Son fluidos independientes del tiempo, sin tensión residual, que comienzas a fluir a tensiones des cizallamiento infinitesimal (Vidal, 2000).
Sharma
![Figura 1: Partes del Ají Jalapeño, adaptada de “El cultivo de pimientos, chiles y ajíes” [Nuez et al., 1996]](https://thumb-us.123doks.com/thumbv2/123dok_es/12569800.0/28.918.290.805.375.850/figura-partes-jalapeño-adaptada-cultivo-pimientos-chiles-ajíes.webp)
