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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL
DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO
EN EL TOMATE DE ÁRBOL (Solanum betaceum)
TRABAJO DESCRIPTIVO
PRODUCCIÓN Y DESARROLLO AGROINDUSTRIAL
Trabajo de titulación presentado como requisito para la
obtención del título de
INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL
AUTOR
TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL
TUTOR
MARÍN MOROCHO KARINA MARISABEL
GUAYAQUIL – ECUADOR
2020
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Ing. MARÍN MOROCHO KARINA MARISABEL, MSc., docente de la
Universidad Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente
trabajo de titulación: DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE
QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO EN EL TOMATE DE
ÁRBOL (Solanum Betaceum), realizado por la estudiante TELLO ROSALES
CAROLINA ISABEL; con cédula de identidad N°095387424-5 de la carrera
INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL, Unidad Académica
Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y cumple con los
requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se
aprueba la presentación del mismo.
Atentamente, Firma del Tutor Guayaquil, 17 de Septiembre del 2020.
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN
Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como
miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de
titulación: “DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE QUITOSANO,
CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO EN EL TOMATE DE ÁRBOL (Solanum
Betaceum)”, realizado por la estudiante TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL, el
mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del
Ecuador.
Atentamente,
Dra. Emma Jácome Murillo, M.Sc. PRESIDENTE
Ing. Nadia Cadena Iturralde, M.Sc. Ing. Ana Campuzano Vera, M.Sc.
EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL
Ing. Karina Marín Morocho, M.Sc. EXAMINADOR SUPLENTE
Guayaquil, 14 de Octubre del 2020
4
Dedicatoria
El presente trabajo de investigación está dedicado a
mis padres, Isabel Yessenia Rosales Cornejo y
Leandro Rigoberto Tello Loor por el apoyo
incondicional que me brindaron a lo largo de mi
carrera, impulsando alcanzar siempre lo que deseo.
A mi abuelo Leandro Istael Tello Benavides, aunque
ahora se encuentra descansando en un sueño
profundo, es siempre mi impulso para ir por aquello
que me propongo en mi vida y pensar que cada meta
que cumplo, él está conmigo gozando mis logros.
A mi amada Panchita por acompañarme en las largas
noches de estudio, su hermosa compañía ha sido
perfecta para mí durante todo este trayecto.
Por último a Dios por su inmenso amor fraterno,
incondicional que me ayuda a esforzarme y ser
valiente todos los días de mi vida.
5
Agradecimiento
Agradezco a Dios por ser mi fuerza divina,
impulsándome a conseguir lo que anhelo con
perseverancia y disciplina. A mis amados padres,
abuelos, mi admiración infinita por ser ejemplos para
mi vida en resiliencia y paciencia, sus palabras de
ánimos nunca me faltaron en el trayecto de mi carrera
universitaria, recalcando: ¡Tú puedes lograrlo!
Durante los 5 años de estudio logré encontrar
amistades de tenacidad, quiero exaltar a mis amigos:
Nayin Olvera García, Omar Ruiz Oyola, Linda Peralta
Bustamante, Alison Ponce Gómez, José Granados
Díaz, Karen Caicedo Simisterra, sus palabras de
ánimos durante este trayecto estudiantil fueron gratos
para mí. Aunque el destino sea incierto, el éxito,
nobleza, pasión sean los que perduren en sus vidas.
A mi tutora de tesis Karina Marín Morocho por su
paciencia, pasión, compromiso, y orientación
brindada para lograr la finalización de esta
investigación.
A todos los docentes que lograron ser parte de mi
crecimiento estudiantil de la carrera Ingeniería
Agrícola Mención Agroindustrial. La excelencia y
responsabilidad han marcado sus enseñanzas en mi
vida. ¡Infinitas gracias!
6
Autorización de Autoría Intelectual
Yo TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL, en calidad de autora del proyecto
realizado, sobre “DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE
QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACACO” para optar el título de
INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL, por la presente autorizo
a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos
que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente
académicos o de investigación.
Los derechos que como autora me correspondan, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Guayaquil, 14 de Octubre de 2020.
…………………………………………….
TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL
C.I. 095387424-5
7
Índice general
PORTADA…………………………………………………………………………………1
APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. 2
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ........................................ 3
Dedicatoria ............................................................................................................ 4
Agradecimiento .................................................................................................... 5
Autorización de Autoría Intelectual .................................................................... 6
Índice general ....................................................................................................... 7
Índice de tablas .................................................................................................. 11
Índice de figuras ................................................................................................. 13
Resumen ............................................................................................................. 16
Abstract ............................................................................................................... 17
1. Introducción .................................................................................................... 18
1.1 Antecedentes del problema ......................................................................... 18
1.2 Planteamiento y formulación del problema ............................................... 19
1.2.1 Planteamiento del problema ................................................................ 19
1.2.2 Formulación del problema ................................................................... 20
1.3 Justificación de la investigación ................................................................ 20
1.4 Delimitación de la investigación ................................................................. 21
1.5 Objetivo general ........................................................................................... 21
1.6 Objetivos específicos................................................................................... 21
2. Marco teórico .................................................................................................. 23
2.1 Estado del arte .............................................................................................. 23
2.2.6.2. Tomate de árbol (Solanum betaceum) ............................................ 32
2.2.6.3. Producción en el Ecuador ................................................................ 32
8
2.2.6.5. Usos ................................................................................................... 34
3. Materiales y métodos ..................................................................................... 38
3.1 Enfoque de la investigación ........................................................................ 38
3.1.1 Tipo de investigación ............................................................................ 38
3.1.2 Diseño de investigación ....................................................................... 38
3.2.1 Variables ................................................................................................ 38
3.2.1.1. Variable independiente ..................................................................... 38
3.2.1.2. Variable dependiente ........................................................................ 39
3.2.2 Tratamientos .......................................................................................... 39
3.2.3 Diseño experimental ............................................................................. 39
3.2.4 Recolección de datos ........................................................................... 39
3.2.4.1. Métodos y técnicas ........................................................................... 42
3.2.4.1.1. Normativa de Codex alimentarius..................................................... 45
3.2.4.1.2. Método para ensayo de las propiedades mecánica de tracción ISO
527 - 2…………...………………………………………………………………….....45
3.2.4.1.3. Método ASTM D882 para ensayo de materiales plásticos ............... 46
3.2.4.1.4. Temperatura de transición vítrea (Tg) ............................................. 46
3.2.4.1.5. Microscopía electrónica de barrido ................................................... 46
3.2.5 Análisis estadístico ............................................................................... 47
4. Resultados ...................................................................................................... 48
4.1 Elaboración de la película comestible con tres tratamientos en
proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao
aplicado al tomate de árbol (Solanum betaceum)………………………………. 48
4.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero. .......................................... 49
4.1.1.1. Cálculos en base a la relación del polímero. ...................................... 50
9
4.2 Evaluación del mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas
de tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de
árbol (Solanum betaceum) ................................................................................ 52
4.3 Ejecución del análisis de temperatura de transición vítrea y estructura
mediante microscopía electrónica de barrido al mejor tratamiento de
tracción…………………………………………………………………………………. 59
4.3.1 Micrografías de película comestible basada en el mejor tratamiento de
tracción (T3) ........................................................................................................ 62
4.4 Demostración del tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum
betaceum) con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a la
pérdida de peso y concentración de azúcares. ............................................... 63
4.4.1 Concentración de azúcares en el tomate de árbol ................................. 69
5. Discusión ........................................................................................................ 73
6. Conclusiones .................................................................................................. 77
7. Recomendaciones .......................................................................................... 79
8. Bibliografía ...................................................................................................... 81
9. Anexos ............................................................................................................ 89
9.1 Anexo 1. Normativa para la recepción del tomate de árbol ...................... 89
9.2 Anexo 2. Normativa para determinar sólidos solubles ............................. 94
9.3 Anexo 3. Proforma de los análisis realizados ............................................ 96
9.4 Anexo 4. Factura de los análisis realizados ............................................... 97
9.5 Anexo 5. Listado de materiales y precios .................................................. 98
9.6 Anexo 6. Procedimiento para la obtención de películas ........................... 99
9.7 Anexo 7. Aplicación de la película comestible al tomate de árbol (Solanum
betaceum). ........................................................................................................ 101
10
9.8 Anexo 8. Daños externos e internos en el tomate de árbol en condiciones
de almacenamiento a 4 °C sin la aplicación de la película comestible……. 103
11
Índice de tablas
Tabla 1. Característica del quitosano ............................................................... 29
Tabla 2. Composición química. ........................................................................ 31
Tabla 3. Taxonomía del Solanum betaceum. ................................................... 32
Tabla 4. Composición nutricional. .................................................................... 35
Tabla 5. Proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película
comestible. ....................................................................................................... 39
Tabla 6. Formulación efectuada en relación al polímero para el desarrollo de la
película comestible. .......................................................................................... 51
Tabla 7. Determinación del espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada
(mm) en las películas, respeto al tratamiento 1. ............................................... 52
Tabla 8. Propiedades mecánicas de la película con respecto a la formulación del
tratamiento 1. ................................................................................................... 53
Tabla 9. Valores de espesor (mm) en relación a la anchura (mm) y longitud
calibrada (mm) del tratamiento 2. ..................................................................... 55
Tabla 10. Propiedades mecánicas en base del tratamiento 2. ......................... 55
Tabla 11. Valores de espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en
las películas del tratamiento 3. ......................................................................... 57
Tabla 12. Propiedades mecánicas de las películas con respecto al tratamiento
3. ...................................................................................................................... 57
Tabla 13. Pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento. .............. 64
Tabla 14. Pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento. ............... 65
Tabla 15. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con
recubrimiento. .................................................................................................. 67
12
Tabla 16. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.
......................................................................................................................... 67
Tabla 17. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin
recubrimiento. .................................................................................................. 68
Tabla 18. Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento. ..................... 70
Tabla 19. Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento........................ 70
Tabla 20. Grados Brix en el tomate de árbol con y sin recubrimiento. ............. 71
Tabla 21. Tasación de artículos adquiridos para el desarrollo de la tesis ........ 98
13
Índice de figuras
Figura 1. Cera de abejas ...................................................................................... 29
Figura 2. Estructura general de la cera de abeja .................................................. 30
Figura 3. Distribución geográfica de la producción de tomate de árbol ................ 33
Figura 4. Fruto del tomate de árbol (Solanum betaceum) .................................... 34
Figura 5. Diagrama de proceso de la película comestible .................................... 42
Figura 6. Sistema de procesamiento computarizado, microscopía electrónica de
barrido .................................................................................................................. 47
Figura 7. Observación de las películas comestibles y composición utilizada para su
elaboración ........................................................................................................... 51
Figura 8. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 1 con respecto al
esfuerzo y deformación ........................................................................................ 54
Figura 9. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 2 con respecto al
esfuerzo y deformación ........................................................................................ 56
Figura 10. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 3 con respecto al
esfuerzo y deformación ........................................................................................ 58
Figura 11. Gráfica del análisis de temperatura de transición vítrea en relación al
mejor tratamiento de tracción (T3) ....................................................................... 60
Figura 12. Visualización de la estructura del mejor tratamiento (T3) en SEM ..... 62
Figura 13. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento
durante 15 días a 4 °C. ........................................................................................ 65
Figura 14. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento
durante 15 días a 4 °C ......................................................................................... 66
Figura 15. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin
recubrimiento durante 15 días a 4 °C ................................................................... 68
14
Figura 16. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento durante
15 días a 4 °C....................................................................................................... 70
Figura 17. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento durante
15 días a 4 °C....................................................................................................... 71
Figura 18. Grados Brix del tomate de árbol con y sin recubrimiento .................... 72
Figura 19. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 1 909:2009 .......................... 89
Figura 20. Índice de madurez para la recepción del tomate de árbol – NTE INEN 1
909:2009 .............................................................................................................. 93
Figura 21. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 380:1985 ............................. 94
Figura 22. Procedimiento para la medición de grados Brix – NTE INEN 380:1985
............................................................................................................................. 95
Figura 23. Valoración de los análisis (ensayo de tracción, transición vítrea y
microscopía electrónica de barrido) efectuados ................................................... 96
Figura 24. Total del dinero cancelado para la ejecución del análisis de tracción,
temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía
electrónica de barrido (SEM) ................................................................................ 97
Figura 25. Pesado 1.5 g de quitosano que fueron necesarios para la elaboración
de la película comestible ...................................................................................... 99
Figura 26. Adición 1 ml de ácido acético en la solución de quitosano y agua
destilada ............................................................................................................... 99
Figura 27. Control de temperatura en la preparación de la película comestible ... 99
Figura 28. Muestras de los 3 tratamientos en cajas Petri ................................... 100
Figura 29. Desprendimiento de película para posteriormente ser cortada en tira
........................................................................................................................... 100
15
Figura 30. Muestra de la película con dimensiones 80 mm de largo x 25 mm de
ancho para efectuar análisis de tracción ............................................................ 100
Figura 31. Inmersión del tomate de árbol ........................................................... 101
Figura 32. Secado de frutos para retirar el exceso de solución.......................... 101
Figura 33. Almacenamiento de frutas recubiertas a 4 °C ................................... 101
Figura 34. Pesado del tomate de árbol con recubrimiento ................................. 102
Figura 35. °Brix inicial del tomate de árbol sin y con recubrimiento ................... 102
Figura 36. °Brix final del tomate de árbol sin y con recubrimiento ...................... 102
Figura 37. Cambio de coloración a café oscuro en las semillas del tomate de árbol
sin la aplicación de la película comestible .......................................................... 103
Figura 38. Deshidratación, flacidez y cambio de coloración en la piel del tomate de
árbol sin la aplicación de la película comestible en condiciones de almacenamiento
durante 15 días a 4 °C ....................................................................................... 103
16
Resumen
En la presente investigación se elaboraron películas comestibles a base de un
polímero natural y lípidos como una alternativa atractiva para ser utilizado como
recubrimiento en el tomate de árbol. El objetivo de este trabajo fue desarrollar una
película comestible a base de quitosano (50 %) en diferentes concentraciones de
cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao (25, 20, 15 %). Se incorporó
quitosano en una solución de agua destilada con ácido acético, la cera de abeja y
manteca de cacao, se agregaron a la solución del quitosano con agitación
constante, el uso del glicerol y Tween 80 ayudó a la plastificación y emulsificación
de las películas. Posteriormente se evaluó la tracción, temperatura de transición
vítrea y estructura mediante un microscopio electrónico de barrido para caracterizar
a la película comestible como óptima para la aplicación en el tomate de árbol se
consideró al parámetro de tracción, se obtuvo a menor esfuerzo (10.5 MPa) y a
mayor deformación (11.8616 %), la Tg se visualizó picos de temperatura que
corresponden a la degradación del polímero y cristalización de lípidos, sin embargo
en SEM se visualizó una muestra sin rugosidad pero con pequeñas partículas en
la superficie debido a la estructura del polímero. En conclusión la aplicación del
recubrimiento en el tomate de árbol ayudó a disminuir la pérdida de peso (6,83 %)
en comparación al tomate de árbol sin recubrimiento (10,56 %), controlando el
ascenso de azúcares hasta 10 °Brix permitiendo alargar su tiempo de vida útil.
Palabras claves: Cera de abeja, manteca de cacao, películas comestibles,
polímero, quitosano.
17
Abstract
In the present research edible films based on a natural polymer and lipids were
produced as an attractive alternative to be used as a coating in the tree tomato. The
purpose of this work was to develop an edible film based on chitosan (50 %) in
different concentrations of beeswax (25, 30, 35 %) and cocoa butter (25, 20, 15 %).
It were incorporated chitosan in a solution of distilled water with acetic acid,
beeswax and cocoa butter were added to the solution of the chitosan with constant
agitation, the use of glycerol and Tween 80 helped the plasticization and
emulsification of the films. Next, it was evaluated the traction, temperature of
vitreous transition and structure through a sweeping electronic microscope to
characterize the edible film as optimal for the application in tree tomato. The traction
parameter was considered, it was obtained with less effort (10. 5 MPa) and to higher
deformation (11.8616 %), Tg was visualized temperature peaks corresponding to
polymer degradation and lipid crystallization, however in SEM a sample without
roughness was visualized but with small particles on the surface due to the polymer
structure. In conclusion, the application of the coating on the tree tomato helped to
decrease the weight loss (6.83 %) in comparison to the tree tomato without coating
(10.56 %), controlling the sugars ascent up to 10 °Brix allowing it extend its useful
life.
Keywords: Beeswax, cocoa butter, edible films, polymer, chitosan.
18
1. Introducción
1.1 Antecedentes del problema
Loor (2019), indica que Ecuador exporta tomate de árbol (Solanum betaceum) a
33 países alrededor del mundo (España, Francia, Holanda, Italia, Suiza, Emiratos
Árabes Unidos, Alemania, Bélgica, entre otros), esta cifra ha aumentado en la
actualidad desde el año 2019 ya que se cuenta con la certificación de Agrocalidad.
El primer envío de tomate de árbol hacia Estados Unidos fue de 600 kilogramos,
se incrementó esta cifra en el año 2018 en el que se exportó 20 mil kilogramos de
tomate de árbol (Solanum betaceum). Sin embargo al exportar tomate de árbol a
mercados internacionales las exigencias de la calidad del alimento es mayor ya que
al llegar el fruto hacia su destino en condiciones de almacenamiento, es propenso
a cambios sensoriales del fruto afectando su calidad y el tiempo de vida útil.
Por otra parte las técnicas de cultivo han sido fundamental en el cultivo de tomate
de árbol para disminuir el hongo Antracnosis (Colletotrichum acutatum Simmonds),
con la necesidad de mejorar el sistema de producción que ayude a combatir esta
plaga que causa daños al tomate de árbol con el objetivo de conservar la
sostenibilidad del fruto (Díaz-Granda; Canto-Sáenz, y Alegre-Orihuela, 2017).
Bautista-Baño y Fernández-Valdés (2015), demostraron que el desarrollo de
películas comestibles ayuda a extender la vida útil de alimentos sin perjudicar la
apariencia, con su aplicación reduce la pérdida de agua, en lo cual permiten el
control respiratorio, retrasa el envejecimiento de frutas y verduras, ayudando al
color, brillo, sabor y apariencia de firmeza, mejorando la calidad. Se utilizó la cera
de abeja ya que ésta presenta propiedades excelentes frente a la barrera humedad,
reduce la pérdida de peso. En cambio, el quitosano ayuda a las propiedades
sensoriales, mantiene la apariencia del alimento, es un inhibidor en el crecimiento
19
de microrganismo, además con su aplicación ayuda a mantener el valor nutritivo
del alimento, por lo que se obtiene un producto apetecible para el consumidor.
González-Peña, Colina-Coca, y Moreno-Sánchez (2015), investigaron el uso de
películas comestibles que ayudan a mejorar la calidad de los alimentos ya que se
encuentra constituido por polímeros naturales muy finas, estas son biodegradables
es decir se descomponen muy fácilmente sin causar daño en el medio ambiente y
con su aplicación ayuda a mejorar la resistencia mecánica de las frutas, por lo tanto
retrasa su deterioro alargando la vida útil, además que puede ser utilizado como
envase activo, como reafirmante de textura, para mejorar la seguridad del alimento.
Según Vázquez-Briones y Guerrero-Beltrán (2014), la utilización de
recubrimientos comestibles comenzó en China, con la inmersión en cera de
limones y naranja con el objetivo de retardar la pérdida de agua. La manteca de
cacao en recubrimientos ha sido utilizada para prevenir la pérdida de humedad,
además de suavizar la textura en alimentos.
1.2 Planteamiento y formulación del problema
1.2.1 Planteamiento del problema
El tomate de árbol es una fruta no climatérica con baja producción de etileno, es
decir que debe ser recolectado cuando esté cerca a las condiciones de madurez
requeridas por el mercado, pero enfrenta serios problemas al momento de
conservar sus propiedades sensoriales al someterse a condiciones de
almacenamiento en refrigeración, la cáscara que rodea al fruto se deshidrata y en
el interior de la pulpa se oxida, es decir que el fruto es propenso al pardeamiento
enzimático en condiciones de refrigeración.
El desarrollo de películas comestibles contiene efectos en la vida útil de
alimentos por compuestos activos que ayudan a generar una atmósfera modificada,
20
protegiendo de microorganismos que puedan dañar el producto (Quintero,
Falguera, y Muñoz, 2010).
Es importante aplicar una película comestible de quitosano, cera de abeja y
manteca de cacao en el tomate de árbol para que mantenga sus propiedades
sensoriales y puedan mantenerse en buen estado para su comercialización.
1.2.2 Formulación del problema
¿Cuál será el tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum betaceum) con
la aplicación de la película comestible y qué cantidades de concentraciones de
quitosano, cera de abeja, manteca de cacao se utilizarán para conservación?
1.3 Justificación de la investigación
El presente trabajo se realizó con la finalidad de desarrollar una película
comestible que ayudó alargar el tiempo de vida útil del tomate de árbol para
posteriormente pueda ser exportado sin que se afecte las características
sensoriales propias del producto. Esta película es de gran importancia ya que es
biodegradable amigable con el medio ambiente, debido que este revestimiento
tiene un proceso de descomposición en materia orgánica que forma parte de los
ciclos naturales que ayudan aportar nutrientes a la tierra.
Según González-Peña et al. (2015), demostraron la importancia del uso de
películas comestibles ya que ayuda a mejorar la calidad de frutas y hortalizas, lo
más relevante es que con la aplicación del recubrimiento se mantiene el valor
nutritivo, mayor vida útil al alimento en el que se desee aplicar.
Con la aplicación del quitosano, cera de abeja y manteca de cacao para el
desarrollo de una película comestible en el tomate de árbol (S. betaceum), ayudará
a mantener los atributos de color, firmeza, brillo para que la fruta sea más apetecida
21
por su apariencia que llamará mucho la atención del consumidor beneficiando a la
matriz productiva del país.
1.4 Delimitación de la investigación
Espacio: La presente investigación se realizó en el sur de la ciudad de
Guayaquil, se elaboró la película en el laboratorio de suelos, plantas y agua
de la Universidad Agraria del Ecuador, los análisis posteriormente fueron
ejecutados en el Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales
LEMAT, de la Escuela Superior Politécnica del Litoral – ESPOL (Km 30.5 Vía
Perimetral).
Tiempo: Se realizó en un tiempo de 6 meses.
Población: Fue dirigido a público general.
1.5 Objetivo general
Desarrollar una película comestible en base de quitosano, cera de abeja
y manteca de cacao usando como fruta el tomate de árbol (Solanum
betaceum).
1.6 Objetivos específicos
Elaborar película comestible con tres tratamientos en proporciones
diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao aplicado al
tomate de árbol (Solanum betaceum).
Evaluar el mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas de
tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de
árbol (Solanum betaceum).
Efectuar el análisis de temperatura de transición vítrea y estructura
mediante microscopía electrónica de barrido al mejor tratamiento de
tracción.
22
Demostrar el tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum betaceum)
con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a la pérdida
de peso y concentración de azúcares.
1.7 Hipótesis
La aplicación de una película comestible de quitosano, cera de abeja, manteca
de cacao influirá en el tiempo de vida útil del tomate de árbol.
23
2. Marco teórico
2.1 Estado del arte
En la investigación realizada por Camacho-Hernández y Zazueta-Morales
(2018), desarrollaron películas comestibles a partir del almidón de maíz mediante
la técnica casting, para la conservación de alimentos, se caracterizaron
propiedades mecánicas como: resistencia a la ruptura 7.42 N, deformación 4.81 -
17 mm, permeabilidad al vapor de agua 1.57x10-11 – 4.21x 10-11 y solubilidad en
agua 22.63 - 42.12 %) a partir de una mezcla de almidón de maíz acetileno (30 %),
proteína (13,7 %) y glicerol (15 %), como resultado se obtuvo buenas propiedades
mecánicas y de barrera.
Pavón-Vargas y Valencia-Chamorro (2017), desarrollaron recubrimientos
comestibles en base de goma tara, lípidos como cera de abeja, goma loca y el uso
de un plastificante (GLY); para la elaboración se realizó dos formulaciones (R1’ R2’)
para el recubrimiento de frutillas; se la almacenó por 8 días a 5 °C con una humedad
relativa de 98 %. Como resultado el recubrimiento R2 disminuyó significativamente
la pérdida de peso del fruto con 2,62 % luego de los 8 días de almacenamiento, en
cuanto a los valores de firmeza el R1 fue mayor con 0,005 %. Con la aplicación de
recubrimiento comestible mejoraron las propiedades sensoriales como textura,
reduciendo la tasa de respiración de un 95 % a 5 °C en el almacenamiento.
Hernández-López, Guillén-Sánchez, y Bautista-Baños (2017), evaluaron el
efecto antimicótico de películas comestibles formuladas con quitosano (32,4 %),
con la combinación de cera de abeja (0,1 %), canela (0,5 %), aceite oleico (0,25
%), aceites esenciales de tomillo (1,0 %), fueron evaluadas como inhibidores del
crecimiento en diferentes cepas como: Colletotrichum gloesporioides, Alternaria
altenata, Penicillius digitatum e in vitro de Rhizopus stolonifer. Se determinó su
24
efecto en el control de antracnosis, a los formulados que mejor respondieron in
vitro, comparado con Sportak como control comercial, fueron evaluados por
inmersión de la fruta de papaya en los cuales no presentaron un efecto significativo
sobre la severidad de la antracnosis, solo en el quitosano y tratamiento con Sportak
presentaron un efecto a los 17 días de almacenamiento a 2 °C. En cuanto a la
calidad no afectó la pérdida de peso y el contenido de sólidos totales en el fruto con
la aplicación de la película comestible.
Un estudio realizado por Alberto-Castro y González-Blair (2015), demostraron
la utilización de películas comestibles como una alternativa para aumentar la vida
útil en frutas como la uchuva y bayas, se evaluó físicamente el efecto de la
aplicación por inmersión formulado a partir de dos concentraciones de gelatina (4
% y 8 %) con adición de manteca de cacao como agente antimicrobiano (0,25 %)
y fibra prebiótica (500 ppm). Los resultados evidenciaron que el mejor tratamiento
T2 fue capaz de reducir la actividad metabólica en los frutos recubiertos con un 36
% menos en los frutos, las pérdidas de peso disminuyeron un 17,67 %, el aporte
de fibra prebiótica aumentó un 8 %, en cuanto a la vida útil de las bayas aumentó
un 33 % ofreciendo un producto innovador a bajo costo.
En un estudio de Wang y Jing (2016), analizaron la formación de película de
quitosano, la permeabilidad del papel recubierto con una capa de quitosano y la
influencia en la superficie del papel. Se utilizó microscopía electrónica de barrido,
microscopía de fuerza atómica, análisis dinámico de penetración de quitosano a
través del papel Kraft para analizar propiedades de formación y permeabilidad de
la película, obtuvo un peso base de 120 g para probar la suavidad, alargamiento:
1,51 % mediante prueba de tracción, el quitosano fue comprado en China con un
grado de acetilación del 80 % a 95 %. Se realizó la preparación de la solución de
25
quitosano en agua destilada con concentraciones de 10 wt. %, 1.5 wt. % y 2.0 wt.
%. La velocidad de agitación fue respectivamente, 300 rpm, 500 rpm, 800 rpm y
1200 rpm a la solución de quitosano de 1.5 wt. % y se obtuvo como efecto la
relación de dosificación de ácido acético a quitosano (peso seco) - 30 %.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Película comestible
La aplicación de películas comestibles (PC) es de gran importancia para la
industria alimentaria como una alternativa novedosa de conservación, es decir que
alarga la vida útil de alimentos especialmente, es aplicado en frutas y verduras con
el fin de preservar su calidad (López-Díaz y López-Malo, 2016).
Según González (2016), una película comestible es una capa muy fina de un
material polímero comestible con lo cual se recubre normalmente frutas, vegetales,
medicamentos en tabletas y algunos dulces. Esta cuenta con un espesor de menos
de 0.3 milímetros, lo que permite su flexibilidad con el fin de recubrir el alimento.
Se estructura generalmente alrededor del alimento por medio de una inmersión del
mismo en una solución formadora de recubrimiento con el objetivo de preservar el
alimento (Bautista-Baño y Fernández-Valdés, 2015).
Existen diferencias entre las películas comestibles (PC) y recubrimientos
comestibles (RC); las PC suelen ser utilizadas como laminas sólidas que son
colocadas sobre el alimento que se desee aplicar; en cambio los RC son aplicados
en forma líquida mediante pulverización o inmersión produciendo la película sobre
el alimento, pero ambas ayudan a disminuir los efectos en el cambio de coloración,
pérdida de agua (Reyes-Vargas, Valdivia-Urdiales, y Contreras-Esquivel, 2015). La
composición de las matrices estructurales de las PC se lo puede agrupar por tres
categorías:
26
- Hidrocoloides: Tiene un efecto gelificante, está constituido por polisacáridos
derivados de la celulosa, quitosano, gelanos, almidón, pectina de fruta, proteínas
de origen animal, proteínas de suero de leche, caseína, gelatinas y de origen
vegetal como la soya.
- Lípidos: Se encuentran compuestos por hidrofóbicos no poliméricos y tienen
buenas propiedades que ayudan a la barrera de humedad.
- Composites o compuestos: Son formulaciones mixtas entre los hidrocoloides
y líquido, ayuda a la resistencia de vapor de agua para lograr una buena cohesión
estructural durante la película (González-Peña, Colina-Coca, y Moreno-Sánchez,
2015).
El uso de películas comestibles según Parzanese (2016), es aumentar el tiempo
de almacenamiento mejorando las propiedades sensoriales, es aplicable a frutas y
hortalizas; con el avance de la ciencia se ha extendido la aplicación en productos
cárnicos, pescados y carne aviar. Se indica que incorporando antioxidantes, mejora
la textura del alimento ayudando a la inhibición en el desarrollo de
microorganismos.
2.2.1.2 Ventajas y desventajas de la película comestible
La apariencia del producto depende de la aceptabilidad de los consumidores por
las diferentes clases sociales (Bourdieu, 2016). Según Dussán, Torres, y Zapata
(2014), las películas comestibles provienen de partículas biodegradables que
ayudan significativamente en la conservación, cuando se aplica su uso en el
alimento suceden diferentes cambios que ayudan a la durabilidad, comercialización
y consumo por la cual existen ventajas y desventajas para seguir implementando
películas comestibles como innovación a la ciencia alimenticia, cuyas propiedades
son:
27
Ventajas
Son libres de efectos tóxicos que puedan perjudicar la salud.
Requiere de tecnología simple para su elaboración por lo tanto genera
módicos gastos.
Otorga buenas propiedades mecánicas con lo cual ayuda a la apariencia
del alimento, textura, color, firmeza.
Ayuda a prolongar la vida útil en alimentos mínimamente procesados.
Es amigable con el medio ambiente ya que se descompone en materia
orgánica.
Reduce la pérdida de humedad en alimentos al momento de la
refrigeración.
Desventajas
Los alimentos que se someten a la aplicación de película comestible logran
disminuir los desórdenes metabólicos. Según Sobitec (2017), el envejecimiento de
las células conlleva a la muerte del tejido del alimento (Senescencia). La actividad
respiratoria se debe de tener en consideración en frutos climatéricos, estos siguen
madurando aun después de haber sido recolectados, esto es debido a que su tasa
de respiración es elevada a diferencia de los no climatéricos que la tasa de
respiración decrece gradualmente, por lo tanto la actividad respiratoria elevada
conlleva a que el tiempo de vida útil de alimentos sea mucho más corto (FAO,
2016).
2.2.3 Propiedades de las películas comestibles
López y Palou (2012), indica en su investigación que las películas comestibles
presentan varias propiedades que ayudan a conservar alimentos es decir por su
28
utilización permite alargar la vida. Entre las propiedades de las películas
comestibles se encuentra:
Propiedades de barrera: Ayuda a proteger al alimento frente a factores
ambientales que pueden deteriorar rápidamente el alimento como: oxidación,
pérdida de aromas, cambio de textura, humedad, durante la transición de vapor
intervienen dos mecanismos: difusión activa y difusión capilar.
Propiedades mecánicas: Tienen como objetivo predecir la durabilidad de la
película comestible en el momento que este ha sido aplicada en el alimento
(Saavedra y Algecira, 2010).
2.2.4 Quitosano
El quitosano es un polisacárido derivado de la quitina, es un componente que se
encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos (crustáceos e insectos) y en la
rádula de los moluscos (parte de la boca que les permite raspar los alimentos),
como también del pico de cefalópodos como calamares y pulpos (Osorio-Delgado,
Henao-Tamayo, y Velásquez-Cock, 2017)
La quitina es abundantemente en la naturaleza y forma parte de la pared celular
de ciertas levaduras y hongos, en la actualidad se extrae de manera comercial a
partir de los caparazones de crustáceos, principalmente de langostas, cangrejos y
langostinos (Nakamatsu-Kuniyoshi, 2012). Según Torres-Escudero (2018), el
nombre químico del quitosano es beta (1-4)-2-amino-2desoxi-D-glucosa. Se
obtiene por medio de hidrólisis de la quitina en un medio alcalino a altas
temperaturas, produciendo una desacetilación parcial de la quitina.
Por lo tanto el quitosano posee propiedades extraordinarias que lo hacen un
componente perfecto para el desarrollo de películas comestibles, por otra parte su
aplicación en sistemas alimentarios es como agente antimicrobiano, debido que
29
presenta una baja toxicidad, con un DL50 = 16 ml/kg, valor que lo hace menos tóxico
que el azúcar y la sal (Valenzuela y Arias, 2012).
Tabla 1. Característica del quitosano
Parámetro Quitina Quitosano
Peso molecular
Producto natural
Producto comercial
104
3-5 x 105
1-3 x 105
Grado de desacetilación (%) 10 80-90
Contenido de nitrógeno (%) 6-7 7-8,4
Contenido de humedad (%) 2-10 2-10
Parámetros del quitosano. Gacén, 2013
2.2.5 Cera de abejas
La cera es una sustancia sólida producida por las abejas melíferas jóvenes, el
proceso de transformación surge por el contacto al aire, se endurece para ser
utilizada en la construcción de sus nidos (FAO, 2017).
Figura 1. Cera de abejas FAO, 2017
Según Rojas y Torres (2016), las cera es rica en vitamina A, estos componentes
hacen que la Cera posea propiedades emolientes y antibióticas, es insoluble en
30
agua, levemente soluble en alcohol y éter por otra parte su fórmula es: CH3-(CH2)14-
CO-O-(CH)29-CH3.
Figura 2. Estructura general de la cera de abeja Ronald, 2015
La cera de abeja suele ser utilizada para la preparación de películas comestibles
por su alta hidrofobicidad y excelente resistencia a la humedad (Guzmán, Acevedo
y Romero, 2014). Se reportan estudios sobre la aplicación de cera de abeja en
recubrimientos con la combinación de polisacáridos o proteínas sobre: ciruelas
(Prunus domestica), fresas (Fragaria) y chontaduro (Bactris gasipaes) que permiten
prolongar la vida útil de frutos, manteniendo las propiedades fisicoquímicas en
condiciones de almacenamiento (Mora, 2016).
2.2.6 Manteca de cacao
La manteca de cacao o también denominada aceite de julri, es una grasa natural
comestible originaria de la haba del cacao, su proceso de extracción comienza
durante el proceso de fabricación del chocolate, de este modo se separa de la masa
de cacao mediante presión (Villegas y Albarraín, 2016).
2.2.6.1 Características
Según López (2018), la manteca de cacao es una grasa natural tiene distintas
capas dérmicas que otorgan un buen aspecto, tiene características similares a las
grasas vegetales, entre sus otras características se encuentra:
31
Posee un conjunto de triglicéridos, por lo tanto el chocolate es un
compuesto ternario que consta de tres sólidos en disolución: la manteca,
el azúcar cristalizado y sólidos de cacao.
Tiene seis estructuras químicas que se señalan con letras romanas del l
al Vl.
Su punto de función es cercano a los 34 a 38°C.
Se derrite fácilmente en la boca.
Tabla 2. Composición química.
Glicéridos Porcentaje
Trisaturados 2.5 a 3.0
Triinsaturados (trioleina) 1.0
Di-insaturados -
Estearo-dioleina 6 a 12
Palmito-dioleina 7 a 8
Monoinsaturados -
Oleo-diestearina 18 a 22
Oleo-palmitoestearina 52 a 57
Oleo-dipalmitina 4 a 6
Porcentajes de glicerol de la manteca de cacao. Castro, 2010
La manteca de cacao suele ser utilizada en la elaboración de películas y
recubrimientos comestibles por sus propiedades humectantes que otorgan
suavidad y flexibilidad, para prevenir la pérdida de humedad en frutas y hortalizas,
ayudando a la textura, brillo en el alimento que se desee aplicar (Vázquez-Briones
y Guerrero-Beltrán, 2014).
32
2.2.6.2 Tomate de árbol (Solanum betaceum)
Es un fruto tropical nativo de los Andes de Colombia, Perú y Ecuador, se
encuentra tres tipos de tomate de árbol que se diferencian en el color: purpura, rojo
y amarillo, tienen propiedades antioxidantes, por su contenido de fósforo, nitrógeno
y potasio (Castro-Vargas y Parada-Alfonso, 2017).
Tabla 3. Taxonomía del Solanum betaceum.
Descripción taxonómica del tomate de árbol (S. betaceum). Meza y Méndez, 2010
2.2.6.3 Producción en el Ecuador
Los principales productores y exportadores a nivel mundial del tomate de árbol
son Estados Unidos (California), Kenia, India, Sudáfrica, Colombia y Brasil.
Loor (2019), indica que Ecuador exporta desde el año 2018 hacia Estados Unidos,
actualmente exporta a 33 países alrededor del mundo como España, Francia,
Holanda, Italia, Suiza, Emiratos Árabes Unidos, Alemania, Bélgica, entre otros
países.
Reino Plantae
División Angiospermae
Clase Magnoliopsida
Subclase Asteridae
Orden Solanales
Familia Solanaceae
Género Solanum
Subgénero Cyphomandra
Sección Pachyphylla
Especie S. betaceum
33
En Ecuador, la producción del tomate de árbol se encuentra ubicada en la Sierra
ecuatoriana por sus condiciones climáticas que ayudan a su cultivo, entre las
provincias se encuentran Carchi, Imbabura, Pichincha, Cotopaxi, Tungurahua,
Cañar, Azuay, Loja. (Ver figura 3).
Figura 3. Distribución geográfica de la producción de tomate de árbol Flores, 2008
2.2.6.4 Características biológicas de la planta
Es una planta delicada al frío, crece en bosques húmedos con temperatura entre
los 13 y 24°C, tiene hojas laminadas a los extremos de las ramas, sus hojas son
de color verde oscuro, las flores son pequeñas de 1,3 a 1,5 cm de diámetro de color
blanco- rosáceo, florece en Mayo-Junio, el fruto es una baya ovoide de 4 a 8 cm -
3 a 5cm, la piel es lisa de color anaranjado en la madurez o rojo (Pinzón y Deaquiz,
2014).
34
Figura 4. Fruto del tomate de árbol (Solanum betaceum) Cajal, 2011
El tomate de árbol es una fruta no climatérica, es decir que no presentan crisis
climatéricas, deben ser recolectados casi en su punto exacto de madurez
comercial, esto implica que una vez cortados no mejoran sus características
organolépticas (FAO, 2016).
Según Castro-Vargas y Parada-Alfonso (2017), la cadena logística para el
tomate de árbol es relativamente simple, puesto que es una fruta resistente durable
dependiendo de la variedad y sin refrigeración, la fruta tiene una vida útil de 14 a
18 días, en condiciones de refrigeración la vida útil se extiende considerablemente
88 días.
2.2.6.5 Usos
Según estudios relacionados por la Corporación Financiera Nacional (CFN) el
tomate de árbol se le está otorgando una gran importancia en la medicina debido a
su alto contenido vitamínico, tiene propiedades de reducción de colesterol por su
alto contenido de fibra, vitaminas A, B, C, E y aminoácidos libres muy alto, así como
su bajo nivel de calorías. Es rico en minerales, especialmente hierro, fósforo,
magnesio, potasio y calcio, contiene niveles importantes de caroteno y proteína,
adicionalmente fortalece la visión y el sistema inmunológico, tiene gran fuente de
pectina (Loor, 2019).
35
Estudios relacionados indican que contiene sustancias como el ácido gamma
aminobutírico que baja la tensión arterial, por ello es útil para los hipertensos.
Industrialmente se han fabricado néctares, jugos turbios, mermeladas y conservas,
ofreciendo un rendimiento del 83 al 86 % en pulpa, en comparación de otras frutas
como: el melón, el mango que ofrecen rendimientos del 45 %, 64 % y 59 %
respectivamente (Pinzón y Deaquiz, 2014).
Tabla 4. Composición nutricional.
Componentes
Contenido de 100 g de parte
comestible
Valores diarios de consumo
del tomate de árbol
Acidez 1,93-1,60 -
Brix 11, 50-10,5 -
Calorías 30 -
pH 3,17-3,80 -
Humedad 86,03-87,07 -
Carbohidratos 7 g 300 g
Ceniza 0,60 g -
Fibra 1,1 g 25 g
Proteína 2 g -
Calcio 9 mg 162 mg
Caroteno 1000iu 5000 iu
Fosforo 41 mg 125 mg
Hierro 0,90 mg 18 mg
Niacina 1,07 mg 20 mg
Riboflavina 0,03 mg 1,7 mg
Tiamina 0,10 mg -
Vitamina C 25 mg 60mg
Vitamina E 2010 mg -
Composición nutricional por 100 g de parte comestible del tomate de árbol (S. betaceum). Flores, 2008
36
2.3 Marco legal
Ecuador reconoce el derecho a la alimentación en su Constitución Política
vigente desde el año 2008, como un derecho independiente aplicable a todas las
personas.
Titulo ll
2.3.1 Capítulo segundo derecho del buen vivir
Art. 13.- establece que las personas y colectivas tienen derecho a acceso seguro
y permanente a alimentos sanos, suficientes y nutritivos; preferentemente
producidos a nivel local y en correspondencia con sus diversas identidades y
tradiciones culturales.
2.3.2 Sección segunda a ambientes sano
Art. 14.- Se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y
ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak
Kawsay.
Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de
tecnologías ambientalmente limpias y de energía alternativas no contaminantes y
de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la
soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua. Se prohíbe el desarrollo,
producción, tendencia, comercialización, importación, transporte, almacenamiento
y uso de armas químicas, biológicas y nucleares, de contaminantes orgánicos
persistentes altamente tóxicos, agroquímicos internacionalmente prohibidos, y las
tecnologías y agentes biológicos experimentales nocivos y organismos
genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o que atenten
contra la 25 soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción de
37
residuos nucleares y desechos tóxicos al territorio nacional Fuente especificada
no válida.
2.3.3 LEY ORGÁNICA DEL RÉGIMEN DE LA SOBERANÍA ALIMENTARIA
Capítulo IV SANIDAD E INOCUIDAD ALIMENTARIA
Art. 24. Finalidad de la sanidad.- La sanidad e inocuidad alimentarias tienen
por objeto promover una adecuada nutrición y protección de la salud de las
personas; y prevenir, eliminar o reducir la incidencia de enfermedades que se
puedan causar o agravar por el consumo de alimentos contaminados.
Art. 25. Sanidad animal y vegetal.- El estado provendrá y controlará la
introducción y ocurrencia de enfermedades de animales y vegetales; asimismo
promoverá prácticas y tecnologías de producción, industrialización conservación y
comercialización que permitan alcanzar y afianzar la inocuidad de los productos.
Para lo cual, el Estado mantendrá campañas de erradicación de plagas y
enfermedades en animales y cultivos, fomentando el uso de productos veterinarios
y fitosanitarios amigables con el medio ambiente. Los animales que se destinen a
la alimentación humana serán reproducidos, alimentados, criados, transportados y
faenados en condiciones que preserven su bienestar y la sanidad del alimento
(Gobierno de la república del Ecuador, 2010).
38
3. Materiales y métodos
3.1 Enfoque de la investigación
3.1.1 Tipo de investigación
La presente investigación es tipo descriptiva, laboratorio, debido que se
caracteriza los comportamientos de las propiedades mecánicas de los análisis de
tracción, temperatura de transición vítrea (DSC), microscopía electrónica de barrido
(SEM) que ayudó a determinar su estructura, estos fueron ejecutados en el
Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales LEMAT, de la Escuela
Politécnica del Litoral - ESPOL. Además se detalla el descenso de peso y azúcares
en la película comestible aplicado en el tomate de árbol (S. betaceum), realizando
una comparación durante 15 días con el fruto con y sin recubrimiento determinando
su eficacia.
Es también una investigación documental debido que se utilizó información para
la elaboración de la película comestible de quitosano, cera de abeja y manteca de
cacao mediante artículos científicos, libros de la base de datos de la biblioteca
virtual de la Universidad Agraria del Ecuador.
3.1.2 Diseño de investigación
Esta investigación es no experimental debido que se describe el proceso para la
obtención de una película comestible con la finalidad de ser aplicada al tomate de
árbol como recubrimiento, realizando una comparación de su efectividad con
estudios similares de artículos científicos.
3.2 Metodología
3.2.1 Variables
3.2.1.1. Variable independiente
Concentraciones de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao.
39
3.2.1.2. Variable dependiente
Análisis de resultados de las propiedades mecánicas (Tracción, temperatura de
transición vítrea, microscopía electrónica de barrido) y tiempo de vida útil con la
aplicación de la mejor película comestible con respecto al peso y concentración de
azúcares del tomate de árbol (S. betaceum).
3.2.2 Tratamientos
En la presente investigación se utilizó 3 tratamientos para el desarrollo de una
película comestible la cual se aplicó en el tomate de árbol (S. betaceum).
Tabla 5. Proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película comestible.
Tratamientos Quitosano
Cera de abeja
Manteca de cacao
Total
(%) (%) (%) (%)
T1 50 25 25 100
T2 50 30 20 100
T3 50 35 15 100
Se utilizó 3 tratamientos para el desarrollo de la película comestible en el tomate de árbol (S. betaceum). Tello, 2020
3.2.3 Diseño experimental
En esta investigación no se utiliza diseño experimental, en efecto es descriptiva
dado que relaciona los resultados obtenidos con artículos científicos para
comprobar comportamiento, eficacia y tiempo de vida útil.
3.2.4 Recolección de datos
Se lo realizó los análisis en un laboratorio de Ensayos Metrológicos y de
Materiales LEMAT, de la Escuela Politécnica del Litoral - ESPOL perteneciente a
la ciudad de Guayaquil, donde se efectuó el análisis de tracción a 3 tratamientos
con proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao, al
mejor de esté se realizó análisis de temperatura de transición vítrea (DSC) y
estructura mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) para demostrar el
40
tiempo de vida útil del tomate de árbol (S. betaceum) con respecto a la pérdida de
peso y concentración de azúcares.
3.2.4.1.1 Recursos
Biblioteca virtual Universidad Agraria del Ecuador centro de información
Agraria.
Artículos científicos
Libros.
3.2.4.1.2 Materiales de laboratorio
Vasos de precipitación 250 ml y 1000 ml.
Varilla de vidrio.
Cajas Petri 10*10 cm
Pipeta de vidrio 1 ml, Pasteur estéril, graduada 0.1
Pera de succión.
Probeta graduada de 200 ml.
Vidrio reloj.
Espátula.
Bandeja de polipropileno 750 cc.
Papel aluminio.
Bolsas ziploc 17.7 cm x 18 cm
Equipo de protección personal (mandil, cofia, mascarilla, guantes).
3.2.4.1.3 Materias primas
Tomate de árbol (S. betaceum).
Quitosano 90 % grado de desacetilación.
Cera de abeja.
41
Manteca de cacao.
3.2.4.1.3 Reactivos
Solución de ácido peracético al 0.1 %.
Glicerol 99 % de pureza
Ácido acético 99 % de pureza
Tween 80 %, pureza del 90 %
3.2.4.1.4 Equipos de laboratorio
Balanza analítica ± 0,1 mg, capacidad máxima de 110 hasta 1010 g.
Agitador magnético (2200 rpm).
Micropipeta de 0 a 100 μl.
Refractómetro ± 0,3 % °Brix.
Equipo para ensayo de tracción (UTM)
Temperatura de transición vítrea – calorímetro diferencial de barrido (DSC
Q200 V24.11 Build 124)
Microscopio electrónico de barrido; 330 mm (W) x 490 mm (D) x 430 mm
(H); 50 Kg.
42
3.2.4.2. Métodos y técnicas
3.2.4.2.1 Diagrama de elaboración de la película comestible de quitosano, cera
de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol (S. betaceum)
Figura 5. Diagrama de proceso de la película comestible Tello, 2020
Inicio
Recepción de la
Materia prima
Selección
Lavado
Secado
Preparación de
la película.
Recubrimiento
Almacenamiento
Inmersión de ácido peracético al
0.1 %
Quitosano Cera de abeja Manteca de
cacao
Temperatura de 80 °C a t =10 min. Enfriamiento hasta
(25 °C)
4 °C
Tomate de árbol
Fin
Evaluación del tiempo de vida útil
43
3.2.4.2.1 Descripción del proceso de la película comestible de quitosano,
cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol (Solamun betaceum)
Recepción de la fruta
La recolección del tomate de árbol para su respectiva elección se realizó de
acuerdo a parámetros de calidad de la NTE INEN 1909, debe presentar un grado
de color entre 5 o 6 para su aceptación evitando la recolección de agentes físicos
que puedan entran en contacto con el fruto (ver anexo 1).
Selección
Se seleccionó mediante parámetros de calidad; firmeza, coloración de la
cáscara entre roja a púrpura para ser utilizado en la aplicación de la película
comestible.
Lavado
Las frutas de tomate de árbol fueron lavadas utilizando ácido peracético al 0.1%,
para su preparación se usó un vaso precipitado con 1 L de agua destilada, con la
ayuda de una pipeta simple se tomó una alícuota de 2 ml del reactivo y se vertió en
el vaso precipitado agitando constantemente durante 1 minuto con el uso de una
varilla de vidrio. Posteriormente se vertió la solución en una bandeja de
polipropileno 750 cc, se agregó el fruto dejando reposar por 2 minutos para
desinfectarlo y de inmediato se enjuagó el tomate de árbol en el grifo para liberar
el exceso de solución.
Secado
Se dejó secar el tomate de árbol durante 15 minutos a temperatura ambiente 20
°C - 25 °C con la finalidad que el fruto no retenga humedad.
44
Preparación de la película
Se preparó una solución 1.5 g de quitosano en 100 ml de agua destilada. Luego
se agregó 1 ml de ácido acético con una agitación constante de 1200 rpm a 30 °C
durante 24 horas. Después del tiempo estimado se añadió 59 μl de glicerol como
plastificante. Para la preparación de la cera de abeja y manteca de cacao, se
disolvió a una temperatura de 80 °C la cera de abeja en baño María por 8 minutos.
Pasado de los 8 minutos se retiró del baño María y se agregó la manteca de cacao
previamente derretida en baño María a 36 °C X 8 min. Posteriormente se agregó
231 μl de tween y se agitó durante 1 minuto para añadirlo en la solución 1
(quitosano + agua destilada + ácido acético) con una agitación constantemente con
la ayuda de una varilla de vidrio durante 10 minutos hasta alcanzar una mezcla
homogénea, luego se dejó enfriar a 25 °C. Se vertió la solución realizada en cajas
Petri previamente esterilizadas, rotuladas 10*10 cm, se dejó enfriar por 48 horas
para proceder a cortar las muestras con las siguientes dimensiones: 80 mm de
largo x 25 mm de ancho (ver Anexo 6). Las muestras cortadas fueron almacenadas
a temperatura ambiente (25 °C) en cajas Petri para realizar posteriores análisis de
tracción, temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía
electrónica de barrido (SEM).
Recubrimiento
Con la preparación de la película a base del mejor tratamiento de tracción, se
aplicó al tomate de árbol por el método de inmersión durante 15 minutos con la
finalidad de que la solución se adhiera a la piel del fruto, luego del tiempo estimado
se retiran los frutos de la solución. Se utilizó bandejas PET a fin de realizar un arco
con palillos de madera para colocarlo encima del recipiente, se colgaron los frutos
45
recubiertos en el arco con la ayuda de un hilo y se dejó secar durante 1 hora (ver
Anexo 7).
Almacenamiento
Una vez aplicada el recubrimiento al fruto se almacenó en presencia de tomate
de árbol sin recubrimiento en bandejas de polipropileno 750 cc, a temperatura de 4
°C por un periodo de 15 días.
Evaluación de la vida útil
Se analizó el tiempo de vida útil del tomate de árbol con y sin recubrimiento por
medio de la pérdida de peso y concentración de azúcares durante15 días para
saber la factibilidad de la película comestible aplicada al fruto.
3.2.4.2.3 Normativa de Codex Alimentarius
Para el límite máximo del uso del quitosano, cera de abeja y manteca de cacao
no se encontraron fuentes normativas que indiquen cantidades máximas a
utilizarse. Se utilizó como referencias artículos científicos con respecto al
porcentaje relacionado aplicado en películas comestibles.
3.2.4.2.4 Método para ensayo de las propiedades mecánica de tracción ISO
527 - 2
El método de ensayo de tracción ayuda a determinar las propiedades de un
material plástico mediante tensión de tracción, deformación, punto de fluencia,
punto de rotura y coeficiente de Poisson, estas propiedades mecánicas se
determinan al tirar la muestra de ensayo hasta llegar a su punto de ruptura. Se
colocan las muestras de ensayo con forma de halterio en las mordazas de una
máquina de ensayo universal (UTM), estarán sujetas a una tensión controlada
hasta lograr que fallen, las velocidades de ensayo varían según el tipo de muestra
46
para lograr un grado de deformación de 1 % / min y se utiliza un extensómetro para
medir los parámetros de medición.
3.2.4.2.5 Método ASTM D882 para ensayo de materiales plásticos
El método ASTM D882 ayuda a caracterizar las películas plásticas delgadas que
tengan un grosor menor de 1mm, es utilizado para medir, módulo de tensión,
elasticidad, alargamiento y resistencia de tensión en la ruptura, implementa el
mismo procedimiento de la ISO 527 - 2 para el ensayo de muestras.
3.2.4.2.6 Temperatura de transición vítrea (Tg)
La temperatura de transición vítrea se encuentra relacionada con las
propiedades mecánicas de un material plástico tales como resistencia, fragilidad,
dureza, elongación a una región de temperatura en la cual se producen cambios
de las propiedades del material tales como la entalpía, el volumen. Se caracteriza
por un abrupto incremento de la capacidad calorífica del material, cuando el plástico
se encuentra a temperaturas inferiores a su Tg - 60 °C el movimiento de las
cadenas poliméricas disminuye haciendo que el material adquiera un
comportamiento rígido y quebradizo, en cambio a temperaturas superiores a su Tg
100 °C el movimiento de las cadenas poliméricas aumenta haciendo que el material
adquiera un comportamiento elástico (Fernández, 2016).
3.2.4.2.7 Microscopía electrónica de barrido
Es un sistema de procesamiento computarizado que permite observar y
caracterizar la morfología de los polímeros, se basa en un detector de electrones
secundarios para obtener imágenes de alta resolución mediante un detector de
electrones retrodispersados que permite la obtención de imágenes de la estructura
del material analizado a través de un proceso de rastreo (Ángulo y Tantaleán, 2016)
(ver figura 6).
47
Figura 6. Sistema de procesamiento computarizado, microscopía electrónica de barrido Angulo y Tantaleán, 2016
3.2.5 Análisis estadístico
Esta investigación es tipo descriptiva, por lo tanto no se utilizó fórmulas
estadísticas. Se realizó 3 tratamientos con proporciones diferentes de quitosano,
cera de abeja y manteca de cacao, se ejecutaron análisis de tracción, al mejor se
le realizó análisis de temperatura de transición vítrea (DSC) y microscopía
electrónica de barrido (SEM) para determinar la estructura de la película
comestible.
48
4. Resultados
4.1 Elaboración de la película comestible con tres tratamientos en
proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao
aplicado al tomate de árbol (Solanum betaceum).
Se estudió tres formulaciones, compuesta por una mezcla base que se mantuvo
constante: quitosano, agua destilada, ácido acético, glicerol y Tween 80, cuyas
cantidades estuvieron dentro de límites funcionales establecidos por medio de
ensayos iniciales, escogiendo como punto de inicio la mezcla base.
Se pesó 1.5 g de quitosano en 100 ml de agua destilada, luego se agregó
1 ml de ácido acético y se calentó a 30 °C durante 24 horas. De acuerdo
a la siguiente ecuación (Ec 1), se determinó el límite máximo de dicho
compuesto (2 %):
% = Soluto
Soluciónx 100
Solución = Soluto
%x 100 %
Solución = 1.5
2 %x 100 %
Solución = 100 ml - 1.5 g
H2O = 99 ml
Ec (1)
Se añadió glicerol en una proporción de quitosano-plastificante de 2: 1
para todas las soluciones de quitosano 1.
2: 1
1.5 g: 0.75 g
Se realizó el cálculo del glicerol como plastificante, mediante la siguiente
ecuación (Ec 2):
49
d = m
v
d * v = m
v = m
d
v = 0.75 g
1.26 g/cm3
v = 0.59 cm3de glicerol
0.59 cm3 (1.0 ml
1.0 cm3) = 0.59 ml
0.59 ml 1000μl
1ml = 59 μl de glicerol
Ec (2)
Posteriormente, el glicerol se añadió a la mezcla de dispersión y se
homogenizó a 12.400 rpm durante 4 minutos a 90 °C, hasta que se
consiguió una mezcla homogénea y estable. Se disolvió a una
temperatura de 80 °C la cera de abeja en baño María por 8 minutos.
Pasado los 8 minutos se retiró del baño María y se agregó la manteca de
cacao previamente derretida en baño María a 75 °C X 8 min.
Posteriormente se agregó 231 μl de tween y se agitó durante 1 minuto,
se mezcló constantemente con la ayuda de una varilla de vidrio durante
10 minutos hasta alcanzar una mezcla homogénea, luego se dejó enfriar
a 25 °C.
4.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero.
Relación cera, manteca y tween
60:40
0.75 %: 0.25 %
50
4.1.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero.
Se realizaron cálculos para la adición de cera de abeja y manteca de cacao en
relación al quitosano a fin de preparar la película comestible respetando el diseño
de la investigación (ver tabla 5).
Tratamiento 1
Cálculo para adición, cera de abeja en base al polímero 1.5 g de quitosano.
1.5 g 100 %
X 25 %
=0.375 g Cera de abeja
Cálculo para adición, manteca de cacao en base al polímero 1.5 g de quitosano.
1.5 g 100 %
X 25 %
=0.375 g Manteca de cacao
Se realizó el cálculo del tween 80 como emulsionante en la preparación de la
película comestible su uso ayudó a disolver las grasas para adicionarlo en la mezcla
de manteca de cacao y cera de abeja mediante la siguiente ecuación (Ec 3).
d = m
v
d * v = m
v = m
d
v = 0.25 g
1.08 g/cm3
v = 0.231 cm3de Tween
0.231 cm3 (1.0 ml
1.0 cm3) = 0.231 ml
0.231 ml 1000μl
1ml = 231 μl de Tween
Ec (3)
51
De la misma forma se calcularon los 2 tratamientos siguientes en base a las
proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película comestible (ver
tabla 6).
Tabla 6. Formulación efectuada en relación al polímero para el desarrollo de la película comestible.
Tratamientos Quitosano
Cera de abeja
Manteca de cacao
Twenn
(g) (g) (g) (μl)
T1 1.5 0.375 0.375 231 T2 1.5 0.45 0.30 231 T3 1.5 0.525 0.225 231
Se utilizó 3 tratamientos en proporciones diferentes para el desarrollo de la película comestible aplicada al tomate de árbol (S. betaceum) Tello, 2020
Finalmente, las mezclas se vertieron en cajas Petri 10*10 cm y se dejaron
secar a 29 °C durante 48 horas (ver figura 7) para proceder a cortar las
muestras con las siguientes dimensiones: 80 mm de largo x 25 mm de ancho
(ver Anexo 6).
Composición Observación visual
Quitosano 1.5 g
Cera de abeja 0.375 g
Manteca de cacao 0.375 g
Tween 231 μl
Glicerol 59 μl
Quitosano 1.5 g
Cera de abeja 0.45 g
Manteca de cacao 0.30 g
Tween 231 μl
Glicerol 59 μl
Quitosano 1.5 g
Cera de abeja 0.525 g
Manteca de cacao 0.225 g
Tween 231 μl
Glicerol 59 μl
Figura 7. Observación de las películas comestibles y composición utilizada para su elaboración Tello, 2020
52
4.2 Evaluación del mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas
de tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate
de árbol (Solanum betaceum)
El ensayo de las propiedades mecánicas de tracción se realizó en LEMAT con
las muestras previamente cortadas (80 mm de largo x 25 mm de ancho), se analizó
los 3 tratamientos con proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y
manteca de cacao, para obtener valores significativos en el ensayo tracción se
realizó 7 replicaciones a cada tratamiento para caracterizar, cuál es el mejor basado
en resistencia pero para determinar el espesor, anchura y longitud calibrada se
realizó a 5 muestras debido que las 2 muestras siguientes no cumplían con
dimensiones adecuadas para su determinación pero si cumplían para ejecutar el
ensayo de tracción.
El espesor de los 3 tratamientos fue medido utilizando un micrómetro digital
(marca MItutuyo con presión 0 – 20000 PSI), el resultado del espesor en todas las
muestras fue expresado en mm (ver tablas 7, 9, 11).
Tabla 7. Determinación del espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en las películas, respeto al tratamiento 1.
No.
Espesor
(mm)
Anchura
(mm)
Longitud calibrada
(mm)
20-5364 – 1 T1 0.0560 25 25
20-5364 – 2 T1 0.0770 25 25
20-5364 – 3 T1 0.0750 25 25
20-5364 – 4 T1 0.0630 25 25
20-5364 – 5 T1 0.0780 25 25
Valores en respuesta al espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020
53
Los valores que se encuentran en la tabla 7 corresponde al tratamiento 1
(quitosano 50 %, cera de abeja 25 % y manteca de cacao 25 %), la muestra 20-
5364 – 5 T1 con 0.0780 mm, posee mayor espesor en comparación a las otras
muestras del T1 por lo tanto, tiene mayor probabilidad de resistencia en su
elasticidad. Para todas las muestras de T1 presentaron 25 mm de ancho y 25.000
mm de longitud calibrada, valor que corresponde a la distancia de separación entre
unto a otro para determinar su resistencia.
Tabla 8. Propiedades mecánicas de la película con respecto a la formulación del tratamiento 1.
No.
Esfuerzo máximo
(MPa)
Deformación a
la rotura (%)
Carga máxima
(N)
20-5364 – 1 T1 11.5 18.6840 16.2
20-5364 – 2 T1 4.54 7.42000 8.74
20-5364 – 3 T1 9.06 29.0240 17.0
20-5364 – 4 T1 4.96 3.10000 7.82
20-5364 – 5 T1 5.59 13.8920 10.9
Media 7.13 14.4240 12.1
Desviación estándar 3.03 10.1 4.24
Valores en respuesta a las propiedades mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima (N) en relación al tratamiento 1. LEMAT, 2020
De acuerdo con las propiedades mecánicas de la película con respecto a la
formulación del tratamiento 1 (quitosano 50 %, cera de abeja 25 % y manteca de
cacao 25 %), se analizó 5 muestras para su ejecución, considerando los resultados
la media obtenida de la tabla, indica que el esfuerzo máximo es de 7.13 (MPa),
deformación a la rotura es 14.4240 % y carga máxima 12.1 N.
54
Deformación (%)
Figura 8. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 1 con respecto al esfuerzo y deformación LEMAT, 2020
Para determinar el esfuerzo máximo y la deformación en las películas se realizó
a 7 muestras en base del tratamiento 1 (T1) (quitosano 50 %, cera de abeja 25 %
y manteca de cacao 25 %), el gráfico de la figura 8 indica que 3 muestras del T1
demostraron mayor resistencia y deformidad (20-5364 -1 T1, 20-5364 -3 T1, 20-
5364 -6 T1), las 4 muestras restantes fueron muy débiles y no llegaron a tener una
buena resistencia. La muestra 20-5364 -1 T1, se visualiza que el esfuerzo máximo
es de 11.5 MPa, y se deforma a 18.6840 %, si sobrepasa la carga máxima de 16.2
N se provoca el fallo elástico de la muestra. A diferencia de la muestra 20-5364 -3
T1 el esfuerzo máximo es menor que la prima muestra con 9.6 MPa pero tiene una
mayor deformación a la rotura de 29.0240 %. Es decir que la muestra 20-5364 -3
T1 mientras menor sea su esfuerzo mayor es su deformación.
Esfu
erz
o (
MP
a)
55
Tabla 9. Valores de espesor (mm) en relación a la anchura (mm) y longitud calibrada (mm) del tratamiento 2.
No.
Espesor
(mm)
Anchura
(mm)
Longitud calibrada
(mm)
20-5364 – 1 T2 0.0750 25 25
20-5364 – 2 T2 0.1070 25 25
20-5364 – 3 T2 0.0930 25 25
20-5364 – 4 T2 0.0730 25 25
20-5364 – 5 T2 0.0600 25 25
Resultado de las muestras del tratamiento 2 con respecto, espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020
Los valores que se encuentran en la tabla 9 corresponde al tratamiento 2
(quitosano 50 %, cera de abeja 30 % y manteca de cacao 20 %), la muestra 20-
5364 – 2 T2 con 0.10700 mm, posee mayor espesor en comparación a las otras
muestras del T2 por lo tanto, tiene mayor probabilidad de resistencia en el ensayo
de tracción. Para todas las muestras de T2 presentaron 25 mm de ancho y 25.000
mm de longitud calibrada.
Tabla 10. Propiedades mecánicas en base del tratamiento 2.
No.
Esfuerzo máximo
(MPa)
Deformación a la
rotura (%)
Carga máxima
(N)
20-5364 – 1 T2 8.81 4.54400 16.5
20-5364 – 2 T2 6.85 6.89600 18.3
20-5364 – 3 T2 5.89 7.54800 13.7
20-5364 – 4 T2 7.08 10.6040 12.9
20-5364 – 5 T2 8.47 21.9200 12.7
Media 7.42 10.3024 14.8
Desviación estándar 1.21 6.84 2.47
Valores en respuesta a las propiedades mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima (N) en relación al tratamiento 2. LEMAT, 2020
56
Los resultados mostrados en la tabla 10 corresponden a las propiedades
mecánicas con respecto a las películas del tratamiento 2 (quitosano 50 %, cera de
abeja 30 % y manteca de cacao 20 %), se realizó el análisis de tracción a 5
muestras considerando los valores de la media, indicando que el esfuerzo máximo
es de 7.42 MPa, deformación a la rotura es 10.3024 % y carga máxima 14.8 N.
Deformación (%)
Figura 9. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 2 con respecto al esfuerzo y deformación LEMAT, 2020
Se determinó el esfuerzo máximo y deformación a 7 muestras con respecto al
T2 (quitosano 50 %, cera de abeja 30 % y manteca de cacao 20 %), el gráfico de
la figura 9 indica que la muestra 20-5364 - 4 T2 destacó por su mayor resistencia
pero la muestra 20-5364 - 7 T2 fue la mejor porque con menor resistencia, mayor
fue su deformación de a la rotura. Las demás muestras del T2 llegaron a tener
mejor resistencia en comparación al T1 y mayor deformación.
Esfu
erz
o (
MP
a)
57
Tabla 11. Valores de espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en las películas del tratamiento 3.
No.
Espesor
(mm)
Anchura
(mm)
Longitud calibrada
(mm)
20-5364 – 1 T3 0.0980 25 25
20-5364 – 2 T3 0.0580 25 25
20-5364 – 3 T3 0.0430 25 25
20-5364 – 4 T3 0.0620 25 25
20-5364 – 5 T3 0.0770 25 25
Resultado del espesor (mm) de las películas en relación a la anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020
Los valores que se encuentran en la tabla 11 corresponde al tratamiento 3
(quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %), la muestra 20-
5364 – 1 T3 con 0.0980 mm, 25 mm de ancho y 25.000 mm de longitud calibrada,
posee mayor espesor en comparación a las otras muestras del T3 por lo tanto,
tiene mayor probabilidad de resistencia en el ensayo de tracción.
Tabla 12. Propiedades mecánicas de las películas con respecto al tratamiento 3.
No.
Esfuerzo máximo
(MPa)
Deformación a la
rotura (%)
Carga máxima
(N)
20-5364 – 1 T3 12.8 6.58400 31.5
20-5364 – 2 T3 9.28 9.59200 13.5
20-5364 – 3 T3 13.1 17.8760 14.1
20-5364 – 4 T3 7.33 16.4000 11.4
20-5364 – 5 T3 10.2 8.85600 19.6
Media 10.5 11.8616 18.0
Desviación estándar 2.43 4.97 8.12
Valores en respuesta a las propiedades mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima (N) en relación al tratamiento 3. LEMAT, 2020
58
De acuerdo con las propiedades mecánicas de la película con respecto a la
formulación del tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de
cacao 15 %), se analizó 5 muestras para su ejecución, considerando los resultados
la media obtenida de la tabla, indica que el esfuerzo máximo es de 10.5 (MPa),
deformación a la rotura es 11.8616 % y carga máxima 18.0 N.
Deformación (%)
Figura 10. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 3 con respecto al esfuerzo y deformación LEMAT, 2020
El esfuerzo y deformación que se visualizan en la figura 10, se realizó a 7
muestras en base del tratamiento 3 (T3) (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y
manteca de cacao 15 %), la muestra 20-5364 - 7 T3 destacó por su mayor
resistencia (46 MPa) y menor deformación a la rotura (13 %), consecuentemente
la muestra 20-5364 - 3 T3 posee menor esfuerzo (13.1 MPa) y mayor deformación
a la rotura 17.8760 %, es decir tiene un comportamiento elástico en su estructura
que permite mayor elasticidad, mientras que las demás muestras del T3 también
tienen menor esfuerzo y mayor deformación. Por lo tanto las muestras del
Esfu
erz
o (
MP
a)
59
tratamiento 3 que fueron sometidas al análisis de tracción poseen características
elásticas, mientras menor sea el esfuerzo mayor es su deformación a la rotura.
El mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas de tracción más
óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de árbol es el tratamiento 3
debido que su formulación quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao
15 % se fusionaron para obtener buenas películas.
El T3 se diferencia de los 2 tratamientos por poseer mayor cantidad de cera de
abeja (35 %), esta materia prima contiene pequeñas cantidades de hidrocarburos
insaturados que son responsables de su flexibilidad en las películas. La manteca
de cacao usada en pequeña cantidad (15 %) en las películas también ayudó a
obtener muestras flexibles, manejables aportando buenos resultados en la
deformación a la rotura.
La adición de emulsionante (Tween 80) y plastificante (glicerol) ayudó a la
deformación de las películas pero disminuyó su resistencia a la tracción. Esto
puede explicarse por el hecho de que el tamaño molecular del Tween 80 y glicerol
son relativamente pequeños que podrían ocupar el espacio entre el polímero
(quitosano) aumentando aún más la movilidad de la cadena, potenciando el efecto
plastificante.
4.3 Ejecución del análisis de temperatura de transición vítrea y estructura
mediante microscopía electrónica de barrido al mejor tratamiento de
tracción.
El análisis de temperatura de transición vítrea (Tg) se realizó al tratamiento 3
(quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %), considerado el
mejor, basado en las propiedades mecánicas de tracción con buenos resultados
de esfuerzo máximo (10.5 MPa), deformación a la rotura (11.8616 %) y carga
60
máxima (18.0 N). La película del tratamiento 3 se analizó mediante calorímetro
diferencial de barrido (DSC Q200 V24.11 Build 124), este instrumento mide la Tg a
través de un programa de temperatura controlada (calor / frío / calor). Las muestras
se escanearon en el rango de temperatura de - 25 °C a 100 °C con velocidades de
calentamiento de 2 a 10 °C / min. Se utilizó gas nitrógeno para ambientar la muestra
con el fin de ejecutar el análisis de Tg, escogiendo como el punto de inflexión (punto
medio) el incremento de la capacidad calorífica específica.
Temperatura (°C)
Figura 11. Gráfica del análisis de temperatura de transición vítrea en relación al mejor tratamiento de tracción (T3) LEMAT, 2020
En la gráfica de la figura 11 se visualiza 4 picos en relación al flujo de calor de
un punto a otro con variaciones de temperaturas ascendentes y descendentes. La
temperatura ascendente comienza desde el primer pico 0.3 W / g con 11.90 °C,
sube al segundo pico es de 0.4 W / g con 52.49 °C y se debilita llegando a un
descenso por bajo flujo de calor al tercer pico 56.82 °C, luego el flujo de calor
asciende con una pequeña curva conformada por 3 puntos de calor, 42.37 °C,
39.56 °C, 39.29 °C, llegando al cuarto pico con 18.41 °C y asciende hasta su punto
Flu
jo d
e c
alo
r (W
/ g
)
61
inicial. Por lo tanto se observa cambios de temperatura que comienza con un
ascenso de flujo de calor formando picos de temperaturas pero el flujo de calor
desciende y asciende hasta llegar a su punto de inicio. Es decir, mientras mayor es
el flujo de calor mayor es su temperatura y a menor flujo de calor menor es su
temperatura.
El primer pico de Tg 11.90 °C corresponde a la cristalización tipo β en su
estructura de la manteca de cacao, al poseer un conjunto de triglicéridos (la
manteca, el azúcar cristalizado y sólidos de cacao) al llegar a esta temperatura
(11.90 °C) se disuelve perdiendo sus propiedades humectantes en la película. El
segundo pico se observó a 52.49 °C, se encuentra asociado con la evaporación del
agua y ácido acético, el tercer pico a 56.82 °C corresponde a la degradación de la
estructura del polímero (quitosano) 2-amino-2desoxi-D-glucosa, incluyendo la
descomposición de las unidades acetiladas, desacetiladas en la cadena polimérica
y deshidratación de los anillos sacáridos. Después del tercer pico se forma una
pequeña curva conformada por 3 puntos de calor (42.37 °C, 39.56 °C, 39.29 °C),
la Tg entre 42.37 °C y 39.56 °C es otorgado al Tween 80 a estas temperaturas el
emulsionante se cristaliza debido a presencia de un anfifilo (glicerol) al llegar a la
Tg entre 39.56 °C y 39.28 °C el glicerol produce una plastificación en la cadena del
polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de las moléculas, esto
ocasiona la disminución del flujo de calor (- 0.3 W / g). El cuarto pico se forma a
18.41 °C pertenece a la Tg de la cera de abeja, su flujo de calor es bajo (- 0.1 W /
g) porque las películas que contienen cera retienen una mayor cantidad de
humedad (debido al efecto protector de la cera para la evaporación del agua). Es
decir que al llegar a - 0.1 W / g con 18.41 °C el agua que retiene la cera de abeja
se evapora, obteniendo una estructura de la película dura y quebradiza.
62
4.3.1 Micrografías de película comestible basada en el mejor tratamiento de
tracción (T3)
El tratamiento 3 con formulación quitosano (50 %), cera de abeja (35 %) y
manteca de cacao (15 %) fue la mejor película, basada en las propiedades
mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima
(N). Se realizó el análisis de microscopia electrónica de barrido (SEM) con la
finalidad de caracterizar la estructura de la mejor película (T3).
Figura 12. Visualización de la estructura del mejor tratamiento (T3) en SEM, a) micrografía panorámica con 250 x de resolución, b) micrografía superficial con 1000 x de resolución, c) micrografía central de la película con 2500 x de resolución, d) micrografía con 5000 x máximo de resolución LEMAT, 2020
La imagen de micrografía en la figura 12 a) se visualiza muestra plana, sin
grietas, ni rugosidad, pero con pequeñas partículas en la superficie, debido a la
a) b)
c) d)
63
presencia del polímero (quitosano) dispersos en la muestra, b) observación de
grietas, gránulos dispersos en la muestra analizada, c) superficie porosa debido a
la interacción del glicerol como plastificante, provocó la formación de grietas, poros
y gránulos, d) con 5000 x máximo de resolución ayudó a observar un gránulo con
orificio en el centro de forma semejante a una dona, este efecto indeseable es
atribuido a la concentración quitosano en agua destilada más ácido acético, esto
sucedió por un proceso incompleto de gelatinización que impidieron las partículas
del quitosano se disuelva completamente pero se puede mejorar con ajustes de
temperatura y tiempo en la elaboración de nuevas películas.
El comportamiento de la cera de abeja en relación al polímero ayudó que las
muestras sean planas, compactas por sus buenas propiedades de barrera pero
provocó grietas en diferentes partes de la muestra a causa de su estructura. A
diferencia de la manteca de cacao presenta un comportamiento poliforme por la
presencia de cristales en su estructura, es decir que tiene buenas propiedades
humectantes, su adición en proporciones bajas aporta flexibilidad, suavidad en la
película.
Por lo tanto se puede atribuir al quitosano en mayor proporción tiene una mejor
interacción con la cera de abeja y manteca de cacao obteniendo películas sin
rugosidades.
4.4 Demostración del tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum
betaceum) con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a
la pérdida de peso y concentración de azúcares.
El tomate de árbol se almacenó en presencia de 15 frutos con y sin
recubrimiento, aplicando la mejor película comestible correspondiente al
tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 25 %),
64
durante 15 días a 4 °C. Cada día se midió la pérdida de peso con una balanza
analítica (± 0,1 mg, capacidad máxima de 110 hasta 1010 g) para demostrar la
factibilidad del recubrimiento en el fruto.
Tabla 13. Pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento.
No.
Peso (g)
Días de almacenamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 109 109 109 109 108 108 108 107 107 106 106 105 104 103 102
2 114 114 114 114 113 113 113 112 112 111 111 110 109 108 107
3 98 98 98 98 97 97 97 96 96 95 95 94 93 92 91
4 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92
5 107 107 107 107 106 106 106 105 105 104 104 103 102 101 100
6 108 108 108 108 107 107 107 106 106 105 105 104 103 102 101
7 97 97 97 97 96 96 96 95 95 94 94 93 92 91 90
8 107 107 107 107 106 106 106 105 105 104 104 103 102 101 100
9 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92
10 108 108 108 108 107 107 107 106 106 105 105 104 103 102 101
11 91 91 91 91 90 90 90 89 89 88 88 87 86 85 84
12 104 104 104 104 103 103 103 102 102 101 101 100 99 98 97
13 102 102 102 102 101 101 101 100 100 99 99 98 97 96 95
14 101 101 101 101 100 100 100 99 99 98 98 97 96 95 94
15 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92
Media 102,87 102,87 102,87 102,87 101,87 101,87 101,87 100,87 100,87 99,87 99,87 98,87 97,87 96,87 95,87 Desv. Est 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,963 5,963 5,963 5,963 5,963 5,963
Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
Los valores que se encuentran en la tabla 13 indican la pérdida de peso
progresivo en el tomate de árbol con recubrimiento, considerando los resultados
del promedio (media) en los 15 frutos pesados. Del primero al cuarto día el peso se
mantuvo (102,87 g), a partir del quinto día baja (101,87 g), manteniéndose hasta el
séptimo día. Sin embargo del octavo al noveno día el peso desciende (100,87 g),
el décimo y onceavo día baja (99,87 g), los días restantes de la experimentación la
frecuencia de peso desciende cada día.
65
Figura 13. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento durante 15 días a 4 °C. Tello, 2020
En los 15 tomates de árbol con recubrimiento que fueron expuestos a 4 °C
durante 15 días tiene una frecuencia que mantiene el peso durante los primeros
cuatro días, después comienza a descender su peso los tres días posteriores y los
demás días desciende progresivamente el peso.
Tabla 14. Pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.
No.
Peso (g)
Días de almacenamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 104 104 103 103 102 101 100 100 99 98 97 96 95 94 93
2 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94
3 102 102 101 101 100 99 98 98 97 96 95 94 93 92 91
4 95 95 94 94 93 92 91 91 90 89 88 87 86 85 84
5 111 111 110 110 109 108 107 107 106 105 104 103 102 101 100
6 114 114 113 113 112 111 110 110 109 108 107 106 105 104 103
7 114 114 113 113 112 111 110 110 109 108 107 106 105 104 103
8 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94
9 99 99 98 98 97 96 95 95 94 93 92 91 90 89 88
10 108 108 107 107 106 105 104 104 103 102 101 100 99 98 97
11 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94
12 104 104 103 103 102 101 100 100 99 98 97 96 95 94 93
13 111 111 110 110 109 108 107 107 106 105 104 103 102 101 100
14 108 108 107 107 106 105 104 104 103 102 101 100 99 98 97
15 86 86 85 85 84 83 82 82 81 80 79 78 77 76 75
Media 104,73 104,73 103,73 103,73 102,73 101,73 100,73 100,73 99,733 98,73 97,73 96,73 95,733 94,73 93,73 Desv. Est. 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,363 7,363 7,363 7,3627 7,363 7,363
Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
92
94
96
98
100
102
104
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Pes
o (
g)
Tiempo de almacenamiento (días)
66
Los valores que se encuentran en la tabla 14 indican la pérdida de peso
progresivo en el tomate de árbol sin recubrimiento, considerando los resultados del
promedio (media) en los 15 frutos pesados. Los dos primeros días el peso se
mantuvo (104,73 g), a partir del tercer día baja su peso manteniéndose al cuarto
día (103,73 g), los días restantes de la experimentación la frecuencia de peso
desciende.
Figura 14. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020
En la gráfica de la figura 14 se visualiza el descenso de la pérdida de peso en
15 tomates de árbol sin recubrimiento que fueron expuestos a 4 °C durante 15 días,
en los dos primeros días se mantiene su peso pero en el octavo día baja
progresivamente. Para determinar el porcentaje de la pérdida de peso (% PP) en
frutos con y sin recubrimiento se lo realizó mediante la ecuación (ver tabla 15 y 16):
% PP= Peso Inicial - Peso final
Peso inicialx 100
85
90
95
100
105
110
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Pes
o (
g)
Tiempo de almacenamiento (días)
67
Tabla 15. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento.
No.
Peso (%)
Días de almacenamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0 0 0 0 0,92 0,92 0,92 0,83 0,83 2,75 2,75 3,67 4,59 5,50 6,42
2 0 0 0 0 0,88 0,88 0,88 1,75 1,75 2,63 2,63 3,51 4,39 5,26 6,14
3 0 0 0 0 1,02 1,02 1,02 2,04 2,04 3,06 3,06 4,08 5,10 6,12 7,14
4 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07
5 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,87 1,87 2,80 2,80 3,74 4,67 5,61 6,54
6 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,85 1,85 2,78 2,78 3,70 4,63 5,56 6,48
7 0 0 0 0 1,03 1,03 1,03 2,06 2,06 3,09 3,09 4,12 5,15 6,19 7,22
8 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,87 1,87 2,80 2,80 3,74 4,67 5,61 6,54
9 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07
10 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,85 1,85 2,78 2,78 3,70 4,63 5,56 6,48
11 0 0 0 0 1,09 1,09 1,09 2,20 2,20 3,30 3,30 4,40 5,50 6,60 7,70
12 0 0 0 0 0,96 0,96 0,96 1,92 1,92 2,88 2,88 3,85 4,81 5,77 6,73
13 0 0 0 0 0,98 0,98 0,98 1,96 1,96 2,94 2,94 3,92 4,90 5,88 6,86
14 0 0 0 0 0,99 0,99 0,99 1,98 1,98 2,97 2,97 3,96 4,95 5,94 6,93
15 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07
Media 0 0 0 0 0,975 0,97 0,975 1,88 1,883 2,925 2,925 3,90 4,93 5,85 6,83 Desv.
Est 0 0 0 0 0,055 0,06 0,055 0,31 0,312 0,172 0,172 0,23 0,34 0,34 0,40
Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
Tabla 16. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.
No.
Peso (%)
Días de almacenamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,85 3,85 4,81 5,77 6,73 7,70 8,65 9,62 10,58
2 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48
3 0 0 0,98 0,98 1,96 2,94 3,92 3,92 4,90 5,88 6,86 7,84 8,82 9,80 10,78
4 0 0 1,05 1,05 2,11 3,16 4,21 4,21 5,26 6,31 7,37 8,42 9,47 10,53 11,58
5 0 0 0,90 0,90 1,80 2,70 3,60 3,60 4,50 5,41 6,31 7,21 8,11 9,01 9,91
6 0 0 0,88 0,88 1,75 2,63 3,51 3,51 4,39 5,26 6,14 7,02 7,89 8,77 9,65
7 0 0 0,88 0,88 1,75 2,63 3,51 3,51 4,39 5,26 6,14 7,02 7,89 8,77 9,65
8 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48
9 0 0 1,01 1,01 2,02 3,03 4,04 4,04 5,05 6,06 7,07 8,08 9,10 10,10 11,11
10 0 0 0,93 0,93 1,85 2,78 3,70 3,70 4,63 5,56 6,48 7,41 8,33 9,26 10,19
11 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48
12 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,85 3,85 4,81 5,77 6,73 7,70 8,65 9,62 10,58
13 0 0 0,90 0,90 1,80 2,70 3,60 3,60 4,50 5,41 6,31 7,21 8,11 9,01 9,91
14 0 0 0,93 0,93 1,85 2,78 3,70 3,70 4,63 5,56 6,48 7,41 8,33 9,26 10,19
15 0 0 1,16 1,16 2,32 3,49 4,65 4,65 5,81 6,98 8,14 9,30 10,5 11,63 12,80
Media 0 0 0,96 0,96 1,917 2,88 3,838 3,84 4,80 5,757 6,718 7,68 8,64 9,60 10,56 Desv. Est. 0 0 0,07 0,07 0,148 0,22 0,295 0,29 0,367 0,441 0,515 0,59 0,66 0,737 0,811
Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
68
Tabla 17. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin recubrimiento. Tomate
de
árbol
Pérdida de peso (%)
Días de almacenamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Con R. 0 0 0 0 0,97 0,97 0,97 1,88 1,88 2,92 2,92 3,90 4,93 5,85 6,83
Sin R. 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,84 3,84 4,80 5,76 6,72 7,68 8,64 9,60 10,56
Pérdida de peso durante los 15 días de almacenamiento a 4 °C en tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020
Los valores que se encuentran en la tabla 17 indican la pérdida de peso
progresivo en los tomates de árbol con y sin recubrimiento considerando los
resultados del promedio (media) en los 15 frutos pesados ver tabla 13 y 14. En
tomates de árbol con recubrimiento, durante 4 días no perdieron su peso pero al
quinto día sube paulatinamente durante 15 días con 6,83 % de pérdida de peso en
frutos recubiertos. Al contrario de los tomates de árbol sin recubrimiento durante
los días iniciales no perdieron peso, a partir del tercer día sube gradualmente hasta
llegar al día 15 con una pérdida de peso mayor a los frutos con recubrimiento de
10,56 %.
Figura 15. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Días de almacenamiento
Pér
did
a d
e p
eso
(%
)
Con R. Sin R.
69
En la gráfica de la figura 15 se visualiza que en los tomates de árbol sin
recubrimiento la pérdida de peso fue de 10,56 %, mientras que en los tomates de
árbol con recubrimiento fue a 6,83 %. Por lo tanto la película comestible de
quitosano, cera de abeja y manteca de cacao aplicada al tomate de árbol ayudó a
controlar la pérdida de peso durante 15 días de almacenamiento por transpiración
(pérdida de agua libre y ligada en el alimento) y deshidratación. También la película
comestible aplicada al fruto ayudó a crear una atmósfera modificada sobre la
superficie del alimento, es decir que forma una barrera semipermeable contra el
paso de vapor de agua, protegiendo al alimento de la deshidratación por pérdida
de humedad.
Sin embargo en los tomates de árbol que no fueron tratados con el recubrimiento
la pérdida de peso fue progresivamente, durante los 15 días de almacenamiento
mostraron características propias de su maduración por la interacción de la pectina
y el almidón que se encuentran en el fruto, ocasionando una degradación paulatina
por la acción de amilasas y pectinasas que causan el aumento de la concentración
de azúcares, disminución de acidez, provocando la pérdida de peso en el alimento
(ver Anexo 8).
4.4.1 Concentración de azúcares en el tomate de árbol
Para la determinación de la concentración de azúcares en el tomate de árbol se
realizó por duplicado con y sin recubrimiento, utilizando un refractómetro (± 0,3 %
°Brix), en el que se agregó una gota de la muestra preparada acorde a la NTE INEN
380, indica se debe realizar un raspado en el centro del fruto evitando las semillas,
utilizar una gasa doblada en 4 partes para extraer el líquido, las primeras gotas se
rechazan y se prosigue a su determinación con el equipo previamente calibrado
(ver Anexo 2).
70
Tabla 18. Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento.
No. Análisis
°Brix
Días de almacenamiento
1 5 10 15
1 - T3 9,0 10,0 10,0 10,0
2 - T3 9,0 10,0 10,0 10,0
Media 9,0 10,0 10,0 10,0
Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
Se midió el ascenso de °Brix en los tomates de árbol con recubrimiento a los 1,
5, 7, 10 y 15 días de almacenamiento en la tabla 18 se evidencia la primera
medición de 9 °Brix y los siguientes días de experimentación se mantuvo a 10 °Brix
(ver figura 16).
Figura 16. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020 Tabla 19. Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento.
No. Análisis
°Brix
Días de almacenamiento
1 5 10 15
1 - T3 9,0 10,0 12,0 13,0
2 - T3 9,0 10,0 12,0 13,0
Media 9,0 10,0 12,0 13,0
Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020
8,0
9,0
10,0
11,0
1 5 10 15
°Bri
x
Días de almacenamiento1 - T3 2 - T3
71
En la tabla 19 se visualiza que en los tomates de árbol sin recubrimiento en
condiciones de almacenamiento a 4 °C, el ascenso de concentración de azúcares
es gradual durante 15 días (ver figura 17).
Figura 17. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020 Tabla 20. Grados Brix en el tomate de árbol con y sin recubrimiento.
Tomate de árbol
°Brix
Días de almacenamiento
1 5 10 15
Con R. 9,0 10,0 10,0 10,0
Sin R. 9,0 10,0 12,0 13,0
Grados Brix durante los 15 días de almacenamiento a 4 °C en tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020
Los valores que se encuentran en la tabla 20 indican los grados Brix
(concentración de azúcar) en los tomates de árbol con y sin recubrimiento, durante
los 15 días de almacenamiento se mantiene a 10 °Brix con la aplicación de la
película comestible aplicada al fruto, al contrario de los tomates de árbol sin
recubrimiento se incrementa la concentración de azúcares a 13 °Brix.
0,0
5,0
10,0
15,0
1 5 10 15
°Bri
x
Días de almacenamiento1 - T3 2 - T3
72
Figura 18. Grados Brix del tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020
En la gráfica de la figura 18 se observa que en los tomates de árbol sin
recubrimiento el ascenso de grados Brix fue mayor (13 °Brix) a diferencia de los
tomates de árbol con recubrimiento la concentración de azúcares se mantiene (10
°Brix). Por lo tanto la película comestible a base de quitosano, cera de abeja y
manteca de cacao aplicada en el tomate de árbol ayudó a mantener la
concentración de azúcares, es decir en las frutas tratadas no sufren cambios en los
procesos anaerobios como la formación de alcoholes, ayudando a conservar el
mismo grado de dulzor durante los 15 días de almacenamiento, aunque la
diferencia en los grados Brix en las frutas con y sin recubrimiento no fue tan
significativa a pesar de ser un fruto no climatérico.
El uso de quitosano como inhibidor de microorganismos en mayor proporción
(50 %) ayudó a mantener el tomate de árbol sin presencia de mohos, hongos que
puedan desarrollarse en temperatura de almacenamiento a 4 °C, la cera de abeja
(35 %) y manteca de cacao (15 %) aportaron a la textura del fruto sea más atractiva
para el consumidor, contribuyendo brillo, suavidad, manteniendo sus
características sensoriales (apariencia, textura, olor) durante los 15 días de
almacenamiento.
0,0
5,0
10,0
15,0
1 5 10 15
°Bri
x
Días de almacenamiento
Con R. Sin R.
73
5. Discusión
Para la obtención de la película comestible se realizó tres formulaciones,
compuesta por quitosano (50 %), 90 % grado de desacetilación, en proporciones
diferentes de cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao (25, 20, 15 %), se
añadió glicerol en una proporción de quitosano - plastificante de 2: 1 para todas las
soluciones de quitosano, la cera de abeja fue fundida a 80 °C x 8 min y la manteca
de cacao a 36 °C x 8 min, se agregó Tween 80 en base a la relación del polímero
60:40, se homogenizó y se dejó enfriar a 25 °C, se vertió la solución realizada en
cajas Petri, dejando enfriar durante 48 horas, obteniendo buenas películas flexibles,
resistentes, incoloras. Sin embargo Gomes, Oliveira, y Mendes (2017), elaboraron
biopelículas a base de quitosano con 87 % grado desacetilación en diferentes
concentraciones de cera de carnauba 0, 15, 30, 40 y 50 % (p / p), añadieron glicerol
en una proporción de quitosano-plastificante de 2:1, incorporando cera de carnauba
y se añadió Tween 20, se agitó durante 10 min hasta 85 ºC para fundir la cera,
luego se transfirió la solución en placas acrílica y se dejó secar a temperatura
ambiente (29 ºC) durante 48 horas, obteniendo películas incoloras y flexibles. En
comparación de Arredondo-Ochoa, García-Almendárez, y Amaro-Reyes (2016),
utilizaron tres diferentes ceras naturales (cera de abejas, cera de candelilla y cera
de carnauba) en presencia y ausencia de Tween 80, emplearon almidón de maíz y
glicerol en proporciones 80:20, la concentración de ceras varió del 5 % al 10 % (p
/ p), las ceras fueron fundidas y se mezclaron con dispersión de glicerol con o sin
Tween 80, el resultado con Tween 80 fue el mejor, formando películas secas con
una superficie lisa, planas, y manejables, con respecto a la relación almidón:
glicerol plastificante ayudó a obtener buenas películas flexibles.
74
La formulación quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %
corresponde al mejor tratamiento en base del ensayo de tracción, al poseer mayor
cantidad de cera de abeja (35 %) ayudó a una mayor deformación 17.8760 % con
menor esfuerzo (13.1 MPa). Estos resultados son comparables a lo reportado por
Chiumarelli y Hubinger (2015), el uso de cera de abeja en mayor proporción ayuda
a la resistencia de tracción (0,729 - 0,015 MPa), elongación (31.074 - 2.278 %), y
aumento del módulo elástico (0,221 - 0,02 MPa), sin embargo Chiumarelli (2016),
indica que la adición de lípidos forman películas inflexibles y quebradizas
obteniendo resultados indeseables de resistencia a la tracción (0,252 - 2,138 MPa)
y alargamiento a la rotura (varió de 10 a 51 %).
La temperatura de transición vítrea (Tg) en las películas a base de quitosano 50
%, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %, en este estudio se formaron 4
picos de temperatura, 11.90 °C (cristalización tipo β en su estructura de la manteca
de cacao), 52.49 °C (evaporación del agua y ácido acético), 56.82 °C (degradación
de la estructura del polímero), después del tercer pico se forma una pequeña curva
entre 42.37 °C y 39.56 °C es otorgado al Tween 80 a estas temperaturas el
emulsionante se cristaliza debido a presencia de un anfífilo (glicerol) al llegar a la
Tg entre 39.56 °C y 39.28 °C el glicerol produce una plastificación en la cadena del
polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de las moléculas y el pico
18.41 °C provocó la cristalización de la cera de abeja, SEM se visualizó una
muestra plana, sin rugosidad, pero con pequeñas partículas en la superficie debido
a un proceso incompleto de gelatinización que impidieron las partículas del
quitosano se disuelvan completamente. Por lo contrario Muscat, Adhikari, y Guo
(2015), realizaron películas a base de formulaciones con cera de abeja (10 %), cera
de candelilla (5 %), cera de carnauba (2 %), Tween-80 (2 %) y glicerol (1 %) , la Tg
75
de la película formó picos 40.50 °C – 39.56 °C, que son dominantes en Tween-80,
siendo el patrón de cristales tipo V (cristalinas), para la microestructura de la
película se examinó en SEM, visualizaron una muestra plana, evidenciando que el
emulsionante (Tween-80) interfiere con la interacción del almidón con la cera
ocupando el espacio entre las moléculas de almidón. Sin embargo Santos, Cacere,
y Azeredo (2017), realizaron películas a base de cera de carnauba con
proporciones cera de abeja / almidón (CA / A), respecto a la Tg los picos de fusión
fue alrededor de 18.94 – 23.55 °C para la cera de abeja afectando la cristalización
del almidón formando complejos con amilosa y / o amilopectina, las micrografías
en SEM de las películas con CA / A, observaron que las películas de almidón
aumentan la rugosidad superficial por adición de ceras es decir cuando la rugosidad
de la superficie aumenta, la hidrofobicidad aumenta.
Con la aplicación de la película comestible a base de quitosano, cera de abeja y
manteca de cacao en el tomate de árbol ayudó a controlar el ascenso de la pérdida
de peso y a mantener la concentración de azúcares en frutos con recubrimiento
durante 15 días de almacenamiento a 4 °C. En un estudio similar realizado por
Andrade, Acosta, y Osorio (2014), aplicaron un recubrimiento a base de cera de
laurel, fue capaz de alargar el tiempo de vida útil de un 25 % en el tomate de árbol
durante 15 días ayudando a reducir el índice de respiración y la pérdida de peso,
de acuerdo con la investigación de Torres Escudero (2018), sobre recubrimientos
comestibles en frutas y verduras mínimamente procesadas, se aplicó en rábano
rallado, este vegetal fue empacado en bolsas perforadas de propileno durante 10
días y almacenado a 4 °C, las muestras fueron tratadas con quitosano ayudando a
la disminución en la tasa de respiración, manteniendo las características
sensoriales del alimento. Sin embargo los autores Márquez y Pérez (2009),
76
determinaron el efecto de un recubrimiento comestible a partir de soluciones de
quitosano (0,6 %) y sucroéster de ácidos grasos (1 %) fue aplicado al fruto níspero,
y posteriormente se almacenó durante 16 días a 20 °C, el quitosano ayudó a
disminuir la tasa de respiración en los frutos recubiertos con 0.6 %, mientras los
frutos recubiertos con sucroéster fue de 1.4 %. Siendo el quitosano el componente
más eficiente para disminuir la tasa de respiración y ayuda a mantener las
características sensoriales del fruto.
77
6. Conclusiones
Se elaboró películas a partir de tres formulaciones a base de quitosano (50 %),
en proporciones diferentes de cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao
(25, 20, 15 %), obteniendo películas flexibles, resistentes, incoloras, compactas por
la adición del glicerol como plastificante y Tween 80 (emulsionante), su uso ayudó
a disolver las grasas para adicionarlo en la mezcla de manteca de cacao y cera de
abeja.
El ensayo de tracción realizado a la mejor película comestible muestra que el
tratamiento 3 se diferencia de los 2 tratamientos al poseer mayor cantidad de cera
de abeja, aportando flexibilidad en las películas, la manteca de cacao usada en una
proporción inferior a la cera de abeja también ayudó a obtener muestras flexibles,
manejables. Por lo tanto el tratamiento 3 con formulación quitosano 50 %, cera de
abeja 35 % y manteca de cacao 15 % fue la mejor, debido que las propiedades de
cada componente se fusionaron para obtener buenas películas con características
elásticas aportando buenos resultados en la deformación a menor esfuerzo. Es
decir, mientras menor sea el esfuerzo mayor es su deformación a la rotura.
El análisis de temperatura de transición vítrea (Tg) y estructura mediante
microscopía electrónica de barrido (SEM) se realizó al mejor tratamiento de tracción
(T3), en la Tg se visualizó 4 picos de temperatura que corresponde a la degradación
del polímero e interacción del glicerol produciendo plastificación en la cadena del
polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de la molécula y cristalización
de lípidos con el Tween 80, obteniendo una estructura de la película dura,
quebradiza, inmanejable a menor flujo de calor. El análisis de SEM ayudó a
visualizar la estructura de la película, observando una superficie plana con grietas
debido a la interacción del glicerol como plastificante y la presencia de gránulos con
78
orificio en el centro de forma semejante a una dona, efecto atribuido un proceso
incompleto de gelatinización que impidieron las partículas del quitosano se
disuelvan completamente.
Con la aplicación del tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y
manteca de cacao 15 %) en el tomate de árbol, permitió mantener la concentración
de azúcares (10 °Brix), controlar la pérdida de peso hasta 6,83 % durante 15 días
de almacenamiento a 4 °C, creando una atmósfera modificada sobre la superficie
del alimento, protegiéndolo de factores externos (luz, temperatura, humedad,
microorganismos) que causen su deterioro en condiciones de almacenamiento.
79
7. Recomendaciones
Para las futuras investigaciones relacionadas, se propone estudiar
formulaciones con máximo y mínimo de los componentes para realizar películas
comestibles de acuerdo al Codex Alimentarius para obtener resultados deseables.
Considerar el control de temperatura a 25 °C por 72 horas durante el proceso de
secado de las películas, para obtener muestras manejables facilitando su retiro en
los moldes.
Las muestras de películas que se van analizar para el ensayo de tracción, deben
ser cortadas con dimensiones de 100 mm (largo) por 25 mm (ancho) para una
mayor tensión y deben ser colocadas en cajas Petri cuadradas para evitar que las
esquinas del film se doblen. Las cajas Petri antes de usarla deben de estar
previamente esterilizadas con la finalidad de evitar el crecimiento de
microorganismos en las muestras.
Se sugiere utilizar las tiras sobrantes del ensayo de tracción para realizar el
análisis de temperatura de transición vítrea para determinar en esa misma muestra
el cambio de entalpía cuando el material inerte se calienta.
Para evitar formación de gránulos con orificio en el centro de forma semejante a
una dona, efecto indeseable atribuido a la concentración del quitosano en agua
destilada más ácido acético, se debe de estandarizar el tiempo y temperatura hasta
que las partículas del quitosano se disuelvan completamente y se logre visualizar
en SEM mejor la estructura de la película.
Se recomienda realizar control de temperatura en el almacenamiento de las
frutas para evitar resultados indeseables como el aumento de peso, debido a la
formación de cristales en el núcleo del fruto (agua ligada), efecto ocasionado por
bajas temperaturas inferiores a 4 °C.
80
Se sugiere evaluar propiedades sensoriales (color, aroma, textura y sabor) con
la aplicación de la película comestible en la fruta. También sería importante
investigar las propiedades antifúngicas, antimicrobianas del quitosano en relación
a la cera de abeja y manteca de cacao.
81
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89
9. Anexos
9.1 Anexo 1. Normativa para la recepción del tomate de árbol
Figura 19. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 1 909:2009 INEN, 2009
90
91
92
93
Figura 20. Índice de madurez para la recepción del tomate de árbol - NTE INEN 1 909:2009 INEN, 2009
94
9.2 Anexo 2. Normativa para determinar sólidos solubles
Figura 21. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 380:1985 INEN, 1985
95
Figura 22. Procedimiento para la medición de grados Brix – NTE INEN 380:1985 INEN, 1985
96
9.3 Anexo 3. Proforma de los análisis realizados
Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales
LEMAT
PROFORMA
Hoja 1 de 1
Edición: 8
CÓDIGO ASIGNADO: N° PR2006-3293
CLIENTE / PROCEDENCIA
SOLICITUD N#
EN - 3583 Contactos:
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Método de Ensayo Plazo de Entrega
Precio Unitario (USD)
Descuento (%)
Precio Total (USD)
1 Ensayo de: Tracción Película
Método Interno ASTM D882
5 días laborables $ 200,00 0% 200,00
1 Caracterización (DSC/SEM ) Película Método Interno
5 días laborables $ 300,00 0% 300,00
Observaciones: Su tesis se titula: “Desarrollo de una película comestible de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol"
Sub-Total
$ 500,00
IVA (12%) $ 60,00
TOTAL $ 560.00
ESTIMADO CLIENTE, LUEGO DE LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO EL LEMAT SE RESPONSABILIZARÁ DE CONSERVAR UNA CONTRAMUESTRA HASTA UN MES (A PARTIR DE LA ENTREGA DE LA ENTREGA DEL INFORME). DESPUÉS DE ESTE TIEMPO LAS MUESTRAS SERÁN ELIMINADAS. ESTO NO ES VÁLIDO PARA EQUIPOS DE CALIBRACIONES.
IMPORTANTE:
ESTA PROFORMA TIENE
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Elaborado por: Revisado y autorizado por:
RECIBIDO Paola Fischer T.
Servicio Cliente Firma: Tnlgo. Andrés Damián
Departamento Técnico
- El trabajo se realizará en días laborables.
- Ensayo Sub-contratado. *
- Ensayo Acreditado. **
- Todo pago con Cheque debe ser CERTIFICADO a nombre de ESPOL- TECH E.P.
MC0403-08
Figura 23. Valoración de los análisis (ensayo de tracción, transición vítrea y microscopia electrónica de barrido) efectuados Fischer, 2020
Nº PR2006-3293
97
9.4 Anexo 4. Factura de los análisis realizados
Figura 24. Total del dinero cancelado para la ejecución del análisis de tracción, temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) LEMAT, 2020
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9.5 Anexo 5. Listado de materiales y precios
Tabla 21. Tasación de artículos adquiridos para el desarrollo de la tesis
Cantidad Artículos/ Materiales de laboratorio Valor
20 Cajas Petri de plástico 100 x 17 mm $ 18.50
3 Cajas Petri de vidrio 100 x 17 mm $ 9.27
3 Bandeja de polipropileno 750 cc. $ 6.35
1 Caja Bolsas ziploc 17.7 cm x 18 cm $ 5.25
1 Papel aluminio $ 1.25
Reactivos
1lt Ácido peracético al 0.1% $ 20.00
1lt Tween 80 $ 6.00
Equipos de Laboratorio
1 Refractómetro ± 0,3 % Brix. $ 47.00
1 Balanza analítica ± 0,1 mg $ 11.00
Equipo de protección personal
1 Mandil $ 20.00
1 Cofia $ 00.75
5 Pares Guantes $ 3.75
5 Mascarilla $ 1.75
Materias primas
1kg Quitosano $ 20.00
1kg Cera de abeja $ 35.00
1kg Manteca de cacao $ 17.86
1kg Tomate de árbol $ 7.00
Análisis de laboratorio
1 Ensayo de tracción, temperatura de transición vítrea,
microscopia electrónica de barrido
$ 560.00
Total $ 790.73
Valoración total de la tesis para el desarrollo de películas comestibles de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol Tello, 2020
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9.6 Anexo 6. Procedimiento para la obtención de películas
Figura 25. Pesado 1.5 g de quitosano que fueron necesarios para la elaboración de la película comestible Tello, 2020
Figura 26. Adición 1 ml de ácido acético en la solución de quitosano y agua destilada Tello, 2020
Figura 27. Control de temperatura en la preparación de la película comestible Tello, 2020
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Figura 28. Muestras de los 3 tratamientos en cajas Petri Tello, 2020
Figura 29. Desprendimiento de película para posteriormente ser cortada en tira Tello, 2020
Figura 30. Muestra de la película con dimensiones 80 mm de largo x 25 mm de ancho para efectuar análisis de tracción Tello, 2020
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9.7 Anexo 7. Aplicación de la película comestible al tomate de árbol (Solanum
betaceum).
Figura 31. Inmersión del tomate de árbol Tello, 2020
Figura 32. Secado de frutos para retirar el exceso de solución Tello, 2020
Figura 33. Almacenamiento de frutas recubiertas a 4°C Tello, 2020
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Figura 34. Pesado del tomate de árbol con recubrimiento Tello, 2020
Figura 35. °Brix inicial del tomate de árbol sin y con recubrimiento Tello, 2020
Figura 36. °Brix final del tomate de árbol sin y con recubrimiento Tello, 2020
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9.8 Anexo 8. Daños externos e internos en el tomate de árbol en condiciones
de almacenamiento a 4 °C sin la aplicación de la película comestible.
Figura 37. Cambio de coloración a café oscuro en las semillas del tomate de árbol sin la aplicación de la película comestible Tello, 2020
Figura 38. Deshidratación, flacidez y cambio de coloración en la piel del tomate de árbol sin la aplicación de la película comestible en condiciones de almacenamiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020
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