ESTANDARIZACIÓN DE UNA FÓRMULA DE … · diana marcela caicedo velasco isabel cristina saa rivera universidad de san buenaventura facultad de ingenierÍa programa de ingenierÍa

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ESTANDARIZACIÓN DE UNA FÓRMULA DE AGLUTINANTE NATURAL EXTRAÍDO DE LA PLANTA CADILLO (Triumfetta Láppulal) PARA

EMPLEARSE COMO CLARIFICANTE EN LA PRODUCCIÓN DE PANELA

DIANA MARCELA CAICEDO VELASCO ISABEL CRISTINA SAA RIVERA

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL SANTIAGO DE CALI

2011

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ESTANDARIZACIÓN DE UNA FÓRMULA DE AGLUTINANTE NATURAL

EXTRAÍDO DE LA PLANTA CADILLO (Triumfetta Láppulal) PARA EMPLEARSE COMO CLARIFICANTE EN LA PRODUCCIÓN DE PANELA

DIANA MARCELA CAICEDO VELASCO ISABEL CRISTINA SAA RIVERA

Trabajo de grado para optar al título De Ingeniero Agroindustrial

Director JORGE ANTONIO DURÁN VANEGAS

Químico

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL SANTIAGO DE CALI

2011

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NOTA DE ACEPTACIÓN Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad de San Buenaventura Cali para optar al título de Ingeniería Agro-industrial.

Jurado o docente o director

Jurado o docente o director

Santiago de Cali, 09 de Junio de 2011

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“En todos los asuntos humanos hay esfuerzos, y hay resultados, y la fortaleza del

esfuerzo es la medida del resultado”.

James Allen

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DEDICATORIA

Dedico este trabajo de grado:

A DIOS Del amor quien me dio la vida, y ser la luz en mi camino

Permitiéndome llegar hasta donde estoy. Todo se lo debo a ÉL.

A MI MADRE MARÍA AMPARO CAICEDO VELASCO

Por ser el ser más importante en mi vida, la amiga, compañera En todos mis aciertos y equivocaciones, a ella le debo todo lo Que soy; esta meta cumplida es un homenaje a su sacrificio

A MI HIJO Y A MI ESPOSO MANUEL DAVID Y ROSELINO GOMEZ

Por su amor, paciencia y compañía incondicional en mi vida.

A MIS TIOS

PRESBITERO BERNARDO Y EULICIA MARINA CAICEDO Por ser quienes me han acompañado en el desarrollo de mí proceso formativo integral y

poder alcanzar el ideal como profesional.

Y a todas aquellas personas que me apoyaron en la realización de este Trabajo de grado

DIANA MARCELA CAICEDO VELASCO

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DEDICATORIA

Dedico este trabajo de grado:

A DIOS Por ser el mayor soporte en mi vida, el refugio en cada uno de los Momentos vividos y permitirme lograr ser lo que hoy en día soy.

A MIS PADRES MARIA CRISTINA RIVERA M. Y LUIS CARLOS SAA O.

Por su amor y su esfuerzo, para formarme como persona de bien. Son ellos los motivadores incansables para seguir adelante en el

Camino de la vida.

A MIS HERMANAS JULIANA ANDREA Y LEIDY TATIANA SAA RIVERA

Por su apoyo, colaboración y compañía incondicional en mi vida

A MI PAREJA JHON RIVERA LONDOÑO

Por su amor, apoyo incondicional y paciencia

Y a todas aquellas personas que me apoyaron en la realización de este Trabajo de grado

ISABEL CRISTINA SAA RIVERA

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AGRADECIMIENTOS

Las autoras expresan sus agradecimientos a:

Al Químico Jorge Antonio Durán Vanegas, por sus valiosa asesoría en el campo investigativo del proyecto.

A la Institución Educativa Agroindustrial Los Pastos, por su amable colaboración en la planta piloto.

A los Trapiches Santa Catalina (Cauca) y Palestina (Valle), por aportarnos sus conocimientos y materia prima.

Al Ingeniero Agrónomo Gustavo Adolfo Arango, por su participación y colaboración durante el desarrollo de las fases del proyecto.

A la Planta Piloto De Agroindustria De La Universidad De Nariño (Pasto).

Al personal del laboratorio de química por su colaboración y tiempo en cada una de las fases del proyecto de investigación.

Al Ingeniero Olaf Upegüi, Director del programa de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad de San Buenaventura Cali, por su interés en el desarrollo de este trabajo.

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TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. GLOSARIO .............................................................................................................. 17

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 18

3. ANTECEDENTES .................................................................................................... 19

4. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 20

5. OBJETIVOS DEL PROYECTO ................................................................................ 21

5.1 GENERAL .......................................................................................................... 21

5.2 ESPECÍFICOS ................................................................................................... 21

6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... 22

7. MARCO TEÓRICO / ESTADO DEL ARTE ............................................................... 23

7.1 LA AGROINDUSTRIA PANELERA .................................................................... 23

7.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN ......................................... 24

7.2.1 Corte ....................................................................................................... 24

7.2.2 Arrume Y Transporte ............................................................................... 24

7.2.3 Molienda ................................................................................................. 24

7.2.4 Prelimpieza ............................................................................................. 25

7.2.5 El Proceso Clarificación .......................................................................... 26

7.2.5.1 Mecanismos De Clarificación .................................................................. 27

7.2.5.2 Influencia Del Manejo Agronómico En La Clarificación .......................... 28

7.2.5.3 Los Aglutinantes En La Agroindustria Panelera ...................................... 29

7.2.5.4 Especies Utilizadas En Colombia ............................................................ 30

7.2.5.5 Propiedades De Los Mucilagos Vegetales .............................................. 34

7.2.5.6 FORMAS DE CLARIFICACIÓN .............................................................. 35

7.2.5.7 La Limpieza De Los Jugos. Un Requisito Indispensable Para La Calidad

De La Panela Y Las Mieles ..................................................................... 36

7.2.6 ENCALADO ............................................................................................ 38

7.2.7 COCCIÓN ............................................................................................... 38

7.2.8 PUNTEO ................................................................................................. 38

7.2.9 EMPAQUE Y ALMACENAMIENTO ........................................................ 38

7.3 CONCENTRACIÓN DE AZÚCARES ................................................................. 39

7.4 POTENCIAL DE HIDRÓGENO (pH) .................................................................. 39

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7.5 TEMPERATURA ................................................................................................ 40

7.6 DENSIDAD ........................................................................................................ 41

7.7 Absorbancia ....................................................................................................... 41

7.8 TURBIDEZ ......................................................................................................... 42

8. METODOLOGÍA DEL PROYECTO .......................................................................... 49

8.1 FASE I: EXTRACCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO EL AGLUTINANTE A

PARTIR DE CADILLO (Triumfetta láppulal) ....................................................... 49

8.1.1 VERIFICACIÓN DEL MÉTODO ARTESANAL POR EL CUAL SE EXTRAE

EL AGLUTINANTE A PARTIR DE CADILLO. ......................................... 49

8.1.1.1 Obtención de La Materia Prima ............................................................... 49

8.1.1.2 Maceración del Tallo de Cadillo .............................................................. 50

8.1.1.3 Extracción para validar muestra problema ............................................. 51

8.1.1.4 Elección de la solución de agua .............................................................. 51

8.1.1.5 Sumersión de la fibra en agua ................................................................ 52

8.1.1.6 Toma de datos ........................................................................................ 52

8.1.2 Planteamiento de las Formulaciones ...................................................... 52

8.1.3 Análisis de absorbancia del mucilago. .................................................... 54

8.1.4 Análisis de turbiedad del mucílago. ......................................................... 55

8.2 FASE II: DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD CIENTÍFICA DEL

AGLUTINANTE COMO CLARAFICANTE EN LA PRODUCCIÓN PANELERA. . 55

8.2.1 Proceso de clarificación .......................................................................... 59

9. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 60

9.1 FASE I: EXTRACCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO, EL AGLUTINANTE A

PARTIR DE CADILLO (Triumfetta láppulal) ....................................................... 60

9.1.1 Verificación del Método Artesanal por el Cual se Extrae el Aglutinante a

Partir de Cadillo. ..................................................................................... 60

9.1.2 Planteamiento de las Formulaciones ...................................................... 61

9.1.2.1 Formulación de 9 gr de Cadillo y Cuatro Tratamientos ............................ 61

9.1.2.2 Formulación De 11 Gr De Cadillo Y Cuatro Tratamientos ....................... 62

9.1.2.3 Formulación de 14 gr de Cadillo y Cuatro Tratamientos .......................... 63

9.1.2.4 Formulación de 17gr. De Cadillo y Cuatro Tratamientos ......................... 64

9.1.2.5 Formulación de 20 gr de Cadillo y Cuatro Tratamientos .......................... 65

x

9.2 FASE II: DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD CIENTÍFICA DEL

AGLUTINANTE COMO CLARAFICANTE EN LA PRODUCCIÓN PANELERA .. 66

9.2.1 Formulación Estándar ............................................................................. 69

10. CONCLUSIONES .................................................................................................... 71

11. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 72

12. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 73

ANEXO A ........................................................................................................................ 75

Análisis De Turbiedad Realizados A Los Diferentes Tratamientos ................................... 76

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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Clasificación Taxonómica del cadillo……………………………………………… 30

Tabla 2. Composición química de los mucilagos más utilizados en la Ind. Panelera…… 32

Tabla 3. Composición física de los mucilagos más utilizados en la Ind. Panelera…….. 32

Tabla 4. Composición física del balso y cadillo…………………………………………….. 33

Tabla 5. Tratamientos De Extracción De Mucilago De La Fibra De Cadillo…………….. 51

Tabla 6. Formulaciones para Ensayos Experimentales de Aglutinante a partir de Cadillo

(Triumfetta láppulal)…………………………………………………………………. 52

Tabla 7. Tipos de Agua……………………………………………………………………….. 53

Tabla 8. Formulación de tratamientos………………………………………………………. 53

Tabla 9. Diseño de Tratamientos experimentales………………………………………….. 53

Tabla 10. Variables Estables del proceso de Clarificación……………………………….. 58

Tabla 11. Respuesta de clarificación (si/no)………………………………………………… 59

Tabla 12. Experimentos de factibilidad científica del aglutinante en la clarificación del jugo

de la caña………………………………………………………………………………….. 59

Tabla 13. Resultados del proceso de extracción del aglutinante MP……………………. 61

Tabla 14. Resultados del proceso de extracción relación 1:11…………………………... 62

Tabla 15. Resultados del proceso de extracción relación 1:9…………………….…… 63

Tabla 20. Resultados del proceso de extracción relación 1:7……………………….… 64

Tabla 22. Resultados del proceso de extracción relación 1:6……………………….…. 65

Tabla 24. Resultados del proceso de extracción 1:5………………………………......... 66

Tabla 26. Respuesta de clarificación en los diferentes tratamientos…………………... 67

Tabla 27. Concentración de Solidos Solubles Antes y Después de la Clarificación..... 68

Tabla 28. Tratamientos que clarificaron y su absorbancia…………………………........ 70

xii

LISTA DE GRÁFICAS

Pág.

Gráfica 1. Sólidos Insolubles en Panelas Clarificadas con Balso, Cadillo y Guásimo Por

los métodos Convencionales y el Propuesto por el

CIMPA……………………………………………………………………........... 37

Gráfica 2. Variación de la concentración de solutos solubles según el tipo de

solvente……………………………………………………………………….…. 61

Gráfica 3. Absorbancia a 440 nm según tipo de agua relación 1:11………………….... 63

Gráfica 4. Absorbancia a 440 nm según tipo de agua relación 1:9…………………..… 64

Gráfica 5. Absorbancia a 440 nm según el tipo de agua relación 1:7…………….….....65

Gráfica 6 Absorbancia a 440 nm según el tipo de agua relación 1:6………………...…66

Gráfica 7. Absorbancia a 440 nm Según El Tipo De Agua Relación 1:5………………. 67

Gráfica 8. Concentración de Solidos Solubles Antes y Después de Clarificar los

Jugos……………………………………………………………………………….69

Gráfica 9. Distinción De Formulaciones Por Absorbancia………………………………..70

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LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Pág.

Foto 1. Arrumen, almacenamiento y molienda de caña en el Trapiche Santa Catalina

(Cauca)…………………………………………………………………………………. 25

Foto 2. Prelimpieza al jugo de caña (Trapiche Santa Catalina)……………………….….. 25

Foto 3. Lectura en Refractómetro……………………………………………………………. 39

Foto 4. Muestras de turbidez en agua……………………………………………………….. 41

Foto 5. Cadillo (Triumfetta láppulal)………………………………………………………….. 42

Foto 6. Selección de tallos de cadillo...…………………………………………………….. 42

Foto 7. Maceración del tallo de cadillo……………………………………………………… 43

Foto 8. Corteza del cadillo……………………………………………………………………. 43

Foto 9. Corteza de cadillo macerada……………………………………………………….. 44

Foto 10. Procedimiento para desprendimiento del mucilago………………………….…. 44

Foto 11. Mucilago o “baba” obtenida……………………………………………………….... 45

Foto 12. Medida de pH y Temperatura del Mucílago……………………………………… 45

Foto 13. Cadillo utilizado en 15 cochadas…………………………………………………. 45

Foto 14. Extracción de Cachaza del Jugo En Calentamiento……………………………... 46

Foto 15. Etapa de Consumido………………………………………………………………… 47

Foto 16. Agitación del Jugo y Formación de Bloques de Panela………………………..… 47

Foto 17. Tallos de cadillo (Triumfetta láppulal)………………………………………………. 50

Foto 18. Utensilios de Maceración……………………………………………………………. 50

Foto 19. Espectrofotómetro Génesys 10 UV………………………………………………... 54

Foto 20. Turbidímetro…………………………………………………………………………... 55

Foto 21. Pruebas de clarificación de la muestra F1……………………………………..….. 56

Foto 22. Pruebas de clarificación de la muestra F2……………………………………..….. 56

Foto 23. Pruebas de clarificación de la muestra F3…………………………………………. 57



Foto 26. Pruebas de clarificación de la muestra Fx…………………………………………. 58

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LISTA FIGURAS

Pág.

Figura 1. Labores de limpieza de las mieles mediante la adición de clarificantes

naturales en las pailas………………………………………………………….…. 26

Figura 2. Teoría de coagulación y floculación…………………………………………..… 27

Figura 3. (Izquierda y centro) Floración de cadillo y (derecha) Semilla de cadillo

Negro………………………………………………………………………............. 31

Figura 4. Labores de preparación de las cortezas vegetales para extraer los mucílagos y

escobilla con la que se son sumergirlas en las pailas para aprovechar sus

propiedades clarificantes………………………………………………………... 35

Figura 5. pH-metro de Campo y Rango para lectura de pH……………………............. 39

Figura 6. Escalas de Temperatura………………………………………………………… 40

Figura 7. Medición de Densidad con Lactodensímetro…………………………............. 40

Figura 8. Diagrama de la absorción de un haz de luz atravesando una cubeta de

tamaño L…………………………………………………………………….……. 41

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RESUMEN

En la Región del Sur Occidente colombiano, los procesos de fabricación de panela son todavía muy artesanales y no cuentan con fórmulas estandarizadas que garanticen reproducibilidad en sus productos. Dentro de los pasos que siguen para clarificar la panela utilizan el cadillo (Triumfetta láppulal), teniendo en cuenta que la extracción la realizan utilizando agua de río. Lo anterior llevó a diseñar un procedimiento, a escala de laboratorio, para lograr una fórmula estándar de obtención del extracto a partir del cadillo (Triumfetta láppulal), y de su dosificación como clarificante en la fabricación de panela. Para cada uno de los ensayos se tomó 100 ml agua (rio, destilada, potable y caliente), con diferente formulación de corteza de cadillo de 4 meses de edad y completa floración; El aglutinante se preparó sumergiendo la corteza del cadillo macerado en agua con 4 repeticiones por cada ensayo de esta manera se pudo medir los parámetros de pH, °Brix, temperatura, densidad desde del tiempo cero es decir desde el inicio de inmersión, a las 24 horas y finamente a las 48 horas. Seguido a esto los ensayos fueron sometidos por medio del método espectrofotométrico para ver el nivel de absorbancia del aglutinante y turbidez presentada en las muestras. Para cada ensayo se realizaron tres réplicas comparadas con el testigo absoluto (agua) para mayor confiabilidad de los datos. A partir de las 24 horas se empezó a ver los primeros cambios en los parámetros medidos, señalando el tiempo de extracción del clarificante, para respectivas evaluaciones se tomó 100 ml de jugo de caña a una temperatura de aproximadamente 80°C, agregando 4,31 ml del aglutinante con distinta formulación obteniendo 20 ensayos de evaluación y mostrando que la formulación que más efecto tuvo fue la relación 1:7 en agua potable.

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ABSTRACT

In the southwest region of Colombia, the bowl manufacturing processes are still very artisanal and have no standardized formulas to ensure reproducibility in their products. Among the steps below to clear the board uses the burdock (Triumfetta láppulal), taking the fact that the extraction is carried out using river water. This led us to design a procedure, a laboratory scale, to achieve a standard formula for obtaining the extract from burdock (Triumfetta láppulal) and its strength as fining agent in the production of bowl. For each of the trials took 100 ml water (river, distilled water and heated), with a different formulation of bark burdock 4 months old and full bloom; The binder was prepared by soaking the bark macerated in water burdock 4 replicates for each test could thus measure the parameters of pH, ° Brix, temperature, density from zero time from the beginning of immersion, 24 hours and 48 hours thinly. Following this the tests were submitted by the spectophotmetric method to see the level of absorbance of the binder and turbidity in the samples. For each trial, three replicates were compared to the absolute control (water) to increase the reliability of the data. After 24 hours began to see the first changes in the measured parameters, meaning clearer extraction time for the respective evaluations took 100 ml of cane juice to a temperature of about 80 ° C, adding 4.31 ml of binder formulation getting 20 different assessment tests and showing that the formulation had the greatest effect was the 1:7 ratio in drinking water.

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1. GLOSARIO

AGLUTINANTES: Sustancia que, por efecto del calor, reúne los sólidos coloidales y colorantes de los jugos de la caña, y que se tienen como impurezas en la elaboración de la panela. BAGAZO: Residuo que resulta después de la extracción del jugo de caña. BRIX: Es la concentración de una solución de sacarosa pura en agua, que tiene la misma densidad que la solución a la misma temperatura. CACHAZA: Residuo resultante durante la clarificación del jugo de caña, que se separa por decantación en dos clarificadores. CACHAZA NEGRA: Es la capa inicial de impurezas, se retira a la cachacera para separar el jugo extraído con la cachaza. CACHAZA BLANCA: Es la segunda capa que se forma, es más liviana y se debe retirar con prontitud, antes de que los jugos alcancen la temperatura de ebullición, para poder remover las impurezas. CLAROL: Es un producto químico que se utiliza para clarificar la panela. ENCALADO: Operación que consiste en regular el pH de los jugos a 5,8 con el objetivo para prevenir la formación de azúcares reductores y facilitar así la clarificación. Esta se realiza con la preparación de una lechada de cal grado alimentario. GRADOS BRIX: Medida utilizada en unidades porcentuales para determinar el contenido total de sólidos solubles en el jugo de la caña. PANELA: Alimento para consumo humano. Producto sólido que se obtiene a través de la evaporación y concentración de los jugos de la caña de azúcar. pH: Es una variable que determina el nivel de acidez o alcalinidad de cierta sustancia.

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2. INTRODUCCIÓN

En Colombia la panela se considera la segunda actividad agroindustrial de impacto socioeconómico en la canasta familiar, ya que la producción de caña panelera ocupa el 6.5% de los cultivos del área destinada a los cultivos permanentes. La forma de obtención de la panela se hace por métodos artesanales en sitios llamados trapiches, que en Colombia son alrededor de15 mil, en los cuales se realiza la molienda de donde se obtiene un jugo o guarapo crudo como producto principal y bagazo húmedo que puede servir para otros fines. Al llegar al proceso de clarificación se utilizan productos de origen vegetal como por ejemplo el Cadillo (Triumfetta láppulal), el Balso (heliocarpus americanus L.) y el Guásimo (Guazuma ulmifolia Lam); siendo estas las más utilizadas en la diversidad de climas. Los aglutinantes sirven para la clarificación y recolección de sustancias y elementos no deseados en el jugo de la caña, proceso que permite la obtención de panela de muy buena calidad. Lo que se busca con la utilización de estos es la eliminación de las cachazas que son sólidos en suspensión, como hojas, arenas, sustancias coloidales y sólidos solubles presentes en el jugo de la caña; esta es una de las principales operaciones en el proceso de producción de panela, ya que se requiere para ofrecer un producto final con bajo contenido de sólidos insolubles responsables de colores no deseados.

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3. ANTECEDENTES

Experimentaciones realizadas en el Convenio de investigación para el Mejoramiento de la Industria Panelera (CIMPA-CORPOICA) presenta reportes con buenos resultados cuando los jugos alcanzan temperaturas superiores a los 65°C y se adiciona el 3% en volumen de una solución de mucílago; ésta se prepara disgregando (+/-) 10 g/l de la corteza desfibrada o macerada en agua a temperaturas superiores a 45ºC. La planta que pertenece a la familia de las Tiliáceas (Triumfetta affin mollissima o lapula HBK), es conocida vulgarmente como "pega-pega" y el mucílago se extrae del tallo. Para la extracción de cualquiera de los mucilagos de cadillo, guásimo o balso se fabrica una fibra de 10 g/l con la corteza macerada de las ramas, la cual se introduce en los jugos de la paila clarificadora cuando estos alcanzan una temperatura mayor de 65°C, se agita durante 3 minutos, se deja calentar en reposo, y se retira la cachaza negra cuando se alcanza una temperatura de 85°C aproximadamente, de tal forma que, una vez alcanzada la temperatura de ebullición, sólo se produzca cachaza blanca. Esta escobilla tiene una vida útil de aproximadamente 6 horas. Los antecedentes nos muestran que los procedimientos son en un porcentaje altamente artesanales y no existe una garantía de su reproducibilidad por no contarse con una fórmula estandarizada.

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4. JUSTIFICACIÓN

Para la producción de panela es importante la utilización de las propiedades aglutinantes que se presentan en el Cadillo (Triumfetta láppulal), el Balso (heliocarpus americanus L.) y el Guásimo (Guazuma ulmifolia Lam), muy características de los ecosistemas de las zonas paneleras los cuales presentan estas materias primas de origen vegetal tropical y que han tenido un uso permanente y tradicional de forma artesanal con resultados positivos en lo referente a la clarificación de panela. En relación a que se ha generado una disminución significativa de los lotes de las plantas aglutinantes se pretende estandarizar y validar una fórmula de clarificante extraído a partir de Cadillo (Triumfetta láppulal), el cual al aplicarlo al jugo de caña de azúcar genere una panela de muy buena calidad. A través del conocimiento empírico que tienen los campesinos de algunos trapiches que se visitaron, se tuvo en cuenta el aglutinante usado y su forma de obtención a partir del cadillo (Triumfetta láppulal), uno de los más usados de la región, pero con la carencia de una formulación estándar para su aplicación.

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5. OBJETIVOS DEL PROYECTO

5.1 GENERAL

Estandarizar una fórmula de aglutinante natural extraído de cadillo (Triumfetta láppulal) para la clarificación de la panela.

5.2 ESPECÍFICOS

- Extraer, a escala de laboratorio, el aglutinante a partir de cadillo (Triumfetta

láppulal) - Determinar la factibilidad científica del aglutinante como clarificante en

producción panelera.

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6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿Cómo estandarizar un procedimiento para la extracción de aglutinante natural a partir de cadillo (Triumfetta láppulal) para su posterior aprovechamiento como clarificante en producción panelera?

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7. MARCO TEÓRICO / ESTADO DEL ARTE

7.1 LA AGROINDUSTRIA PANELERA

En el mundo la Agroindustria Panelera ubica a Colombia como el segundo país productor, después de la India con un volumen de 9% (FAO 1999) representando así una creciente importancia en la cadena productiva y una de las principales actividades generadoras de ingresos de un sistema integrado ya que el campesino se involucra en la producción, transformación y venta del producto.

La producción rural de panela es una tradición en América Latina y el Caribe presentando así a Colombia como el mayor consumidor de panela con 34.2 kg/persona/año (FAO 2006). Generando así una producción de 13 millones de toneladas al año a nivel mundial; la elaboración de la panela es considerada en Colombia como la segunda importancia económica después del café ya que vincula directa e indirectamente la mano de obra1 Es un producto que constituye la economía básica de 236 municipios, en doce departamentos, participando así con el 11,8% del área destinada a cultivos permanentes y con el 6.5% del área total cultivada, se estima que existen 70 mil unidades agrícolas que cultivan la caña panelera y 15 mil trapiches en los que se elabora panela y miel de caña. La panela es un producto alimenticio obtenido de la caña que es una gramínea del genero saccharum; obtenido a partir de la evaporación de los jugos de la caña de azúcar, sus usos habituales son de bebida, como edulcolorante, insumo del chocolate para mesa, salsa de carnes, conserva de frutas y verduras; además de que la caña es la principal materia prima que se utiliza para la panela está compuesta esencialmente por agua y una parte solida rica en fibra y en sólidos solubles. Entre los sólidos solubles de la caña sobresalen los azúcares como la sacarosa, glucosa y fructosa. Contiene otros compuestos menores como minerales, proteínas, grasas y ácidos que pueden estar en forma libre o combinada, es importante saber que la cantidad de estos compuestos está referenciada por la variedad, tipo de suelo, manejo de cultivo, edad, clima dificultan un producto totalmente homogéneo.

1 Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria -Fundación de las Naciones Unidas para la

Agricultura y la Alimentación. 2004..

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7.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN2

7.2.1 Corte

El proceso inicia con el corte y almacenamiento de la caña; como materia prima las variedades de caña más representativas sembradas en Colombia son: POJ 2878, RD, Caña Point, Puerto rico, C.C entre otras. Los productores de caña de algunas zonas realizan la actividad cultural el corte por entresaque donde se escoge las cañas más altas y se deja las pequeñas para que terminen de crecer, para esto muchos de los productores no tienen controles ni la determinación para la época de cosecha simplemente se realizan por observación o la necesidad económica de procesar antes de tiempo.

7.2.2 Arrume Y Transporte

Una vez cortada la caña se arruma, se alza y se transporta al trapiche, generalmente por tracción (caballos), dadas las condiciones topográficas de la zona que dificultan el ingreso de vehículos, especialmente en épocas de invierno. En algunas ocasiones, la caña debe almacenarse en el lugar de corte, mientras es transportada al trapiche. Cuando llega, se apronta en el área de recepción de la materia prima; en algunos casos es almacenada por tiempos prolongados.

7.2.3 Molienda

Se realiza la extracción de los jugos por compresión física de la caña al pasar a través de las mazas o rodillos del molino, obteniéndose además, el residuo sólido llamado bagazo verde (utilizado como materia combustible) cuya humedad fluctúa entre 50 y 60% y depende del grado de extracción del molino, la variedad y grosor de la caña Este bagazo es llevado por el operario (bagacero) hacia la bagacera en una lona en donde se almacena desordenadamente, lo cual dificulta la eliminación de la humedad. El bagazo, con una humedad inferior a 30%, es apto para la combustión de las hornillas para garantizar mayor eficiencia; el utilizado en tiempos de lluvia tiene una humedad superior y el rendimiento del proceso disminuye.

2LA CADENA AGROINDUSTRIAL DE LA PANELA EN COLOMBIA. Una mirada global de su estructura

y dinámica 1991 – 2005.

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Foto 1. Arrumen, almacenamiento y molienda de caña en el Trapiche Santa Catalina (Cauca)

Fuente. Las autoras

7.2.4 Prelimpieza

Se realiza una prelimpieza de los jugos, donde las partículas grandes del jugo extraído son sedimentadas en el prelimpiador y retiradas de forma manual. Esta separación evita que las sustancias precursoras del color se liberen por efecto del calor y disminuya la cantidad de incrustaciones sólidas de las pailas, aumentando su vida útil y la tasa de transferencia de calor.

Foto 2. Prelimpieza al jugo de caña (Trapiche Santa Catalina).

Fuente. Las autoras

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7.2.5 El Proceso Clarificación

Esta segunda fase del proceso de limpieza ocurre gracias a la aplicación del calor suministrado por la hornilla durante cierto tiempo, en combinación con la acción de algunos compuestos: las sustancias coagulantes y clarificantes. Su uso tiene como fin eliminar -por aglomeración (coagulación) inicialmente y por floculación después, los sólidos en suspensión, las sustancias coloidales y algunos compuestos colorantes presentes en los jugos.

Figura 1. Labores de limpieza de las mieles mediante la adición de clarificantes naturales en las pailas

Fuente. Manual de Panela. 1992

Lo anterior mediante la adición de sustancias mucilaginosas como el cadillo, el balso o el guácimo, diluidas en agua. La adición del aglutinante se divide en dos partes: la primera parte se adiciona terminada la prelimpieza donde se obtiene el jugo sin clarificar o guarapo que pasa directamente al fondo o paila recibidora llamada también paila "descazachadora" a una temperatura algo mayor a la del ambiente generalmente, 2° a 3°C; para iniciar allí la fase térmica del proceso de producción mediante el calentamiento de los jugos hasta 50°-55°C. Básicamente, la clarificación tiene lugar gracias a la flotación, puesto que es imposible realizarla mediante sedimentación ya que, en las pailas recibidora y clarificadora de la hornilla, los jugos se encuentran en ebullición. Así, algunos sólidos coloidales y colorantes, dispersos en los jugos, se aglutinan por efecto del calor en pequeñas masas llamados "flóculos", lo que permite eliminarlos a través de métodos físicos. El calentamiento acelera la formación de partículas de tamaño y densidades mayores e incrementa su velocidad de movimiento, lo que facilita su agregación y separación. La cachaza reviste una especial importancia, ya que ofrece al panelero una fuente de ingreso adicional. Por su alto contenido de sacarosa, la cachaza proporciona un alto valor energético en la dieta alimenticia de cerdos, bovinos, equinos, etc. La cachaza líquida se deposita en bateas o abrevaderos para los animales y se debe suministrar en un tiempo máximo de 12 horas.

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7.2.5.1 Mecanismos De Clarificación3

Para comprender la función del calor y las sustancias que se adicionan durante la fase de clarificación es necesario conocer la teoría de la coagulación y la floculación, es decir, el proceso por el cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas que tienen un peso específico superior al de la solución, y que son llamadas "flóculos". La floculación es la formación de tales copos causados por el choque de las partículas, que se hallan emulsionadas o en solución coloidal. Precede a la coagulación y consiste en la precipitación de las partículas sólidas las cuales, sin fundirse unas en otras, permanecen aprisionadas en la masa. Puede ser de dos tipos: ortocinética y pericinética. La primera le debe su movimiento a la agitación que las partículas tienen dentro del líquido (movimiento browniano) mientras el segundo debe su movimiento a la energía comunicada al líquido por fuerzas externas como el calor o el remellón.

Figura 2. Teoría de coagulación y floculación.

Fuente. www.google.com

La coagulación es un cambio físico por la acción de un agente físico como el calor o químico como una sal mineral, ácido o alcohol, en virtud de la cual una sustancia coloidal se agrega y solidifica. Consiste en una serie de reacciones físicas y químicas entre la sustancia adicionada denominada coagulante o aglutinantes y la solución, que dan como resultado la remoción o desestabilización de las fuerzas

3 Gilberto S. Manejo de jugos, limpieza, clarificación, evaporación y concentración. Julio de 1996. Pág. 2-9.

www.infoagro.net/shared/docs/a5/gtecnol6.pdf (11/feb/2009)

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que mantienen unidas las partículas; se distingue de la floculación en que no es reversible como está. Las disoluciones de coloides o liófilos, son coaguladas por adición de un líquido soluble en el disolvente pero que no es absorbido por el coloide y las disoluciones acuosas de coloides o liófobos son coaguladas por adición de pequeñas cantidades de sales minerales. Los coagulantes o floculantes son de dos tipos polilectrólitos o ayudantes de coagulación y coagulantes metálicos. Los primeros son polímeros de alto peso molecular conformados por uno o varios tipos de monómeros unidos en cadenas lineales o ramificadas que poseen un gran número de sitios activos por cadena y forman macromoléculas de tamaño coloidal; se clasifican de acuerdo con la polaridad de los grupos ionizables en aniónicos, catiónicos e iónicos o neutros (cuando no poseen radicales ionizables). Por su parte, los coagulantes metálicos se clasifican en tres grupos: sales de aluminio, sales de hierro y compuestos varios; entre los últimos, los más importantes son la cal, el carbonato de sodio, el carbonato de magnesio, el ácido fosfórico, el fosfato monocálcico y el bióxido de carbono. El uso de la cal es tan extendido en la agroindustria panelera que merece un numeral aparte. Aun cuando los jugos de caña poseen en su composición los agentes químicos para que por efecto del calor se presente la floculación y coagulación de algunas de las impurezas, se hace necesario mejorar el proceso de clarificación con la adición de un agente aglutinante. Así se consigue eliminar un alto porcentaje de los sólidos dispersos mediante la coagulación-floculación de las impurezas presentes en el jugo, por el efecto combinado de la temperatura, el tiempo y el aglutinante. Los agentes clarificantes pueden ser de origen vegetal (mucílagos vegetales) o sintético (polímeros químicos); por su importancia en el proceso, se tratarán con algún detalle.

7.2.5.2 Influencia Del Manejo Agronómico En La Clarificación4

Un buen manejo agronómico de la caña es uno de los puntos fundamentales en la clarificación de los jugos, pues aun cuando la hornilla nos brinde las mejores condiciones de procesamiento, cómo una velocidad de calentamiento superior a 1°C/min, caña con un índice de madurez apropiado y buen manejo en el acopio y la prelimpieza, un mal manejo agronómico interfiere en el equilibrio de los componentes, lo cual se ve reflejado en un pH inicial de jugos inferior a 5.2. Otro

4 Manual De La Caña Panelera. Instituto colombiano Agropecuario (ICA).

http://www.concope.gov.ec/Ecuaterritorial/paginas/Apoyo_Agro/Tecnologia_innovacion/Agroindustrial/panela/panela.htm (11/feb/2009)

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de los puntos importantes a tener en cuenta es no adicionar el mejorador de pH antes de la clarificación. En la elaboración de la panela, debido a las exigencias del consumidor, los productores se ven obligados al uso de colorantes que incrementan los costos de producción y le quitan a la panela su carácter de producto natural. En algunas zonas del país se utiliza una anilina altamente tóxica denominada comercialmente “el indio”, o “naranjal” (sal disódica del ácido P-Sulfo Benceno Azo Beta Naftol). Su uso se puede eliminar completamente con una buena limpieza de los jugos (prelimpieza y clarificación). También durante el proceso de producción de panela se usan blanqueadores como el Clarol, sustancia comercial decolorante utilizada para eliminar las coloraciones oscuras del jugo de la caña. Químicamente, el clarol se denomina hidrosufiro, hiposulfito o metabisulfito de sodio, a base de azufre y con efectos tóxicos especialmente en la población infantil. La acción del clarol no es permanente, su efecto es fuertemente reductor pero susceptible a reoxidarse durante el almacenamiento por contacto con el aire, por eso con el tiempo produce coloraciones más oscuras y verdosas de poca aceptación en el mercado (García, 2004).

7.2.5.3 Los Aglutinantes En La Agroindustria Panelera

En la agroindustria panelera, en el proceso de beneficio de la panela, la clarificación de los jugos se hace mediante la floculación y aglutinación de las impurezas, gracias a un efecto combinado de temperatura, tiempo y acción de los agentes clarificantes (mucílagos vegetales). Los mucílagos son sustancias viscosas extraídas de los tallos, hojas, frutos y raíces macerados de algunas especies, que al entrar en contacto con el agua o el jugo de caña, más la acción del calor, eliminan los sólidos en suspensión, las sustancias coloidales y algunos compuestos colorantes presentes en el jugo; luego se forma la cachaza, la cual se separa del jugo limpio por métodos físicos. Las plantas más utilizadas para la clarificación de los jugos son el balso (Heliocarpus americanus L.), el cadillo negro (Triumfetta lappula L.), el cadillo blanco (Triumfetta mollisima L.), el guásimo (Guazuma ulmifolia Lam), el cadillo de mula (Pavonia spinifex Cav), el juan blanco (Hemistylis macrostachis Wedd) y el san joaquín (Malvaviscus penduliflorus Oc). En la mayoría de las zonas paneleras del país, estas plantas con poderes aglutinantes y floculantes están agotadas por el uso permanente e irracional, y su costo actual económico y ambiental es muy alto. Actualmente se dispone de algunas tecnologías para el manejo agronómico de estas especies, el control de las principales plagas y enfermedades que las afectan, la poscosecha y su uso

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como clarificantes vegetales en la limpieza de los jugos de la caña durante el proceso de producción de mieles y panela, con el fin de obtener un producto de mejor calidad.

7.2.5.4 Especies Utilizadas En Colombia5

Balso (Heliocarpus americanus L.)

Especie componente natural de los bosques nativos de las tres cordilleras (Occidental, Central y Oriental) colombianas y la Sierra Nevada de Santa Marta. Al macerar su corteza desprende una sustancia viscosa, que al ser mezclada con agua, cambia de color y viscosidad, la cual se adiciona al jugo de la caña de azúcar destinado a la fabricación de panela. Es una especie en vía de extinción, debido a su explotación irracional.

Cadillo blanco (Triumfetta mollisima L.)

Se ha observado en la zona panelera del Nordeste antioqueño, y es donde más se utiliza actualmente. Ha desaparecido en muchas zonas por su uso irracional y la aplicación de herbicidas para el control de arvenses en los potreros, donde crece en forma natural. Es una especie muy promisoria para clarificar los jugos de caña.

Cadillo negro (Triumfetta láppulal L.)

Tabla 1. Clasificación taxonómica del cadillo

Fuente. www.wikipedia.com

Nombres Vulgares6

- Cachurera menor - Abrojillo

5 Rodríguez G. 2000. La agroindustria panelera frente al nuevo milenio. Bucaramanga, Corpoica - Fedepanela - SENA. 6 www.wikipedia.com (11/feb./2009)

Reino Plantae

Filo Magnoliophyta

Clase Magnoliopsida

Orden Malvales

Familia Tiliaceae

Genero Triumfetta

Especie Triumfetta láppulal

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- Cadillo - Cepa de caballo - Cepacaballo - Clonqui

Es un arbusto de 2 metros de altura, que se encuentra en el piso térmico cálido de América; es considerado como una arvense medianamente nociva en los potreros, que se pega en la cola de los equinos y bovinos causándoles algunas molestias. Se utiliza la corteza de tallos y ramas, los cuales se cortan y se golpean con un mazo para desprenderla, se macera manualmente, luego se mezcla con agua para que suelte la sustancia mucilaginosa. Descripción botánica: sus ramas son alternas, lo mismo que sus hojas, que son pecioladas, con pubescencia en ambas caras y de bordes aserrados. La inflorescencia es erecta y axilar, y flor de cinco sépalos amarillos. Fruto globoso, verde, pardo con el tiempo, erizado de espínulas, trilocular con semillas muy pequeñas de forma de pera.

Figura 3. (Izquierda y centro) Floración de cadillo y (derecha) Semilla de cadillo Negro


Distribución y ecología: se encuentra en las zonas cálidas, hasta los 1.800 m.s.n.m., con un rango de temperatura media entre 20º y 24º C y precipitaciones entre 500 y 3.000 mm, correspondiente a la formación ecológica bosque seco tropical bosque húmedo premontano y bosque muy húmedo premontano. Es muy común en los potreros, se encuentra en lugares frescos y ricos en materia orgánica, en sesteaderos del ganado. Es una planta que constantemente florece y fructifica. La mejor propagación es la vegetativa, utilizando estacas de 20 a 30 cm de longitud. Se recomienda sembrar a una distancia de 1,5 m en cuadro o triángulo, y no sembrar en suelos muy pendientes, porque tiende a volcarse igual que con el cadillo blanco, se deben podar los tallos más gruesos y vigorosos, pues éstos tienen la corteza y el mucílago de mejor calidad. Al cortar la planta para su aprovechamiento, se deben dejar los tallos de mejor desarrollo, cortar el resto a unos 10 cm del suelo. Para fertilizar, se utiliza materia orgánica y un fertilizante completo.

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Tabla 2. Composición Química de los Mucílagos más Utilizados en la Industria Panelera.

Fuente. Manual de Caña. 1992

Tabla 3. Composición física de los mucílagos más utilizados en la Industria Panelera.

Fuente. Manual CIMPA, 1992

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Tabla 4. Composición física del balso y cadillo

Fuente. Manual CIMPA. 2008.

Cadillo de mula (Pavonia spinifex Cav)

Es una especie que se ha desarrollado en la zona panelera de los municipios de Girardota, Pueblo Rico y Toledo, en el departamento de Antioquia. Es considerada como una maleza por las personas que no conocen su uso. Sus poblaciones se han reducido por el uso irracional, por el control como arvence en potreros y la ampliación de la frontera agrícola y ganadera.

San Joaquín (Malvaviscus penduliflorus Oc)

El San Joaquín o falso San Joaquín es un arbusto muy común de las zonas cálidas de América. Es muy usual observarlo en los jardines de las casas, y en las fincas se utiliza como cerca o barrera viva. Otros nombres comunes del San Joaquín son: falso San Joaquín, bombillo, pinocho, turco casquillo, sombrero de los cardenales, hibisco.

Juan blanco (Hemistylis macrostachys Wedd)

El aguanoso es una planta observada únicamente en forma silvestre; muy común en rastrojos y al borde de las vías. De ella se conoce muy poco, y hasta el momento sólo se utiliza la corteza de los tallos; cuando se macera, suelta un color característico similar al mentol. Es utilizada por unos pocos productores paneleros de los municipios de Salgar, Frontino, Sonsón y Campamento, con excelentes resultados como aglutinante.

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7.2.5.5 Propiedades De Los Mucílagos Vegetales7

Tradicionalmente en el proceso de producción de panela se emplea mucílagos de algunas plantas anteriormente nombradas; en los últimos años también se ha recurrido al uso de polímeros químicos propios del proceso azucarero. El mucílago es un producto orgánico de origen vegetal, de peso molecular elevado (mayor de 200.000 g/gmol), cuya estructura molecular completa es desconocida. Está conformado por polisacáridos celulósicos que contienen el mismo número de azúcares que las gomas y las pectinas. Por ello se suelen confundir con estas sustancias, de las cuales se diferencian sólo por sus propiedades físicas. Mientras que, en presencia del agua, las gomas se hinchan para dar dispersiones coloidales gruesas y las pectinas se gelifican, los mucílagos producen coloides muy poco viscosos, que presentan actividad óptica y pueden ser hidrolizados y fermentados. El mucílago se forma en el interior de las plantas durante su crecimiento y se asocia en ocasiones con otras sustancias como los taninos. Se cree que almacena agua, facilita la dispersión y germinación de las semillas, espesa las membranas y sirve de reserva alimenticia. Al macerar las cortezas de ciertos árboles y arbustos, como los citados cadillo, balso y guásimo que crecen en casi todos los pisos térmicos cálidos y medios del país en donde se fabrica panela, se obtienen mucílagos vegetales que contienen polímeros celulósicos con propiedades clarificantes. Los sólidos en suspensión se agregan entre sí y forman una masa homogénea que se conoce como "cachaza", la cual flota sobre el jugo y permite su separación manual.

Las gomas y los mucílagos son semejantes químicamente; están compuestos de polisacáridos que por hidrólisis dan hexosas, pentosas y ácidos orgánicos cuya estructura molecular completa es desconocida y cuyo peso molecular es superior a 200.000 g/mol. Estos compuestos orgánicos conformados por polisacáridos celulósicos contienen el mismo número de azúcares que las gomas y pectinas. Se forma en el interior de las plantas durante su crecimiento. Si bien los más empleados en la industria panelera son el balso, el guásimo y el cadillo, en los cuales la glucosa forma parte de su estructura básica, existen otras plantas o productos vegetales de uso no tan generalizado como la "escoba babosa", el "Juan Blanco" o la corteza del fruto del cacao.

7 OSORIO CADAVID, Guillermo. Manual Técnico: Buenas Prácticas Agrícolas - BPA y Buenas Prácticas de

Manufactura – BPM - en la Producción de Caña y Panela. Corpoica. Gobernación de Antioquia. FAO. www.fedepanela.gov.co

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El uso de cortezas vegetales depende de la disponibilidad y costumbres de cada zona panelera. Por ejemplo, en el Valle del Cauca y Risaralda, para remover la "cachaza negra" es decir, el primer sobrenadante más grueso que genera el uso de clarificantes se usa guásimo y para la "cachaza blanca" un segundo sobrenadante más fino que se aglutina después de retirada la cachaza negra se emplea cadillo.

7.2.5.6 FORMAS DE CLARIFICACIÓN 8

La clarificación mediante cortezas se suele realizar de dos maneras diferentes:

La corteza clarificante se sumerge directamente en los jugos, operación que comienza cuando los jugos alcanzan temperaturas entre 60° y 70°C (así se realiza en la mayor parte de las regiones paneleras de nuestro país). Se añade a los jugos una solución clarificante, la cual se prepara sumergiendo la corteza en agua caliente (o mejor jugo clarificado) hasta obtener un líquido viscoso (como se hace en la Hoya del Río Suárez).

La cantidad de solución mucilaginosa que se debe emplear depende de la concentración de la misma, de la variedad de caña que se esté moliendo, de la calidad de los jugos y de las condiciones climáticas de la zona. Esta solución se emplea cuando los jugos han alcanzado una temperatura superior a 60°C, agregando 3/4 partes de la cantidad de solución necesaria. En la Hoya del Río Suárez se utilizan entre 15 y 30 litros de solución por cada 500 litros de jugo.

Figura 4. Labores de preparación de las cortezas vegetales para extraer los mucílagos y escobilla con la que se son sumergirlas en las pailas para

aprovechar sus propiedades clarificantes.

Fuente. Manual CIMPA 1992.

8 Barbosa S., Manual de Caña Panelera. Instituto Colombiano Agropecuario. Y Divulgación para el

mejoramiento de la Industria Panelera CIMPA. Julio 1992.

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Como consecuencia de la adición de mucílago, cuando los jugos llegan a temperaturas entre 75° y 85°C, se forma en la superficie la llamada 'cachaza negra' -capa inicial de impurezas resultantes-, la cual se retira manualmente. Por su parte, los jugos remanentes que quedan en el fondo del recipiente son devueltos al proceso de limpieza en la paila clarificadora Conforme avanza el calentamiento de los jugos, se forma una segunda capa conocida como 'cachaza blanca', más liviana que la anterior, que se debe remover con prontitud, puesto que si los jugos alcanzan la ebullición se hace muy difícil retirarla y se diluye en el jugo haciendo la panela susceptible al crecimiento de hongos y levaduras, al mismo tiempo que se reduce de manera significativa su estabilidad y tiempo de almacenamiento. Por lo tanto, una clarificación adecuada determina en gran parte la calidad final de la panela y su color. La adecuada preparación externa del mucílago es fundamental, ya que si se utiliza una solución clarificante poco concentrada, se adiciona así mismo una gran cantidad de agua a los jugos, y con ello aumentará el tiempo de permanencia de éstos en las pailas y el consumo de bagazo en la hornilla. En algunos trapiches, en la preparación externa del mucílago se sustituye el agua por jugo clarificado lo cual constituye una práctica aconsejable. Es importante anotar que el exceso de mucílago es perjudicial, pues en la fase de batido la panela presentará problemas con el grano al tener una consistencia blanda y babosa. La corteza de las plantas se debe cambiar cuando, al ponerla en contacto con el agua o el jugo, no produce una buena cantidad de "baba" (mucílago). Es importante anotar que, una vez agregado el mucílago y realizada la homogeneización del mismo en el jugo de la paila, se debe dejar en completo reposo con el fin de evitar que la capa de cachaza que se está formando se fragmente. El sistema de sumergir las ramas de la planta directamente al jugo ofrece una menor homogeneidad de la clarificación pero disminuye el consumo de bagazo en la hornilla. Sin embargo, en épocas de verano fuerte es necesario agregar agua al jugo sin clarificar para que suelte la cachaza totalmente.

7.2.5.7 La Limpieza De Los Jugos. Un Requisito Indispensable Para La Calidad De La Panela Y Las Mieles9

Respecto a esto se afirma que:

9 PRADA FORERO, Luz Esperanza. La limpieza de los jugos. Un requisito indispensable para la calidad de

la panela y de las mieles. Revista Innovación y Cambio Tecnológico. Corpoica. Volumen 4. Número 1. p. 15 - 17.

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En el CIMPA-CORPOICA, sobre el estudio anteriormente nombrado para el mejoramiento de la panela a través de la implementación de un sistema de limpieza de jugos que no altera las propiedades fisicoquímicas y organolépticas del producto en producción. Los aglutinantes se prepararon disgregando 125 gramos de corteza de ramas maceradas en un litro de agua a 50 °C, en donde el balso disgregado en agua caliente reduce en 3%, la presencia de sólidos insolubles en el producto final sobre el método tradicional. Cuando en la clarificación se incluyen cortezas de ramas disgregadas en agua a 50 °C, con respecto al método tradicional, para cada uno de los aglutinantes disminuye el porcentaje de solidos solubles insolubles en la panela. Como se observa en la siguiente gráfica.

Grafica 1. Solidos Insolubles en Panelas Clarificadas con Balso, Cadillo y Guásimo Por los métodos Convencionales y el Propuesto por el CIMPA

Fuente. Manual CIMPA 1992.

En promedio, el método propuesto rebaja el porcentaje de sólidos insolubles en la panela en 36% para el balso, en 48% para el cadillo y 37% para el guásimo. Con respecto al empleo de los aglutinantes en la clarificación, esta se mejora de firma similar con los tres aglutinantes descritos, en relación con el no uso de aglutinantes, en un porcentaje promedio para el balso de 40%, para el cadillo del 46% y para el guásimo del 42%. El cadillo arroja los mejores resultados, aunque la diferencia no es significativa.

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7.2.6 ENCALADO

La siguiente etapa es la adición de cal (coagulante metálico), que tiene como fin la desestabilización de las fuerzas que mantienen unidas las partículas sólidas. En la mayoría de trapiches se realiza sin tener en cuenta la acidez, es decir, se realiza empíricamente. El pH determinado en este estudio, fluctúa entre 4.9 y 5.6. La preparación de lechada de cal no obedece a cantidades precisas, es subjetiva, a criterio del operario de turno.

7.2.7 COCCIÓN

El jugo clarificado pasa a la zona de cocción donde se encuentran las hornillas, la chimenea y el pre-calentador. Es aquí donde se realiza el proceso de evaporación y concentración del jugo que proviene de la molienda. Las etapas de evaporación y concentración, así como la fase anterior a la clarificación, se llevan a cabo en la hornilla para aumentar el contenido de los sólidos solubles desde 16 a 21 °Brix hasta 90 o 94 °Brix en el que se alcanza el punto de miel o panela. Las mieles alcanzan una temperatura promedio de 120 °C. El volumen de jugo clarificado (cochada) pasa a una paila en la que se divide en dos o tres partes, dependiendo de las costumbres del melero (operario a cargo del proceso) y cantidad de jugo clarificado, con el fin de facilitar su manejo, mejorar la eficiencia de la evaporación y aumentar la calidad final de la panela.

7.2.8 PUNTEO

En el proceso de punteo, el punto final se puede identificar visualmente por la formación de grandes burbujas o películas muy finas y transparentes o tomando una muestra de miel con una espátula e introduciéndola inmediatamente en un recipiente con agua fría y se evalúa su fragilidad o quebrado. El punteador toma la decisión de retirarla o no del fondo de acuerdo con estos resultados. El tiempo de batido y volumen alcanzado por las mieles depende del grano o textura, el cual básicamente se relaciona con el ° Brix y la pureza de las mieles.

7.2.9 EMPAQUE Y ALMACENAMIENTO

Cuando la panela se ha secado y enfriado, se empaca, usualmente en bolsas plásticas, si está destinada para almacenes de cadena o en bolsas de papel reciclado, cuando el producto está dirigido al mercado local. El almacenamiento del producto final se hace en bodegas comunitarias por un lapso de dos o tres días.

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7.3 CONCENTRACIÓN DE AZÚCARES10

La concentración en sólidos solubles de los zumos se expresa en grados Brix. Originariamente, los grados Brix son una medida de densidad. Un grado Brix es la densidad que tiene, a 20° C, una solución de sacarosa al 1 %, y a esta concentración corresponde también un determinado índice de refrácción. Así pues, se dice que un zumo tiene una concentración de sólidos solubles disueltos de un grado Brix, cuando su índice de refracción es igual al de una solución de sacarosa al 1 % (p/v). Como los sólidos no son solamente sacarosa, sino que hay otros azúcares, ácidos y sales, un grado Brix no equivale a una concentración de sólidos disueltos de 1g/10ml. Los grados Brix son, por tanto, un índice comercial, aproximado, de esta concentración que se acepta convencionalmente como si todos los sólidos disueltos fueran sacarosa.

Foto 3. Lectura en Refractómetro.

Fuente. Las autoras.

7.4 POTENCIAL DE HIDRÓGENO (pH)11

Más que expresar las concentraciones de ión hidrógeno en molaridad es más conveniente expresarlas en una escala logarítmica llamada escala de pH. Este término se deriva del francés puissance d´hydrogéne (potencia de hidrogeno) y se refiere a la potencia de 10 que es el exponente que se usa para expresar la concentración molar de H3O+. El pH de una disolución se define como el logaritmo negativo de base 10 (LOG) de la concentración molar del ión hidronio.

10 Fundación de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. (Roma-Italia). 2002. Anuario de

Producción. 2001. Roma, FAO. 11 Enciclopedia web wikipedia. www.wikipedia.es (11/feb/2009)

40

Figura 5. pH-metro de Campo y Rango para lectura de pH.


7.5 TEMPERATURA12

La temperatura es una magnitud física que expresa el grado o nivel de calor o frío de los cuerpos o del ambiente. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin/Celsius. En forma generalizada, existen otras unidades de medida para la temperatura. Se distinguen dos categorías en las unidades de medida para la temperatura:

Las ABSOLUTAS son las que parten del cero absoluto, que es la temperatura teórica más baja posible, y corresponde al punto en el que las moléculas y los átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. (Kelvin).

Las RELATIVAS por que se comparan con un proceso fisicoquímico establecido que siempre se produce a la misma temperatura. (Celsius, Fahrenheit).

Figura 6. Escalas de Temperatura


12 Enciclopedia web wikipedia. www.wikipedia.es (11/feb/2009)

41

7.6 DENSIDAD

La propiedad intensiva que relaciona la masa de un objeto con su volumen se conoce como la densidad, esta es la masa de un objeto dividida entre su volumen se expresa en la unidad derivada del S.I de gr/cm3 para un sólido o gr/ ml para un líquido.

Figura 7. Medicion de Densidad con Lactodencimetro.


7.7 Absorbancia 13

En espectroscopia, la absorbancia es definida como la intensidad de la luz con una onda específica de longitud λ en este caso 440 nm y que pasa por una muestra o sea es la intensidad de luz transmitida siendo proporcional al grosor de una muestra y la concentración de la sustancia.

Figura 8. Diagrama de la absorción de un haz de luz atravesando una cubeta de tamaño L.


13 y 14

Enciclopedia web wikipedia. www.wikipedia.es (11/feb/2009)

42

7.8 TURBIDEZ14

Se entiende por turbidez o turbiedad a la falta de transparencia de un líquido, debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el líquido, generalmente se hace referencia al agua, más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua, cuanto más turbia, menor será su calidad.

Foto 4. Muestras de turbidez en agua.


7.9 ESTADO DEL ARTE15

De forma artesanal el proceso de extracción el aglutinante se obtiene del tallo del cadillo; En la actualidad en el trapiche “Santa Catalina” que está ubicado en el municipio de Buenos Aires, Cauca se lleva acabo como se describe a continuación:

Foto 5. Cadillo (Triumfetta láppulal)

15

Visita realizada al trapiche “SANTA CATALINA” Buenos Aires-Cauca 09/marzo/2011

43

Fuente. Las Autoras.

Para su procesamiento es necesario que el cadillo tenga aproximadamente 4 meses después de su siembra y de su completa floración, dejando así los tallos más tiernos y pequeños ya que estos no dan el clarificarte necesario para su utilización en la limpieza de los jugos y así se busca que continúen con su crecimiento y tomando los que se encuentran maduros, pero que también si no se cosechan a tiempo estos tampoco generan el clarificante.

1. Se seleccionan los tallos y se les quita las hojas, las semillas y flores como se muestra en la siguiente figura:

Foto 6. Selección de tallos de Cadillo

Fuente. Las autoras

2. Se realiza una maceración, tomando manualmente los tallos de tamaño regular y asentándolos en una base de piedra más o menos lisa en donde se realiza la maceración como se muestra en la siguiente figura:

Foto 7. Maceración Del Tallo De Cadillo

Fuente. Las autoras

44

El tiempo de maceración es directamente proporcional al grado de maceración que se obtiene en la corteza. A mayor tiempo de maceración, mayor será la desintegración de las fibras, por lo tanto habrá mayor desprendimiento del mucílago y mayor será su aprovechamiento en el momento de la extracción.

3. Se Procede a quitar la cascara o corteza del tallo como lo muestra la

siguiente figura:

Foto 8. Corteza Del Cadillo

Fuente. Las autoras

4. Al final de la maceración la corteza desprende una sustancia mucilaginosa

que está adherida a las fibras de la corteza, como se muestra en la siguiente figura:

Foto 9. Corteza De Cadillo Macerada

Fuente. Las autoras

5. Seguido a esto se pasa a un balde donde se agregan aproximadamente 5

litros de agua y el cadillo macerado se sumergen, se dejan un tiempo máximo de 20 minutos.

45

Foto 10. Procedimiento Para Desprendimiento Del Mucílago

Fuente. Las autoras

6. Al pasar este procedimiento esta masa de corteza de cadillo junto con el agua pasan a un tanque donde se agrega cinco litros más, donde permanecen en contacto durante 24 horas tiempo en el cual habrá un desprendimiento del mucílago, sustancia que normalmente los productores la llaman “baba”.

Foto 11. Mucílago o “baba” obtenida.

Fuente. Las autoras

46

La temperatura de agua en la hidratación con el mucílago es a temperatura ambiente, aproximadamente entre 20 y 24°C.

Foto 12. Medida De pH Y Temperatura Del Mucílago

Fuente. Las autoras

En la clarificación de una cochada diaria (116 litros de jugo de caña = 54 lb de panela) se agregan 4 litros de mucílago obtenidos a partir de (+/-) 500 gr. de corteza de cadillo sumergidos en 5 litros de agua; obteniéndose así con 8 cochadas con 32 litros de clarificarte y es así que esta misma corteza sirva para las cochadas durante los siguientes15 días utilizando aproximadamente 8,5 kg de cadillo; sus principios activos se pierden alrededor de este tiempo si se realizan las moliendas diariamente y si se agregan el agua suficiente para que el aglutinante se extraiga.

Foto 13. Cadillo Utilizado En 15 Cochadas

Fuente. Las autoras

47

7. Después de alrededor de 25 min donde se realiza el descachazado es aquí donde se aplica la sustancia mucilaginosa que limpia y permite quitar las impurezas del jugo estas flotan ya que son menos densas obteniéndose un jugo retinto o de color caoba desarrollándose la etapa de clarificación. La primera adición del 50% de mucilago total necesario para un lote de producción se realiza cuando el jugo de caña se encuentra a una temperatura aproximada de 62°C, se agita el jugo de caña por espacio de 15 minutos y luego se retira las cachazas. El 50% restante se adiciona cuando el jugo alcanza una temperatura aproximada de 85°C, y se repite la agitación de jugos de caña por un tiempo de 5 minutos y finalmente se retira el resto de cachazas presentes en los jugos de la caña con un cedazo como se muestra en la siguiente figura:

Foto 14. Extracción de Cachaza del Jugo En Calentamiento.

Fuente. Las autoras

8. inmediatamente pasa al consumido donde la temperatura máxima alcanzada por el jugo es de 85°C que se alcanza entre 25 y 30 minutos pasando así al proceso de punteo donde se deja reposar el jugo alcanzando su máxima temperatura.

Foto 15. Etapa de Consumido

Fuente. Las autoras

48

En total el proceso de la panela dura 3 horas, en este tiempo se realiza el descachazado, el consumido y el punteo siendo esto la fase inicial llamada primera cochada. Los parámetros de tiempo, cantidad de agua y cantidad de corteza para lograr el desprendimiento de la “baba” son proporciones que ellos de acuerdo a su experiencia han venido manejando sin emplear herramientas de medida exacta, por lo tanto, las mediciones las hacen con baldes que les permite aproximadamente prepara la cantidad de “baba” requerida para cada jornada diaria de producción de panela. Por último se pasa un recipiente donde el jugo se agita o menea hasta que este se encuentre casi a una temperatura ambiente que permite el fácil manejo de la formación de los bloques de panela como se muestra en la siguiente figura:

Foto 16. Agitación del Jugo y Formación de Bloques de Panela

Fuente. Las autoras

Al valorar esta forma de extracción del aglutinante se observa la necesidad de mejorar la utilización de esta planta y de no hacer innecesaria la utilización exagerada de la cantidad de materia prima para la limpieza del jugo e implementar su desarrollo en la producción de panela.

49

8. METODOLOGÍA DEL PROYECTO

El desarrollo de este proyecto se hizo en 3 fases, las cuales fueron realizadas de la siguiente forma; fase I en la vereda Santa Catalina (Buenos Aires-Cauca) y Trapiche Palestina (Florida-Valle) para reconocer el cultivo. Las Fases II y III en partes iguales en los laboratorios de la Universidad San Buenaventura-Cali y la Institución Educativa Agroindustrial los Pastos-Ipiales. En la fase II de experimentación los resultados se optimizaron de forma estadística para estandarizar la formula final. La materia prima cadillo (Triumfetta láppulal) se obtuvo de los municipios Buenos Aires (cauca) y Florida (valle), con la que se realizó los ensayos y sus respectivas repeticiones (fases II) que se reprodujeron en la Institución Educativa Agroindustrial “Los Pastos”.

8.1 FASE I: EXTRACCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO EL AGLUTINANTE A PARTIR DE CADILLO (Triumfetta láppulal)

El proceso de extracción se llevó a cabo en la planta del Colegio Agroindustrial “Los Pastos” ubicado en la ciudad de Ipiales y también en los laboratorios de la Universidad de San Buenaventura Cali. El tipo de extracción que se efectuó fue una extracción con solvente utilizando agua en diversas presentaciones como es en caliente, potable, destilada y de Rio. El análisis de absorbancia se realizó en la planta piloto de la Universidad de Nariño ubicada en la ciudad de San Juan de Pasto y los laboratorios de la universidad de San Buenaventura en la ciudad de Cali; otros análisis como la turbidez fueron analizados por los Laboratorios Especializados de la UDENAR-PASTO.

8.1.1 VERIFICACIÓN DEL MÉTODO ARTESANAL POR EL CUAL SE EXTRAE EL AGLUTINANTE A PARTIR DE CADILLO.

8.1.1.1 Obtención de La Materia Prima

Los tallos de cadillo se obtuvieron de la vereda Santa Catalina ubicada en el municipio de Buenos Aires (Cauca) y del Trapiche Palestina ubicado en el vecino municipio de Florida (Valle del Cauca).

50

Se tuvo en cuenta el tiempo de siembra y su completa floración, su aprovechamiento se realizó sin hojas, semillas, flores y raíces así como se muestra en la figura:

Foto 17. Tallos de cadillo (Triumfetta láppulal)

Fuente. Las autoras

8.1.1.2 Maceración del Tallo de Cadillo

El objetivo de esta es etapa es aislar del tallo la corteza para mayor remoción de materia prima presente en las fibras que conforman la corteza. El proceso de maceración se llevó a cabo en los sitios anteriormente nombrados utilizando un cuchillo para facilitar el despliegue de las fibras de la corteza de Cadillo, luego se utilizó un mortero para macerar la corteza del Cadillo.

Foto 18. Utensilios de Maceración

Fuente. Las autoras

51

8.1.1.3 Extracción para validar muestra problema

A partir de las extracciones realizadas de forma artesanal, se estableció y se determinó que la extracción de mucílago, se lleva a cabo disgregando 121.5 gr de fibra de cadillo macerado en 1 litro de agua. Teniendo en cuenta la anterior información se pudo establecer que la relación fibra agua es 1:8, siendo esta la muestra problema. Los instrumentos empleados para el desarrollo de la extracción son:

Plancha de calentamiento de agitación

pH-metro

Termómetro

Balanza digital scout-pro OHAUS con capacidad para 200 gr

Refractómetro

Espectrofotómetro Génesys 10 UV

El proceso de extracción se efectuó con el siguiente procedimiento:

a. Preparación de la hoja de evaluación, donde se consignaron los datos de las variables a analizar como lo muestra la anterior tabla donde se describe el experimento.

a. Se pesaron 12,15 gr de fibra macerada en una balanza digital,

respectivamente para cada tratamiento.

Tabla 5. Tratamientos De Extracción De Mucilago De La Fibra De Cadillo.

Fuente. Las autoras En donde: F1C: tratamiento 1 con agua caliente a 100°C F1D: tratamiento con agua destilada F1R: tratamiento con agua de río F1P: tratamiento con agua potable

8.1.1.4 Elección de la solución de agua

En esta etapa se midieron 100 ml de agua en un beaker de 250 ml por cada tipo de agua, así:

Tratamiento Relación P/V

°C pH Densidad gr/ml

°Brix Absorbancia

F1C 01:08

F1D 01:08

F1R 01:08

F1P 01:08

52

Caliente: que se llevó a su punto de ebullición en la plancha de calentamiento.

Agua de rio: que se sustrajo del Rio Pance (Valle) y del Rio Blanco (Nariño) respectivamente según el lugar en que se trabajo.

Agua potable: que se obtuvo del acueducto de los laboratorios.

Agua destilada: parte de ella se adquirió en los laboratorios de bromatología de la IPS de Ipiales (Nariño) y los laboratorios de la USB Cali (valle).

8.1.1.5 Sumersión de la fibra en agua

Se sumergió la fibra en cada beaker, que contenía los diferentes tipos de agua, manualmente se hace presión sobre la fibra hasta que el agua la cubra completamente.

8.1.1.6 Toma de datos

La mezcla se dejó reposar 15 minutos, terminado este tiempo se agitó por espacio de 1 minuto y se tomaron los datos de (pH, temperatura, °Brix y, densidad). A continuación se procedió a tapar los beaker con papel aluminio y se dejó reposar 24h para la siguiente toma de datos y por último a las 48 horas. Finalmente pasado el tiempo de sumersión de la mezcla, se procedió a tomar los datos de absorción, tomando 3 ml de cada uno de los tratamientos; se obtuvieron valores de absorbancia y transmitancia.

8.1.2 Planteamiento de las Formulaciones

Después de haber evaluado como se realiza artesanalmente el aglutinante y de acuerdo con la materia prima gastada diariamente que es aproximadamente 12.15 gr. de corteza de cadillo en 100 ml de agua en cualquiera de sus presentaciones; esta se presentara como la muestra problema o en blanco para poder compararla con las formulaciones planteadas a continuación:

Tabla 6. Formulaciones para Ensayos Experimentales de Aglutinante a partir de Cadillo (Triumfetta láppulal).

Nomenclatura Formulación en 100 ml de agua Relación

F1 9 gr. 1:11

F2 11 gr. 1:9

F3 14 gr. 1:7

F4 17 gr. 1:6

53

F5 20 gr. 1:5

Fx 12,15 gr. 1:8 Fuente. Las autoras.

La siguiente tabla muestra los tipos de agua en que serán sumergidas las fibras para obtener el mucilago. Los tratamientos que se realizaron con agua del Río Blanco (Ipiales-Nariño) y del Río Pance (La Umbría-USB).

Tabla 7. Tipos de Agua.

Nomenclatura Presentación o Tipo

C Caliente

R Río (blanco y Pance)

P Potable

D Destilada

Fuente. Las autoras

Según las formulaciones y los tipos de agua que se utilizaron se realizaron los tratamientos que se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 8. Formulación de tratamientos

FORMULACIÓN C R P D

F1 1 1 1 1

F2 1 1 1 1

F3 1 1 1 1

F4 1 1 1 1

F5 1 1 1 1

Fx 1 1 1 1 Fuente. Las autoras

Para mayor efectividad y confianza en los resultados se realizaron 4 repeticiones por cada tratamiento así:

Tabla 9. Diseño de Tratamientos experimentales.

TRATAMIENTO DÍAS LUEGO DEL

TRATAMIENTO

REPETICIONES

R1 R2 R3 R4

F1 T1 F1T1-3R1 F1T1-3R2 F1T1-3R3 F1T1-3R4

T2

T3

54

F2 T1 F2T1-3R1 F2T1-3R2 F2T1-3R3 F2T1-3R4

T2

T3

F3 T1 F3T1-3R1 F3T1-3R2 F3T1-3R3 F3T1-3R4

T2

T3

F4 T1 F4T1-3R1 F4T1-3R2 F4T1-3R3 F4T1-3R4

T2

T3

F5 T1 F5T1-3R1 F5T1-3R2 F5T1-3R3 F5T1-3R4

T2

T3

Fx (Prueba en blanco)

T1 FxT1-3R1 FxT1-3R2 FxT1-3R3 FxT1-3R4

T2

T3

Fuente. Las autoras

Los tratamientos realizados en esta fase, se desarrollaron de la misma forma que se describen en el numeral 8.1.1

8.1.3 Análisis de absorbancia del mucilago.

Después de 48 horas se tomaron 3 ml de cada muestra para ser sometidos a espectroscopia visible en el espectrofotómetro Génesys 10S de la planta piloto de la Universidad de Nariño (Pasto) y el espectrómetro Génesys 10V del laboratorio USB-CALI, contando con la colaboración de la monitora y la encargada del laboratorio para identificar la cantidad de luz absorbida por la muestra de mucílago extraído de cadillo (Triumfetta láppulal) aun rayo de luz de 440 nm ya que las muestras son incoloras y se deriva de un rango de 400 a 700 nm donde se puede leer la absorbancia.

Foto 19. Espectrofotómetro Génesys 10 UV


55

8.1.4 Análisis de turbiedad del mucílago.

A continuación se envasaron 27 ml del aglutinante en recipientes de prueba de capacidad 40 ml para ser llevados al laboratorio especializado UDENAR (pasto), donde se analizó el grado de turbidez.

Las pruebas de turbiedad se realizaron para evaluar el clarificante, cuya asesoría estuvo a cargo de la profesional en química Mary Luz Valencia Enríquez. El equipo empleado para el desarrollo de cada prueba fue TURBIDIMETER Direct – Reading Digital. Marca ORBECO – HELLIGE, trabajando con un patrón de medida 200 NTU y un rango de medida entre 0 y 999 NTU.

Foto 20. Turbidímetro.

Fuente. Las autoras

8.2 FASE II: DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD CIENTÍFICA DEL AGLUTINANTE COMO CLARAFICANTE EN LA PRODUCCIÓN PANELERA.

Para evaluar el desempeño del mucílago en esta etapa se tomaron 100ml de jugo de caña usando beaker de 250 ml para cada tratamiento, posteriormente se procedió a calentar, hasta llegar a una temperatura de 80°C, así entonces de los tratamientos realizados se tomaron 4,3 ml del mucilago que antes la forma artesanal lo había establecido, siendo la proporción 1:23 y agregándolos al jugo cuando alcanzo la temperatura antes mencionada. Las pruebas de clarificación se realizaron en el laboratorio de USB-Cali. Los instrumentos utilizados en las pruebas de clarificación son:

Cronómetro

Beaker 250 ml

Pipeta volumétrica 5 ml

Probeta de 10 ml

Gotero

Termómetro

Plancha de calentamiento

Espátula

Varilla de agitación

56

Refractómetro

Cinta de enmascarar

Vasos desechables

Foto 21. Pruebas de clarificación de la muestra F1

Fuente. L as autoras


Fuente. Las autoras


Fuente. Las autoras

57





Foto 26. Pruebas de clarificación de la muestra Fx

Fuente. Las autoras

Para realizar la efectividad de cada una de las formulaciones en el proceso de clarificación se diseñó una serie de experimentos donde se tuvo en cuenta las siguientes variables de proceso que se muestran en la tabla No 10

58

Tabla 10. Variables Estables del proceso de Clarificación

VARIABLE

Tiempo de clarificación 3 min

Volumen del jugo a clarificar 100 ml

pH del jugo a clarificar 5-6

Temperatura de clarificación 80°C Concentración de solidos solubles de jugo 19.1 °Brix


Se seleccionó como variable de respuesta: °Brix después de la clarificación. Establecido por la medición en el refractómetro, donde se midió la concentración en solidos solubles antes y después de adicionarle el clarificante al jugo de caña.

Tabla 11. Respuesta de clarificación (si/no)

Formulación C D P R

f1

f2

f3

f4

F5

Fx


Tabla 12. Experimentos de factibilidad científica del aglutinante en la clarificación del jugo de la caña.

Experimento

Formulación °Brix

inicio % final%

1 F1C

2 F1D

3 F1R

4 F1P

5 F2C

6 F2D

7 F2R

8 F2P

9 F3C

10 F3D

11 F3R

12 F3P

13 F4C

14 F4D

15 F4R

16 F4P

17 F5C

18 F5D

19 F5R

59

20 F5P

21 FxC

22 FxD

23 FxR

24 FxP


8.2.1 Para el proceso de clarificación de cada experimento se llevó a cabo con el siguiente procedimiento

a. Preparación de la hoja de evaluación donde se consignan los datos

obtenidos.

b. En un beaker de 250 ml se midieron 100 ml de jugo de caña.

c. Se leyeron los °Brix

d. Se calentó el jugo de caña en la plancha de calentamiento.

e. Se adicionó con una pipeta volumétrica 4,3 ml del aglutinante cuando el jugo de caña alcanzó los 80°C y se disolvió con agitación.

Cuando el jugo estuvo cercano a los 90°C se retiró la primera cachaza que es de color negro con la espátula después de 2 minutos; se dejó reposar por 1 minuto más y se retiró la cachaza blanca la cual se depositó en un vaso plástico.

f. Se dejó reposar hasta una temperatura de 20°C y luego se leyeron los

grados Brix.

60

9. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

9.1 FASE I: EXTRACCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO, EL AGLUTINANTE A PARTIR DE CADILLO (Triumfetta láppulal)

9.1.1 Verificación del Método Artesanal por el Cual se Extrae el Aglutinante a Partir de Cadillo.

En la forma artesanal se utilizan 8,5 kg de fibra de cadillo durante 15 días, diariamente se produce una cochada donde se utilizan 5 litros del aglutinante; entonces se tiene que:

8,5 kg.→ 8500 gramos de cadillo utilizado en 15 días.

En una semana se utilizan 4250 gr de cadillo, aproximadamente 607 gramos diarios.

Tenemos → (607 gr) / (5 lt agua) = 121 gr/litro Hablamos proporcionalmente de 1:8 entendiéndose que en 100 ml de agua hay 12,15 de fibra de cadillo sumergida. La extracción del mucílago con el agua como solvente se realizó de acuerdo al procedimiento descrito en el numeral 8.1.1.3, donde la temperatura del agua para hidratación de la fibra previamente macerada, fue la ambiente la cual se mantuvo constante durante el tiempo de reposo de la mezcla, 15 minutos. Luego de realizados los tratamientos en la muestra problema se obtuvieron los siguientes resultados.

Tabla 13. Resultados del proceso de extracción del aglutinante MP promedio de 4 repeticiones.

Fuente: Las autoras

La anterior tabla refleja una variación en concentración de solutos solubles (°Brix) del mucilago en extracción según los tratamientos respecto al agua utilizada. Para una vista más clara de lo sucedido en la siguiente gráfica se puede apreciar la variación en la muestra problema.


°C

pH Densidad gr/ml

°Brix

Absorbancia Turbidez

F1C 01:08 48,6 5,6 0,98 0,2 0,427 220,39

F1D 01:08 23,3 5,9 0,97 0,4 1,241 142,21

F1R 01:08 23,3 5,7 0,96 0,1 0,327 121,53

F1P 01:08 23,3 6,2 0,99 0,3 1,047 64,64

61

Grafica 2. Variación De La Concentración De Solutos Solubles Según El Tipo De Solvente

0,2

0,4

0,1

0,3

0

0,05

0,1

0,150,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

F1C F1D F1R F1P

Tratamiento

°Brix


Esto quiere decir que la muestra problema en un solvente como el agua destilada muestra mayor concentración de sólidos solubles y en presencia de agua de río hay menor concentración de solutos solubles o sea menos concentración de mucílago en agua.

9.1.2 Planteamiento de las Formulaciones

Después de la realización del método artesanal, se identificó que el proceso por el cual se realizó la extracción del mucílago fue la extracción solido-liquido o lixiviación, ya que esta es una operación para separar los constituyentes solubles de un sólido inerte con un solvente en este caso el agua en sus diferentes presentaciones. Con los experimentos del proceso de extracción se buscó obtener un aglutinante altamente concentrado que contenga menos agua para propósitos de mejorar su concentración en el tiempo disminuyendo su actividad acuosa. De acuerdo con lo planteado los tratamientos realizados, arrojaron los siguientes resultados:

9.1.2.1 Formulación de 9 gr de Cadillo y Cuatro Tratamientos

Tabla 14. Resultados del Proceso de Extracción relación 1:11 Promedio de 4 Repeticiones.


°C °Brix pH Densidad gr/ml


F1 C 1:11 46,53 0,04 6,0 0,997 0,616 146,5

F1 R 1:11 19,13 0,02 5,9 0,987 0,337 107,25

62


En la anterior tabla se observa la variación que tiene la absorción en los diferentes tratamientos, los cuales dependen del agua que se utilizó. La siguiente grafica nos muestra los picos de absorción obtenidos de las muestras.

Grafica 3. Absorbancia a 440 nm según tipo de agua relación 1:11

0,616

0,337

0,742

0,675

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

F1 C F1 R F1 P F1 D

Absorbancia


La gráfica nos expresa que el pico más alto lo arroja el tratamiento con agua potable seguida por el tratamiento en agua destilada siendo estas las más pesadas respecto a las otras muestras tomadas.

9.1.2.2 Formulación De 11 Gr De Cadillo Y Cuatro Tratamientos

Tabla 15. Resultados Del Proceso De Extracción Relación 1:9 Promedio de 4

Repeticiones


°C °Brix pH Densidad gr/ml


F2 C 1:9 46,57 0,04 5,8 0,973 0,488 339,25

F2 R 1:9 19,23 0,03 5,8 0,977 0,279 144,5

F2 P 1:9 19,83 0,03 5,5 1,007 0,710 70,5

F2 D 1:9 19,77 0,04 5,7 0,973 0,484 244


F1 P 1:11 20,23 0,05 5,8 1,000 0,742 61

F1 D 1:11 20,60 0,04 5,8 0,973 0,675 79

63

La tabla muestra que la relación 1:9 tiene mayor absorbancia si se encuentra en un medio solvente como el agua caliente. Así lo podemos ver reflejado en la siguiente gráfica.

Grafica 4. Absorbancia a 440 nm Según Tipo De Agua Relación 1:9

0,488

0,279

0,71

0,484

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

F2 C F2 R F2 P F2 D

Absorbancia


La gráfica expresa que el pico de absorbancia más alto lo da el tratamiento en agua potable porque se obtiene mayo concentración solutos solubles en el medio.


Tabla 16. Resultados Del Proceso De Extracción Relación 1:7 Promedio de 4

Repeticiones

Tratamiento Relación °C °Brix pH Densidad

gr/ml Absorbancia Turbidez

F3 C 1:7 46,47 0,08 5,8 0,990 0,651 189

F3 R 1:7 19,03 0,03 5,7 0,967 0,339 439,5

F3 P 1:7 19,37 0,03 5,8 0,993 0,748 84

F3 D 1:7 19,67 0,04 5,7 0,977 0,601 81

Fuentes. Las Autoras.

La tabla muestra que la relación 1:7 tiene mayor absorbancia si está sumergido en agua potable presentando mayor concentración de mucílago. La siguiente gráfica muestra claramente esta variación.

64

Grafica 5. Absorbancia a 440 nm Según El Tipo de Agua relación 1:7


La grafica muestra que la formulación #3 sumergida en agua potable muestra mayor rendimiento para la extracción del mucilago, seguida por la sumersión en agua caliente que presenta un pico menos alto de absorción.

9.1.2.4 Formulación de 17gr. De Cadillo y Cuatro Tratamientos

Tabla 17. Resultados del Proceso de Extracción Relación 1:6 Promedio de 4 Repeticiones

Tratamiento Relación °C °Brix pH Densidad

gr/ml Absorbancia Turbidez

F4 C 1:6 46,57 0,07 5,8 0,980 0,568 216,5

F4 R 1:6 19,23 0,07 5,7 0,990 0,383 171,5

F4 P 1:6 19,53 0,05 5,9 1,003 0,650 202,5

F4 D 1:6 20,13 0,03 5,7 0,983 0,634 178,5


La tabla muestra que la relación 1:6 en agua potable favorece la extracción con más concentración de mucílago en el medio. Así lo podemos interpretar en la siguiente gráfica.

65

Grafica 6. Absorbancia a 440 nm Según El Tipo de Agua Relación 1:6


Las formulaciones 3 y 4 tienen una baja variación en la absorbancia lo que permite decir que estos medios tienen muy buena cantidad de mucílago extraído.


Tabla 18. Resultados Del Proceso de Extracción 1:5 Promedio de 4 Repeticiones

Tratamiento Relación °C °Brix pH Densidad gr/ml


F5 C 1:5 46,43 0,07 5,8 0,977 0,493 264,5

F5 R 1:5 19,43 0,07 5,9 0,990 0,345 403,25

F5 P 1:5 19,30 0,03 5,8 1,000 0,337 223,5

F5 D 1:5 20,03 0,03 5,8 0,973 0,405 118,5

Fuentes. Las Autoras.

La tabla muestra los datos tomados de la relación 1:5 en diferentes tipos de agua, y la absorbancia que tuvo cada medio. Para una mejor comprensión la siguiente grafica muestra los picos de absorbancia.

66

Grafica 7. Absorbancia a 440 nm Según El Tipo De Agua Relación 1:5


9.2 FASE II: DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD CIENTÍFICA DEL AGLUTINANTE COMO CLARAFICANTE EN LA PRODUCCIÓN PANELERA

Las pruebas de factibilidad del mucilago extraído se realizaron de acuerdo al procedimiento descrito en el numeral 8.2.1, donde la temperatura de clarificación del jugo de caña es 80 °C, el volumen de jugo clarificado es de 100 ml, el volumen del aglutinante a emplear en cada tratamiento es 4,3 ml el tiempo de clarificación es 3 minutos y la concentración de solutos solubles debe ser 19.1 °Brix en el jugo de caña. Después de los ensayos experimentales realizados se obtuvieron los siguientes resultados.

Tabla 19. Respuesta de Clarificación en los diferentes tratamientos.

JUGO C D P R f1 no no no no

f2 no no no si

f3 si no si no

f4 si si si si

F5 si si si si

Fx si si no no


De la anterior tabla se puede concluir que los mejores resultados se dieron en los tratamientos F4 y F5, ya que fueron los que más clarificaron, debido a que presentaban mayor concentración de mucílago. Así mismo en la siguiente tabla

67

podemos expresar el cambio que realizó el aglutinante en el jugo respecto a la concentración de solidos solubles que por medio de la floculación se separaron del jugo de caña.

Tabla 20. Concentración de Solidos Solubles Antes y Después de la Clarificación

Experimento Formulación °Brix

inicio % final%

1 F1C 19,1 19

2 F1D 19,1 19

3 F1R 19,1 19

4 F1P 19,1 19

5 F2C 19,1 18,8

6 F2D 19,1 18,7

7 F2R 19,1 18,4

8 F2P 19,1 18,8

9 F3C 19,1 17

10 F3D 19,1 18,8

11 F3R 19,1 17,2

12 F3P 19,1 14

13 F4C 19,1 15,8

14 F4D 19,1 15,8

15 F4R 19,1 15,4

16 F4P 19,1 16

17 F5C 19,1 14,1

18 F5D 19,1 14,4

19 F5R 19,1 15

20 F5P 19,1 14,6

21 FxC 19,1 16,4

22 FxD 19,1 16,6

23 FxR 19,1 17

24 FxP 19,1 16,4


La siguiente gráfica muestra claramente los cambios realizados por las formulaciones del aglutinante en el jugo de caña:

68

Grafica 6. Concentración de Solidos Solubles Antes y Después de Clarificar los Jugos


69

9.2.1 Formulación Estándar

Después de haber analizado el comportamiento de los tratamientos en los jugos, se pudo verificar que la muestra problema no clarifico aunque su absorbancia fue alta no se observó ningún cambio en el momento de la clarificación. En la siguiente tabla se muestra los tratamientos que tuvieron mayor absorción al momento de su extracción y su respectiva turbidez.

Tabla 21. Tratamientos Que Clarificaron Y Su Absorbancia

Relación Tratamiento Absorbancia Turbidez

1:11 F1P 0,742 61

1:09 F2P 0,071 70,5

1:07 F3P 0,748 84

1:06 F4P 0,650 202,5

1:06 F4D 0,634 178,5

1:05 F5C 0,493 264,5

Para ver más claramente las formulaciones que tuvieron mayor absorción, la siguiente grafica lo muestra.

Grafica 8. Distinción De Formulaciones Por Absorbancia.


La anterior grafica de barras nos muestra que entre las formulaciones F1P y F3P existe una absorbancia similar pero como la muestra problema en agua potable la formulación fue tomada de los conocimientos empíricos de los campesinos, al momento de la clarificación no realizó ningún efecto en el jugo mientras que la

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formulación F3P si lo hizo podemos afirmar que esta es la FÓRMULA ESTÁNDAR Y SU RELACIÓN ES 1:7 EN AGUA POTABLE tiene más efectos positivos en la clarificación.

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10. CONCLUSIONES

Respecto a la extracción del aglutinante a partir del cadillo negro, se logró obtener diferentes formulaciones, que se obtuvieron al sumergir el cadillo en 100 ml en diferentes tipos de agua, siendo esta una extracción solido-liquido o lixiviación. De las cuales podemos considerar que las más eficaces fueron la F4 y F5, ya que estas tuvieron mayor absorción. Además arrojaron altas concentraciones de solidos solubles expresados en °Brix cuando se extrajeron, y mayor efectividad al momento de usarse. En cuanto a las pruebas realizadas con el aglutinante obtenido en diferentes medios podemos decir que la formulación estándar es la relación 1:7 en agua potable es decir que en 7 ml de agua se debe sumergir 1 gr de fibra de cadillo ya que esta fue la que presentó mejor absorción y clarifico, respecto a la muestra problema tuvo buena absorción pero como fue tomada de la forma artesanal al momento de la valoración en el jugo de caña no clarificó. De igual manera es de vital importancia educar ambientalmente a los productores de panela ya que para el caso del municipio de buenos aires (cauca), el 100% de los propietarios de los trapiches compran la corteza y no siembran o conservan de una manera sostenible alguna de las especies aglutinantes. No hay información concreta sobre el manejo silvicultural de la especie vegetal Cadillo negro.

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11. RECOMENDACIONES

- Profundizar en la investigación de métodos de extracción de mucílagos que

sean altamente productivos con el objetivo de ser implementados a escala industrial.

- Investigar la composición del mucílago de cadillo negro aplicando la técnica

de Cromatografía de gas con el fin de identificar los carbohidratos presentes que Favorecen la aglomeración de impurezas y su aplicación para otros usos.

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12. BIBLIOGRAFÍA

ARTÍCULOS Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria -Fundación de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. 2004. Evaluación de la producción de panela como estrategia de diversificación en la generación de ingresos en áreas rurales de América Latina. Bogotá, Corpoica – FAO (informé final de proyecto en proceso de publicación). Fundación de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. (Roma-Italia). 2002. Anuario de Producción. 2001. Roma, FAO. LA CADENA AGROINDUSTRIAL DE LA PANELA EN COLOMBIA. Una mirada global de su estructura y dinámica 1991 – 2005. Documento de Trabajo No. 103. Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural. Observatorio Agrocadenas Colombia. http://www.agrocadenas.gov.co Bogotá, enero 2006. p. 11 y 12. OSORIO CADAVID, Guillermo. Manual Técnico: Buenas Prácticas Agrícolas - BPA y Buenas Prácticas de Manufactura – BPM - en la Producción de Caña y Panela. Corpoica. Gobernación de Antioquia. FAO. www.fedepanela.gov.co PRADA FORERO, Luz Esperanza. La limpieza de los jugos. Un requisito indispensable para la calidad de la panela y de las mieles. Revista Innovación y Cambio Tecnológico. Corpoica. Volumen 4. Número 1. p. 15 - 17. PRADA FORERO, Luz Esperanza. Mejoramiento en la calidad de miel y panela. CORPOICA. Centro de investigación CIMPA. 2002. p. 23 Rodríguez G. 2000. La agroindustria panelera frente al nuevo milenio. Bucaramanga, Corpoica - Fedepanela - SENA. Rodríguez G. 2002. La multifuncionalidad de los sistemas agroalimentario locales; un análisis desde la perspectiva de tres casos en Colombia En Coloquio Internacional sobre Sistemas Agroalimentarios Localizados, Memorias Montpellier, Francia, octubre de 2002. YÚFERA PRIMO, EDUARDO. Química de los alimentos, Editorial Síntesis.

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LIBROS Barbosa S., Manual de Caña Panelera. Instituto Colombiano Agropecuario. Y Divulgación para el mejoramiento de la Industria Panelera CIMPA. Julio 1992 McMURRY E., JOHN y FAY C., ROBERT. Química General. Pearson Educación, México 2009. TESIS AROCA, A. MONTILLA, D. Evaluación de la propagación vegetativa del balso blanco (Heliocarpus americanus H.B.K). Pasto, 2006, p. 20 –27. Trabajo de grado Universidad de Nariño. GALLARDO Carlos, GALLARDO Felipe. Clarificación del guarapo de caña de azúcar en la producción de panela. Medellín, 2000, 1140 p. Trabajo de grado (Ingeniero Mecánico). Universidad Nacional de Colombia. PAZ, Mario. Diagnóstico ecológico y económico del Balso Blanco (Heliocarpus Americanus Wats). Pasto, 2005. Trabajo de grado (Ingeniero Agroforestal). Facultad de Ciencias Agrícolas. Programa de Ingeniería Agroforestal. Universidad de Nariño. PEREZ ECHEVERRY Patricia. Mucílago pulverizado obtenido a partir de la cáscara de cacao. 2004. Especialización en gestión de proyectos de desarrollo agroindustrial. Universidad Nacional de Colombia. Manizales. PAGINAS WEB Gilberto S. Manejo de jugos, limpieza, clarificación, evaporación y concentración. Julio de 1996. Pag. 2-9. www.infoagro.net/shared/docs/a5/gtecnol6.pdf (11/feb/2009) RESTREPO Cecilia. Historia de la panela colombiana, su elaboración y propiedades. Marzo de 2007. www.historiacocina.com/paises/articulos/colombia/panela.htm (11/feb/2009) Un diálogo constante con nuestro gremio. Septiembre de 2009. No. 2. Pág. 7 www.fedepanela.org.co Agropanela (11/feb/2009) Enciclopedia web wikipedia. www.wikipedia.es (11/feb/2009)

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ANEXO A

Resultado Promedio De Las Diferentes Variables, Usadas En Cada Tratamiento

Experimento Tratamiento Relación °T °Brix pH Densidad

gr/ml Absorbancia

1 F1 C 01:11 46,53 0,04 6,0 0,997 0,616

2 F1 R 02:11 19,13 0,02 5,9 0,987 0,337

3 F1 P 03:11 20,23 0,05 5,8 1,000 0,742

4 F1 D 04:11 20,60 0,04 5,8 0,973 0,675


gr/ml Absorbancia

1 F4 C 01:06 46,57 0,07 5,8 0,980 0,568

2 F4 R 01:06 19,23 0,07 5,7 0,990 0,383

3 F4 P 01:06 19,53 0,05 5,9 1,003 0,650

4 F4 D 01:06 20,13 0,03 5,7 0,983 0,634


gr/ml Absorbancia

1 F5 C 01:05 46,43 0,07 5,8 0,977 0,493

2 F5 R 01:05 19,43 0,07 5,9 0,990 0,345

3 F5 P 01:05 19,30 0,03 5,8 1,000 0,337

4 F5 D 01:05 20,03 0,03 5,8 0,973 0,405 Fuente. Las Autoras


gr/ml Absorbancia

1 F2 C 01:09 46,57 0,04 5,8 0,973 0,488

2 F2 R 01:09 19,23 0,03 5,8 0,977 0,279

3 F2 P 01:09 19,83 0,03 5,5 1,007 0,710

4 F2 D 01:09 19,77 0,04 5,7 0,973 0,484


gr/ml Absorbancia

1 F3 C 01:07 46,47 0,08 5,8 0,990 0,651

2 F3 R 01:07 19,03 0,03 5,7 0,967 0,339

3 F3 P 01:07 19,37 0,03 5,8 0,993 0,748

4 F3 D 01:07 19,67 0,04 5,7 0,977 0,601

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ANEXO B

Análisis De Turbiedad Realizados A Los Diferentes Tratamientos

Documents

ESTANDARIZACIÓN DE UNA FÓRMULA DE … · diana marcela caicedo velasco isabel cristina saa rivera universidad de san buenaventura facultad de ingenierÍa programa de ingenierÍa