RESUMEN En la actualidad la aplicación de tecnologías emergentes es ampliamente utilizada debido a sus ventajas económicas, las microondas se emplean como un tratamiento térmico diferente al convencional que garantiza menos tiempo de cocimiento en el proceso de panificación, sin embargo no existen investigaciones sobre la aplicación de microondas en productos de panificación. Se llevó a cabo la determinación de almidón total al panqué obtenido con las mejores condiciones de tratamiento térmico de microondas (240 Watts-5min) y el elaborado con tratamiento térmico convencional: a los cero, dos, cuatro, seis y ocho días después de su elaboración, conservándolos en bolsa de papel dentro de un recipiente de plástico a temperatura ambiente (20-22) ° C. En el tratamiento térmico convencional, se originó un mayor grado de gelatinización del almidón debido a que se aplicó calor por más tiempo y con una temperatura mayor, lo que originó una serie de cambios químicos y físicos en los gránulos de almidón. Los resultados obtenidos de las fracciones de almidón resistente se correlacionan con la mayor proporción de almidón granular observado en el análisis microscópico óptico, electrónico y de transmisión. La sustitución realizada de sacarosa por los edulcorante A y B aportó un dulzor similar al de la sacarosa con una cantidad menor y también mantiene las características sensoriales y físicas óptimas del producto de panificación, haciéndolo atractivo a los sentidos. Las características nutricionales de los panqués elaborados determinadas mediante un análisis químico proximal nos revelaron que el contenido nutricional de proteínas y lípidos es igual en los tres casos, difiriendo en el contenido de hidratos de carbono debido a la ausencia de sacarosa y a que los edulcorantes utilizados son no calóricos; el único aporte de hidratos de carbono presente en los panqués con edulcorantes es de origen amiláceo. Los resultados de la evaluación sensorial nos revelan la aceptación que los consumidores tienen por los panqués así como la ausencia de resabios por el uso de edulcorantes artificiales, lo que nos indica que la sustitución realizada fue la adecuada. Se evaluó el índice glucémico del pan horneado convencionalmente y en microondas, incluyendo azúcar y del pan con edulcorantes artificiales en la formulación. De acuerdo con la clasificación de los alimentos según su índice glucémico el pan blanco es un alimento de índice glucémico alto ya que es mayor a 70, el panqué con sacarosa presenta índice glucémico medio ya que de encuentra entre 55 y 70 y el panqué con edulcorante presenta un índice glucémico bajo por ser menor a 55. El panqué elaborado con edulcorante se puede recomendar a personas que padecen diabetes por el bajo índice glucémico presentado ya que este ayudará a mantener sus niveles de glucosa en sangre sin evitarles el consumo de productos con un cierto grado de dulzor. En las endotermas obtenidas del almidón de panqué elaborado con microondas y del almidón del panqué procesado en horno convencional, todas las muestras presentan un máximo entre 75 y 85 ΕC, con diferentes entalpías debido a las diferentes condiciones de elaboración.

Al comparar la entalpía del panqué de microondas ∆Η = 0.60 J/g con la entalpía del panqué convencional ∆Η = 0.12 J/g, se observó un valor significativamente más alto (p< 0.05) en el pan de microondas debido a que esta condición de elaboración, gelatinizó una menor proporción de almidón que en el panqué convencional. Al agua residual se le adicionó ácido clorhídrico hasta alcanzar un pH de 3.0 y posteriormente se filtró a través de los medios filtrantes. A los filtrados se les determinó la demanda química y bioquímica de oxígeno y al medio filtrante la cantidad de grasas y aceites retenidos. Las eficiencias de remoción de la demanda química de oxígeno y de la demanda bioquímica de oxígeno, así como el porcentaje de aceite retenido por los distintos medios filtrantes utilizados en este trabajo. Los valores obtenidos con los medios filtrantes industriales son semejantes a los obtenidos con el papel filtro de poro grueso utilizado a nivel laboratorio. Las eficiencias de remoción de las demandas química y bioquímica de oxígeno fueron de 86 – 87.36% y de 88.48 – 90.87%, respectivamente, y la cantidad de aceite recuperado fue del 97 – 99.99%. INTRODUCCIÓN El almidón crudo o sin ningún tratamiento es altamente resistente a la hidrólisis enzimática comparada con el almidón gelatinizado. Durante el procesamiento de los alimentos el almidón puede estar casi sin alteraciones o gelatinizarse parcial o totalmente o bien sufrir retrogradación. La gelatinización del almidón parece que lo hace más susceptible a la acción de las enzimas incrementando su digestibilidad, mientras que el fenómeno de retrogradación lo hace más resistente a ésta. Son estas las causas las que llevan a la formación del almidón resistente, que se ha definido como la fracción del almidón que se resiste a la digestión y/o que no es absorbido en el intestino delgado de individuos sanos. Otro cambio que experimenta el almidón es su retrogradación que se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilasa debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y accionan entre si por puentes de hidrogeno a través de sus hidroxilos, (Asp y Björck, 1992). Durante el cocimiento del pan, parte de la amilosa se difunde fuera del gránulo y se retrograda en el momento de su enfriamiento, de tal manera que los restos de granulo se ven rodeadas por moléculas del polímero lineal, se considera que el envejecimiento se debe básicamente a la asociación de las cadenas de amilo pectina que permanecen en el granulo hinchado después de haber perdido parte de la amilasa.

El envejecimiento del pan puede hacerse reversible con calor húmedo, siempre y cuando el almidón no se encuentre en un estado muy avanzado de retrogradación. Las enzimas amilo líticas del sistema digestivo del humano no atacan las zonas cristalinas que se producen y en este sentido se reduce el valor calórico de los alimentos que lo contienen (Nikune, 1982). El almidón experimenta diferentes cambios a nivel de estructura, lo que probablemente repercutirá en la proporción de almidón resistente, debido al diferente grado de gelatinización, por lo que se debe obtener información sobre esta fracción del almidón ya que la presencia de almidón resistente en los alimentos tiene repercusiones en la salud, principalmente en los pacientes que controlan el consumo total de calorías ingeridas y que requieren de absorción lenta de glucosa. Se espera que la aplicación de microondas originé una mayor proporción de almidón resistente en un producto de panificación, debido a un menor grado de gelatinización del almidón nativo (Asp y Björck, 1992). Por lo que en este proyecto se determinará en el pan horneado en forma convencional y en microondas el almidón total y el almidón resistente, además el grado de gelatinización y retrogradación del almidón se evaluará en ambos panes por calorimetría diferencial de barrido. Otro aspecto importante ha considerar es el índice glucémico de los alimentos ya que es una forma numérica de describir la rapidez de adsorción de los hidratos de carbono y así saber si estos llegan lenta, moderada o rápidamente al torrente sanguíneo. En este proyecto se analizará el efecto del horneo convencional y de microondas sobre el índice glucémico del pan elaborado con azúcar y con edulcorantes no calóricos (Noriega y col. 2000). En la actualidad es necesario considerar el aspecto de impacto ambiental de los procesos tecnológicos, haciéndose necesario incluir tecnologías limpias, que prevengan y controlen la contaminación ambiental. La necesidad de controlar la contaminación ambiental es apremiante en nuestros días y los problemas son más complejos que nunca. En el proceso de panificación el vector que se ve más impactado es el agua. Las aguas residuales provenientes de este tipo de industrias poseen un alto contenido de aceites, los cuales son considerados como contaminantes peligrosos porque forman películas (natas) sobre la superficie del agua y se depositan en los bordes de los cuerpos de agua, con lo que interfieren con los procesos naturales de oxigenación e iluminación, afectan el metabolismo de los organismos vivos y conducen finalmente a la eutrofización del ecosistema. Los aceites, además, recubren las superficies con las cuales entran en contacto, causan iridiscencia y problemas de mantenimiento de los equipos e instalaciones de las plantas.

META 1 (20%)

Evaluar los cambios funcionales del almidón en el pan horneado en microondas determinando almidón total y almidón resistente con la siguiente metodología.

MATERIALES Y MÉTODOS

ALMIDÓN TOTAL (Goñi y Col., 1997) Se llevó a cabo la determinación de almidón total al panqué obtenido con las mejores condiciones de tratamiento térmico de microondas (240 Watts-5min) y el elaborado con tratamiento térmico convencional: a los cero, dos, cuatro, seis y ocho días después de su elaboración, conservándolos en bolsa de papel dentro de un recipiente de plástico a temperatura ambiente (20-22) °C. Materiales y equipos: • • • • •

KOH 4M y HCl 2 M Regulador acetato sódico 0.4M , pH 4.75 conteniendo 20mM Amiloglucosidasa de Aspergillus niger, (Sigma A-1602) Peridochrom Oxidasa/Peroxidasa (GOD–PAP) Sera-Pak® Plus Glucosa. Glucosa anhidra.

Fundamento: Este método permite cuantificar el contenido total de almidón en muestras vegetales. Para ello, se procede a la solubilización del almidón en un medio alcalino para a continuación, hidrolizar totalmente con amiloglucosidasa los enlaces glucosídicos α-1,4 y α-1,6 de las cadenas de amilosa y amilopectina constituyentes de almidón. La hidrólisis completa con amiloglucosidasa rinde glucosa libre, la cual es cuantificada espectrofotométricamente mediante el empleo de una prueba enzimática que contiene glucosa-oxidasa y peroxidasa. Procedimiento: Se pesaron 50 mg de muestra seca y desengrasada en tubos de centrifuga de 50 mL de capacidad (tamaño de partícula de la muestra ≤ 1mm ). Se agregaron 3 mL de agua destilada y 3 mL de KOH 4M, se mezcló y se agitó vigorosamente a temperatura ambiente durante 30 minutos. Se añadieron 5.5 mL de HCl 2M y 3 mL de regulador acetato sódico 0.4M y se ajustó el pH a 4.75. Se agregaron 60 µL de suspensión de amiloglucosidasa y se mezcló e incubó a 60°C durante 45 min en un baño con agitación. Se centrifugó (30 min, 10000 rpm, 0°C) y se recogieron los sobrenadantes en matraces aforados de 100 mL. Se lavó dos veces con 10 mL de agua destilada y se repitió la centrifugación (15 min, 10000 rpm, 0°C). Se aforaron las muestras a un volumen de 100 mL. Se midió el contenido de glucosa liberada con el reactivo de glucosa oxidasa peroxidasa. Para ello en tubos de ensayo, se tomaron con la pipeta 1 mL de la muestra problema y 1 mL de agua destilada (blanco de reactivo) y se añadieron 2 mL del reactivo de glucosa oxidasa-peroxidasa y se agitó e incubó 30

minutos a 37°C en baño de agua. Se tomaron las lecturas de absorbancias a 500 nm frente a blanco de reactivos. Cálculos: Se preparó una curva tipo y se realizó un análisis de regresión lineal para calcular la curva patrón. Empleando ésta, se calculó la concentración de glucosa (µg/mL)

(mg) seca muestra de Peso 10000.9 100 Dilución Volumen /ml)glucosa(µl

Total Almidón%×

××××=

ALMIDÓN RESISTENTE (Goñi y Col., 1996) Se llevó a cabo la determinación de almidón resistente al panqué obtenido con las mejores condiciones de tratamiento térmico de microondas (240 Watts-5min) y el elaborado con tratamiento térmico convencional: a los cero, dos, cuatro, seis y ocho días después de su elaboración, conservándolos en bolsa de papel dentro de un recipiente de plástico a temperatura ambiente (20-22) °C. Materiales y equipos: • • • • • •

• • •

Regulador HCl-KCl 0.2 M, pH 1.5 Regulador Tris-Maleato 0.1 M, pH 6.9 conteniendo CaCl2 4mM. Amortiguador de acetato de sódico 0.4 M, pH 4.75 conteniendo CaCl2 20mM. KOH 4M y HCl 2M Pepsina: 1 g de pepsina en 10 mL de KCl-HCl. α-amilasa pancreática (Sigma A-3176, de páncreas de cerdo): 40 mg de �-amilasa por mL de Regulador Tris-Maleato. Amiloglucosidasa de Aspergillus niger, (Sigma A-1602) Peridochrom Oxidasa/Peroxidasa (GOD–PAP) Sera-Pak® Plus Glucosa. Glucosa anhidra

Fundamento: Este método permite determinar el contenido de almidón no digerible en muestras vegetales tal y como se ingieren. Inicialmente se realiza una hidrólisis proteica con pepsina a pH ácido, para simular las condiciones estomacales, seguida de la hidrólisis del almidón digerible, con α–amilasa pancreática durante 16 horas y pH de 6.9. Una vez eliminados los productos de hidrólisis tras centrifugación, en el residuo permanece la fracción de almidón no digerible, se adiciona amiloglucosidasa y la glucosa liberada se cuantifica con GOD-PAP. Procedimiento: Se pesó 100 mg de muestra seca y desengrasada en los tubos de centrifuga de 50 mL de capacidad, se añadieron 10 mL de Regulador KCl-HCl, comprobando que el pH fuera de 1.5. Se agregaron 0.2 mL de solución de pepsina y se mezcló e incubó en baño a 40° C con agitación durante 60 minutos. Las muestras se dejaron enfriar y se añadieron 9 mL de regulador tris-maleato. Se ajustó a pH de 6.9 y se añadió 1mL de la

solución de α-amilasa. Se mezcló e incubó 16 horas en baño con agitación constante a 37° C. Se centrifugaron las muestras (30 minutos, 10000 rpm, 0 °C) y se eliminaron los sobrenadantes. Los tubos se lavaron dos veces con 10 mL de agua destilada y se repitió la centrifugación (15 min, 10000 rpm, 0°C). Se añadieron 3 mL de agua destilada sobre los residuos y 3mL de KOH 4M. Se mezcló y agitar vigorosamente a temperatura ambiente durante 30 minutos. Después se agregaron 5.5 mL de HCl y 3 mL de acetato sódico 0.4M. Se ajustó a pH 4.75. Se añadieron 80 µL de suspensión de amiloglucosidasa y se mezcló e incubó a 60° C durante 45 minutos, en un baño con agitación. Se centrifugó (30 min, 1000 rpm, 0 °C) para obtener los sobrenadantes en matraces aforados. Se recogieron en matraces aforados de 100 mL y se lavaron dos veces con 10 mL de agua destilada. Se tomaron alícuotas en tubos de ensayo de 1 mL de muestra y se añadió 2 mL del reactivo de glucosa oxidasa/peroxidasa Medir el contenido de glucosa con el reactivo de GOD/PAP. Se agitó e incubó 30 minutos a 37 °C en baño de agua y se tomaron las lecturas de absorbancias a 500 nm frente a blanco de reactivos. Cálculos: Se realizó un análisis de regresión lineal para calcular la curva patrón. Empleando ésta, se calculó la concentración de glucosa (µg/mL).

(mg) seca muestra de Peso 10000.9 100 Dilución Volumen g/ml)( glucosa

Resistente Almidón%×

××××=

µ

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS

Los resultados se analizaron estadísticamente con el programa Sigma Stat versión 2.0 con un nivel de confianza del 95%. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Al comparar los resultados de almidón resistente del panqué de microondas anotados en el cuadro 1, con los resultados de la concentración de almidón resistente del pan convencional escritos en el cuadro 2, se observó que estadísticamente los valores son mayores para el pan de microondas debido a que se conservó su estructura granular, éste tipo de almidón resistente se clasifica como del tipo AR2, que se caracteriza por tener una menor digestión enzimática en nuestro organismo, (Englyst y col., 1992). En el tratamiento térmico convencional, se originó un mayor grado de gelatinización del almidón debido a que se aplicó calor por más tiempo y con una temperatura mayor, lo que originó una serie de cambios químicos y físicos en los gránulos de almidón. Este fenómeno se debe principalmente a que los gránulos son relativamente densos e insolubles en agua fría y cuando se calientan empieza un proceso lento de absorción de agua en las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las más accesibles, si continua con el calentamiento llega un momento en que la amilosa sale

de la estructura del gránulo de almidón y forma parte de la disolución, (Biliadaris, 1991). Los resultados obtenidos de las fracciones de almidón resistente se correlacionan con la mayor proporción de almidón granular observado en el análisis microscópico óptico, electrónico y de transmisión. Cuadro 1. Determinación de Almidón Total y Resistente de panqué procesado en

horno de microondas.

DÍAS DE ALMACENAMIENTO

ALMIDÓN TOTAL (g/100 g muestra

seca)

ALMIDÓN RESISTENTE (g/100 g

muestra seca) 0 52.05 ± 0.60 a 4.44 ± 0.09 a 2 50.88 ± 0.42 a 4.02 ± 0.03 a 4 51.44 ± 0.78 a 4.17 ± 0.15 a 6 52.25 ± 0.54 a 4.59 ± 0.08 a 8 51.90 ± 0.54 a 4.92 ± 0.08 a

Letras diferentes significa que existió diferencia significativa, p#0.05. Cuadro 2. Determinación de Almidón Total y Resistente de panqué procesado en

horno convencional.

DÍAS DE ALMACENAMIENTO

ALMIDÓN TOTAL (g/100 g muestra

seca) ALMIDÓN RESISTENTE (g/100 g muestra seca)

0 50.26 ± 0.28 a 3.58 ± 0.01 b 2 50.53 ± 0.69 a 3.81 ± 0.38 b 4 47.79 ± 0.93 a 3.79 ± 0.27 b 6 49.02 ± 0.25 a 3.81 ± 0.12 b 8 50.26 ± 0.60 a 3.75 ± 0.04 b

Letras diferentes significa que existió diferencia significativa, p#0.05. En ambas muestras analizadas a lo largo de ocho días de almacenamiento, protegidas con papel dentro de una caja de plástico a temperatura de 20 °C – 22 °C, no se modificaron las concentraciones de almidón resistente durante este tiempo. De acuerdo con Goñi, 1996, dentro del valor de almidón resistente se cuantificó también la proporción de almidón que se retrogradó durante el almacenamiento. La concentración de almidón resistente no se modificó significativamente durante los ocho días de vida de anaquel, por lo que durante este período no se formó almidón retrogradado, es decir no se formaron estructuras cristalinas de almidón debido a que las moléculas de amilosa no se reasociaron mediante puentes de hidrógeno con otras moléculas de amilosa que se encuentran cerca, (Annison y Topping, 1994).

El hecho de no existir retrogradación del almidón se explica por el contenido grasa relativamente alto que forma un complejo amilosa-lípido y que impide la reasociación entre moléculas de amilosa, (Chinnaswamy y Hanna, 1990). META 2 (10 %)

Ensayar diferentes formulaciones de panqué que al sustituir el azúcar por edulcorantes artificiales y ser hornearlo convencionalmente y con microondas, se obtenga un producto con características fisicoquímicas y sensoriales adecuadas para consumo. MATERIALES Y MÉTODOS Procedimiento de panificación: Se llevó a cabo con la técnica de masa batida. Caracterización de la harina de trigo y el producto terminado, se emplearon las siguientes técnicas basadas en métodos oficiales:

ANÁLISIS FISICOQUÍMICO • Proteínas

Este ensayo se le practicó a la harina y al producto terminado con base al número 46-12 propuesto por A. A. C. C. El factor de conversión de nitrógeno total a proteína total fue de 5.7.

• Cenizas Se determine en harina y en producto terminado basándose en el método no. 08-03 propuesto por la A. A. C. C.

• Humedad El método utilizado fue el propuesto por la A. A. C. C. no. 44-15ª, el cual se aplicó a la harina de trigo y al producto terminado.

• Extracto etéreo Se determinó grasa o extracto etéreo a la harina de trigo y al producto terminado, conforme al método no. 30-10 de la A. A. C. C.

Para la elaboración del panqué con sustituto de azúcar, es necesario partir de la formulación de un panque tradicional para posteriormente cambiar algunos de los aspectos y realizar la sustitución deseada.

Cuadro1. Formulación base del panqué tradicional

Ingredientes Porcentaje

(%) Harina de trigo 28.3

Mantequilla 22.64 Azùcar glass 22.64

Huevo 25.47 Levadura en

polvo 0.34

Vainilla 0.56 Sal 0.022

Total 99.97 Para realizar la sustitución de azúcar por dos edulcorantes fue necesario realizar la siguiente relación con respecto al grado de dulzor que presentan estos edulcorantes según las indicaciones de uso.

SUSTITUTO A ½ cucharada de A equivale a 2 cucharadas de azúcar esto es: ½ cucharada de A = 4.82 g mientras que 2 cucharadas de azúcar = 16.37 g Sustitución de A en diferentes porcentajes: Sustitución al 100 % 4.82 g A _______________16.37 g Azúcar X1 __________________ 200 g X1= 58.88 g de A Sustitución al 75 % 4.82 g A _______________16.37 g Azúcar X2 __________________ 150 g X2= 44.16 g de A Sustitución al 50 % 4.82 g A _______________16.37 g Azúcar X3 __________________ 100 g X3= 29.44 g de A Sustitución al 25 % 4.82 g A _______________16.37 g Azúcar X4 __________________ 50 g X4= 14.72 g de A SUSTITUTO B

Mientras que para el sustituto B 1 gramo de B equivale a 2 cucharadas de azúcar esto es:

Sustitución de B a diferentes porcentajes: 1 gramo de B = 16.37 g de azúcar Sustitución al 100 % 1 g B _______________16.37 g Azúcar Y1 __________________ 200 g Y1= 12.21 g de B Sustitución al 75 % 1 g B _______________16.37 g Azúcar Y2 __________________ 150 g Y2= 9.16 g de B Sustitución al 50 % 1 g B _______________16.37 g Azúcar Y3 __________________ 100 g Y3= 6.1 g de B Sustitución al 25 % 1 g B _______________16.37 g Azúcar Y4 __________________ 50 g Y4= 3.05 g de B

En el siguiente cuadro se muestran las sustituciones realizadas a diferentes porcentajes del edulcorante A.

Cuadro 2. Formulación empleada en la sustitución con el edulcorante A

Ingredientes F1A (25%) F2A (100%)

F3A (75%) F4A (50%) F5A (40%)

Harina de trigo 33.65 31.56 32.16 30.72 30.20 Mantequilla 26.92 25.24 25.72 24.58 24.16

Azùcar glass 6.73 6.31 6.43 12.29 14.49 Huevo 30.28 28.4 28.94 27.65 27.18

Levadura en polvo

0.40 0.37 0.38 0.49 0.48

Vainilla 0.67 0.63 0.64 0.61 0.60 Sal 0.026 0.025 0.02 0.024 0.024

Sustituto A 1.98 7.43 5.68 3.61 2.84 Total 100 99.96 99.97 99.97 99.97

En el siguiente cuadro se muestran las sustituciones realizadas a diferentes porcentajes del edulcorante B.

Cuadro 3. Formulación empleada en la sustitución con el edulcorante B

Ingredientes F1B (25%) F2B (100%) Harina de trigo 33.81 35.95

Mantequilla 27.05 28.76 Azúcar glass 6.76 -------

Huevo 30.43 32.63 Levadura en

polvo 0.4 0.43

Vainilla 0.67 0.72 Sal 0.027 0.028

Sustituto B 0.82 1.72 Total 99.96 100

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Cuadro. 4 Formulación del panqué evaluado Sensorialmente elaborado con sacarosa

Ingredientes Porcentaje

(%) Harina de trigo 23.5

Mantequilla 18.77 Huevo 26.39

Levadura en polvo

0.37

Vainilla 0.469 Sal 0.018

Sacarosa 18.77 Leche 11.73 Total 100

En el cuadro 4 se observa la formulación que obtuvo las mejores características físicas para ser empleada en la evaluación sensorial del producto terminado elaborado con sacarosa. Las características físicas presentadas por el panqué elaborado con la formulación base fueron las siguientes: La masa queda muy espesa al momento de ser mezclada por lo que al realizarse la cocción en el horno, por las altas temperaturas se pierde la poca cantidad de agua aportada por el huevo debido a la transformación de ésta en vapor; dando como resultado que se deshidrate y al momento de su consumo presente una textura dura, compacta y seca desagradable a los sentidos. La coloración que el panqué ya horneado presenta es muy oscura, es debido a las reacciones de Maillard y caramelización realizadas por los azúcares presentes en el panqué pero debido a un calor excesivo en la parte superior en relación con el calor presentado en la parte inferior del horno, o a un horno demasiado caliente es que se presenta una coloración tan oscura, (Fox/Cameron, 2004). Cuando se agrega la leche, ésta ayuda cuando se amasa mecánicamente ya que la leche también contiene proteínas que junto con la gliadina y glutenina presentes en la harina, se forme un complejo elástico llamado gluten. Este complejo se puede

extender en dos sentidos para formar hojas o películas, cuando se expone a un calor suficiente como en el horneado, el gluten se coagula formando una estructura semirrígida dándole la consistencia deseada y característica al panqué agradable al paladar.(Fox/ Cameron, 2004). La leche da un aporte nutricional muy importante al panqué, gracias a la excelente calidad proteica que presenta por ser un alimento de origen animal, pero no solo aporta características nutricionales si no que además mejora las características físicas que presentaba anteriormente el panqué. Otra de las características físicas presentadas por el panque es el color de la corteza siendo éste el resultado de la acción del calor y del vapor de agua sobre el almidón dando lugar a la formación de dextrina en el exterior de la hogaza, los azúcares formados se convierten en caramelo impartiéndole un atractivo color moreno a la corteza; además las reacciones de Maillard entre los carbohidratos y las proteínas también contribuyen a éste color moreno de la corteza, (Fox y Cameron, 2004). En el siguiente cuadro se observa la formulación que obtuvo las mejores características físicas para ser empleada en la elaboración de la evaluación sensorial del producto terminado elaborado con el edulcorante A.

Cuadro 5 Formulación del panqué con edulcorante A evaluado sensorialmente.

Ingredientes Porcentaje

(%) Harina de trigo 28.03

Mantequilla 22.42 Huevo 31.5

Levadura en polvo

0.44

Vainilla 0.56 Sal 0.022

Sustituto A 50% 3 Leche 14 Total 99.97

Las características físicas presentadas por el panqué elaborado con el edulcorante A sin leche fueron las siguientes: La masa queda muy espesa al momento de ser mezclada por lo que al realizarse la cocción en el horno, por las altas temperaturas se pierde la poca cantidad de agua aportada por el huevo debido a la transformación de ésta en vapor; dando como resultado que se deshidrate, dándole una apariencia agrietada a la corteza y una textura dura a la miga del pan.

El agrietamiento de la corteza se debió a que en el momento de la cocción el gluten, almidón y las proteínas de los huevos y leche formaron una estructura semirrígida dándole forma y textura a la corteza, todo esto antes de que el bióxido de carbono producido por la levadura haya sido liberado. Luego el que se produce tardíamente puede quebrantar la estructura y producir grietas en la superficie. El color adoptado por la corteza es moreno debido a las reacciones de caramelización y de Maillard realizadas entre los carbohidratos y las proteínas por acción del calor. Se realizaron unas pequeñas pruebas de sabor para poder determinar las características de éste en el panqué al momento de sustituirse el azúcar por un edulcorante (A) a diferentes concentraciones; debido a que en la elaboración de éste panqué se utilizaron sacarosa y edulcorante A el dulzor presentado por el producto fue excesivo originado por la sinergia potenciadora que se presentó entre la sacarosa y el edulcorante, esto en el caso de la sustitución realizada al 25 y 50 % de edulcorante A, por lo que hay que hacer otras pruebas variando el porcentaje de sustitución pero ésta vez sin el uso de azúcar. En el caso de la sustitución al 75 y 100% del edulcorante A, las características sensoriales presentadas no fueron agradables a el gusto ya que el panqué presentaba un resabio amargo y metálico característico del edulcorante a utilizar por lo que el porcentaje a sustituir será menor al 75 % para evitar este resabio tan desagradable al momento de su consumo. Las características físicas presentadas por el panqué elaborado con el edulcorante A al 45% adicionado de leche fueron las siguientes: La masa queda más manejable por ser menos espesa, es decir más aguada por lo que al realizarse la cocción en el horno la elasticidad del gluten es mejor que cuando no se hidrata adecuadamente dando como resultado un panqué suave y esponjoso. Se observó también el agrietamiento presentado en la corteza continua pero esta vez es debido a la ausencia de sacarosa cuyas funciones en la elaboración del panqué son: servir de sustrato a la levadura para la producción de bióxido de carbono y el retener agua para que al igual que la grasa sirva para darle una consistencia suave al producto; en el momento en el que no hay sacarosa presente en la formulación no hay una buena retención de agua por parte del sustituto y hay una deshidratación en la superficie del panqué originándose así un agrietamiento. El color presentado en la corteza no es el deseado debido a que no es moreno, esto es ocasionado por la ausencia de sacarosa ya que sin ella no se pueden generar las reacciones de caramelización, solo se pueden llevar a cabo reacciones de Maillard entre los azúcares del almidón presente en la harina liberados durante la fermentación y las proteínas procedentes del huevo y la leche dando una coloración menor que con la sacarosa. El sabor presentado por el panqué es agradable al gusto debido a que no hay ningún resabio y tiene un dulzor grato al paladar. En el caso de los panqués preparados con una mayor cantidad de huevo, leche o mantequilla según sea el caso se manifestaron las siguientes características: Con una incorporación de un 25% más huevo se observó en la corteza una disminución en el agrietamiento ya que al haber una mayor cantidad del mismo la proporción de agua presente en la masa es mayor, lo que aporta una mejor consistencia interna al panqué.

Analizando la textura presentada por la corteza esta se observa brillosa como si se hubiera barnizado, es decir como si se le colocará encima de la masa el huevo para dar esta apariencia; además de que la textura fue demasiado plástica desagradable a los sentidos. Cuando se agregó un 25% más de leche, el único cambio que hubo con respecto a la formulación anterior fue el color presentado por la corteza ya que éste fue mucho más claro siendo poco atractivo a la vista y no se disminuyó el agrietamiento presentado por la corteza. Cuando se incorporó un 25% más de mantequilla el agrietamiento fue menor que en el caso donde se utilizó leche, el inconveniente con este ingrediente es que genera problemas de salud con el por incrementar los niveles de triglicéridos y colesterol en sangre por ser un alimento de origen animal. Las tres últimas formulaciones del panqué con edulcorante A que se evaluaro son aquellas en las que se combinan dos ingredientes, ambos con un aumento del 25%, los ingredientes a evaluar son: mantequilla-huevo, mantequilla-leche, leche-huevo cada una presentó diferentes características por lo que con respecto a estas características se decidirá cual es el panqué a evaluar. Las características presentadas por cada una de las formulaciones realizadas: Mantequilla-leche: El color moreno presentado por la corteza es fuerte, el agrietamiento disminuyó un poco, el sabor no era el deseado por que pierde el dulzor y es insípido.

Mantequilla-huevo: El agrietamiento presentado en la corteza no ha disminuido,

el color no es el óptimo porque es un color crema no el moreno deseado y otro punto importante es el sabor que es insípido ya que no se detectaba un dulzor adecuado para un pan dulce como lo es el panqué.

Huevo-Leche: El agrietamiento disminuyó considerablemente aunque no se

eliminó por completo debido a la siguiente razón, que al no haber sacarosa dentro de la formulación no hay otro ingrediente que tenga la propiedad que tiene la sacarosa de retener agua, por lo que la corteza se deshidrata rápidamente; por otro lado el color que se observa en la corteza es un moreno atractivo, ni muy fuerte ni muy claro es el justo; el sabor es justo ya que no es muy dulce, puede ser del agrado de todos pero eso solo lo vamos a saber analizando los resultados obtenidos en la evaluación sensorial. En el siguiente cuadro se observa la formulación que obtuvo las mejores características físicas para ser empleada en la elaboración de la evaluación sensorial del producto terminado elaborado con el edulcorante B.

Cuadro 6 Formulación del panqué

a evaluar elaborado con edulcorante B.

Ingredientes Porcentaje (%)

Harina de trigo 28.48 Mantequilla 22.78

Huevo 32 Levadura en

polvo 0.45

Vainilla 0.56 Sal 0.02

Sustituto B 1.39 Leche 14.24 Total 99.92

Las características físicas presentadas por el panqué elaborado con el edulcorante B sin leche fueron las siguientes: La masa queda muy espesa al momento de ser mezclada por lo que al realizarse la cocción en el horno, por las altas temperaturas se pierde la poca cantidad de agua aportada por el huevo debido a la transformación de ésta en vapor; dando como resultado que se deshidrate, dándole una apariencia agrietada a la corteza y una textura dura a la miga. En la sustitución realizada al 25% también se utilizó sacarosa para la elaboración del panqué por lo que el dulzor fue excesivo por la sinergia presentada entre estos dos ingredientes. La cocción observada en el panqué fue homogénea ya que no se presentaron segmentos quemados, crudos o disparejos por lo que el horneado fue a la temperatura exacta. El dorado es el óptimo, es decir el atractivo a los sentidos por ser un moreno tenue. En la sustitución al 100% el dulzor fue el más agradable ya que no es excesivo pero la textura no es la adecuada por ser compacta, seca y dura para el gusto. La sustitución al 100% es la que va a seguir elaborando con algunos cambios para mejorar la consistencia de la miga y de la corteza del panqué. Para mejorar la consistencia de la miga se adicionó leche a la formulación con el fin de hacer que la masa sea más aguada para que al momento de la cocción el panqué sea de una consistencia más suave, para mejorar la corteza fue necesario hacer diferentes formulaciones con la adición y combinación de tres de los ingredientes (huevo, leche y mantequilla).

Evaluación sensorial del panqué

Se presentan los resultados obtenidos de la evaluación sensorial realizada a cada uno de los panqués elaborados con diferentes edulcorantes naturales o artificiales según sea el caso (sacarosa, edulcorante A y B) así como el grado de aceptación del producto. La evaluación sensorial realizada es del tipo afectivo como ha sido mencionado, con el objetivo de evaluar la respuesta de los consumidores con respecto al desarrollo de nuevos productos. La decisión de efectuar una evaluación sensorial afectiva se debió a que se deseaba saber el grado de aceptación del producto y a que los jueces no eran entrenados. De acuerdo con los resultados el panqué con sacarosa tiene una mayor aceptación que los elaborados con edulcorantes. El panqué con sacarosa gusta más debido a que ésta aporta características muy específicas al producto como: cuerpo, palatabilidad, consistencia, un sabor y dulzor muy característicos.

Análisis químico proximal.

A continuación se muestran los resultados del análisis químico proximal realizado a los diferentes panqués con el fin de conocer su composición real y obtener su información nutricional así como para saber las calorías que nos aporta éste alimento.

Cuadro 7. Análisis químico proximal en base húmeda y seca del panqué con sacarosa por cada 100 g del producto.

Determinación Base húmeda

Base seca

Humedad 15.96 ---------- Cenizas 0.63 0.75 Proteína 9.8 11.6

Grasa 19.75 27 Carbohidratos

totales 53.9 60.50

Calorías 432 ------- Cuadro 8. Análisis químico proximal en base húmeda y seca del panqué con

edulcorante A por cada 100 g del producto.

Determinación Base húmeda

Base seca

Humedad 23.48 ------- Cenizas 0.71 1 Proteína 9.9 13

Grasa 23.2 30.3 Carbohidratos

totales 42.7 44.3

Calorías 419 --------

Cuadro 9 Análisis químico proximal en base húmeda y seca del panqué con

edulcorante B por cada 100 g del producto.

Determinación Base húmeda

Base seca

Humedad 30.4 -------- Cenizas .85 1.2 Proteína 10.81 15.5

Grasa 22.7 32.6 Carbohidratos

totales 35.7 50.6

Calorías 390 ------- Las determinaciones deben realizarse con mucho cuidado y precisión ya que así se obtendrán resultados más exactos para conocer la composición real del alimento. Al conocer la composición de los alimentos obtenemos la información nutricional del mismo, con lo que sabes la cantidad exacta de proteínas, grasas e hidratos de carbono que nos aporta al momento de su consumo así como la cantidad de calorías que obtenemos del mismo. La mayor diferencia nutricional entre los tres panqués es el contenido de hidratos de carbono dentro de los cuales se encuentran el almidón total y resistente provenientes de la harina de trigo, ésta diferencia radica en la presencia de los edulcorantes naturales y artificiales, ya que es el ingrediente variable. El panqué que tiene sacarosa es el que aporta mayor cantidad de calorías debido a que el azúcar es un edulcorante calórico metabolizable por el organismo aportando 4 cal/g por su consumo, en cambio los edulcorantes A y B son no calóricos y no metabolizables por lo que no aportan calorías y el único recurso calórico proveniente de hidratos de carbono es el procedente de la harina de trigo.

META 3 (20 %)

Evaluar el índice glucémico del pan horneado convencionalmente y en microondas, incluyendo azúcar y del pan con edulcorantes artificiales en la formulación. 1. PREDICCIÓN DEL ÍNDICE GLUCÉMICO (Granfeldt, 1992) Procedimiento: Se emplearon muestras de panqué elaborado con las mejores condiciones de tratamiento con microondas y el elaborado convencionalmente. Para calcular la predicción del índice glucémico se debe determinar la tasa de hidrólisis del almidón por masticación para lo cual se requiere de la participación de al menos seis voluntarios sanos, los cuales deben realizar el experimento sin haberse cepillado los dientes y sin haber ingerido alimento antes de realizar la prueba, la cual se debe efectuar entre 9 y 10 de la mañana. Se recomendó elaborar previamente una curva tipo con maltosa. En otra sesión de trabajo, se realizó la prueba con los mismos voluntarios, utilizando pan blanco como muestra de referencia. Los resultados se analizaron estadísticamente con el programa Sigma Stat versión 2.0 con un nivel de confianza del 95%.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS El índice glucémico es una forma numérica de describir la rapidez de absorción de los hidratos de carbono. En el cuadro 1 se compara la rapidez con la que el almidón contenido en el panqué de microondas es digerido y absorbido, con relación al del panqué convencional. Se observó un valor de índice glucémico de 31.97 para el panqué de microondas. Lo que significa que este producto tardará más en digerirse que el panqué convencional que presentó un índice glucémico de 41.40. Los alimentos con índice glucémico bajo causan mayor saciedad al individuo que los consume y por lo tanto los niveles de glucosa en su sangre aumentarán más lentamente. Existió diferencia significativa (p#0.05) entre cada lote, lo que dependió de la menor gelatinización del almidón en el panque de microondas, en donde se conservó mayor proporción de almidón nativo, que según Englyst, 1992, lo clasifica como almidón resistente tipo I.

Cuadro 1. Comparación de la predicción del índice glucémico entre panqué en

microondas y convencional.

PANQUÉ ÍNDICE DE

HIDRÓLISIS (IH)

PREDICCIÓN DEL ÍNDICE GLUCÉMICO

DESVIACIÓN ESTÁNDAR ERROR IH

Testigo 100 94.40 Convencional 38.52 41.40 3.87 1.58 Microondas 27.57 21.97 0.37 0.15 A continuación se presentan los resultados obtenidos para el panque sustituido con edulcorante A, que resulto ser el más aceptado sensorialmente. En la figura 1 se observa la curva resultante de los datos de absorbancia y concentración de la glucosa pura para con esta curva realizar la determinación de almidón total y resistente. El porcentaje de Hidrólisis obtenido es útil para conocer la eficiencia de la función de la enzima alfa-amilasa salival y pancreática según la etapa de la determinación. La hidrólisis enzimática realizada en el almidón se ve afectada por la estructura en la que se encuentre el almidón, el peso molecular, la presencia de lípidos y proteínas en el alimento, por lo que hay una mayor hidrólisis en el pan blanco que en el panqué con sacarosa o con edulcorante debido a que en el primero se encuentra una menor cantidad de lípidos y proteínas; por los que es más fácil llegar al almidón disponible presente en el alimento., (Byoung, 2003). Una vez que se obtienen los resultados de porcentaje de Hidrólisis es necesario graficar los datos para que se obtenga la base del triangulo que se forma en cada punto. Para poder realizar y determinar el índice de Hidrólisis es necesario calcular el área bajo la curva de cada uno de los puntos que se obtuvieron en la figura 1, esto se logra con los datos de base y altura, la base es el porcentaje de hidrólisis y la altura es el tiempo transcurrido entre cada toma de muestra.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 30 60 90 120 150 180

Tiempo (min)

% d

e H

idró

lisis

Pan blancoPanquéPanqué modificado

Figura 1. Curva del porcentaje de Hidrólisis

A continuación se muestran los resultados obtenidos de calcular el área bajo la curva de cada una de las muestras a analizar (pan blanco, panqué con sacarosa y panqué con edulcorante A).

Cuadro 2. Área bajo la curva de cada muestra.

Área bajo la curva del pan blanco

Área bajo la curva del panque con sacarosa

Área bajo la curva del panqué con edulcorante A

6350.85 2454.29 1607.69

Cuadro 3. Índice de Hidrólisis

Índice de Hidrólisis pan

blanco 100

Índice de hidrólisis de panqué con

sacarosa 57.78

Índice de hidrólisis del panqué con edulcorante A

28.83

Una vez que se cuenta con el Índice de Hidrólisis se procede a predecir el Índice Glucémico que el alimento presenta, esto empleando la formula mencionada anteriormente. A continuación se muestran los resultados de la predicción del Índice Glucémico de los panques desarrollados y evaluados en el presente trabajo y de pan blanco comercial, este último tomado como referencia por ser un alimento rico en hidratos de carbono y no tener dificultad para su digestión y asimilación.

Cuadro 4. Índice Glucémico

Índice Glucémico de pan blanco

94.40

Índice Glucémico de panque con sacarosa

58.00

Índice Glucémico de panque con edulcorante A

33.05

Como ya se ha mencionado el Índice Glucémico es la medición de la respuesta generada por un alimento dentro del organismo, ésta respuesta es el incremento de glucosa en sangre por el consumo de alimentos ricos en hidratos de carbono.

En el cuadro 4 se puede observar el Índice Glucémico presentado por el pan blanco, el cual es elevado ya que es cercano al de la glucosa pura (100), siendo su índice Glucémico de 94.4; esto se debe a que por no tener una gran cantidad de proteína, fibra o grasa dentro de su formulación la alfa-amilasa no presenta ninguna dificultad para actuar directamente sobre el almidón, debido a que no es necesario que ataque otras moléculas para llegar a el almidón por lo que su acción es más rápida. En el caso del panqué con sacarosa el índice Glucémico que presenta es menor que el del pan blanco debido a que el primero contiene una mayor cantidad de grasa y proteína proveniente de la leche, el huevo y la mantequilla empleadas en su elaboración; por lo que a la alfa-amilasa necesita de un mayor tiempo de acción para realizar una hidrólisis completa generando una lenta absorción, (Byoung, 2003). En cambio si comparamos los resultados del panqué con sacarosa con el panqué con edulcorante A éste último tiene un menor Índice Glucémico ya que además de presentar proteínas y grasa que retardan la velocidad de hidrólisis de la �-amilasa, otra de las razones por las que el índice glucémico del panqué con edulcorante A es menor se debe a que la única fuente de hidratos de carbono dentro de la formulación es de origen amiláceo en cambio en el panqué con sacarosa además de tener almidón como fuente de hidratos de carbono también se encuentra la sacarosa que incrementa el contenido de los mismos presentes en el panqué, (Byoung, 2003). Un bajo índice glucémico en los alimentos reduce las posibilidades de un incremento rápido en los niveles de glucosa, lo cual es un gran beneficio para las personas que padecen diabetes ya que si se tiene una absorción lenta, la insulina puede mejorar su funcionamiento para evitar hiperglicemia en el organismo. De acuerdo con la clasificación de los alimentos según su índice glucémico el pan blanco es un alimento de índice glucémico alto ya que es mayor a 70, el panqué con sacarosa presenta índice glucémico medio ya que de encuentra entre 55 y 70 y el panqué con edulcorante presenta un índice glucémico bajo por ser menor a 55. El panqué elaborado con edulcorante se puede recomendar a personas que padecen diabetes por el bajo índice glucémico presentado ya que este ayudará a mantener sus niveles de glucosa en sangre sin evitarles el consumo de productos con un cierto grado de dulzor.

META 4 (10 %) Evaluar la gelatinización y retrogradación del almidón del pan horneado en horno convencional, en microondas con azúcar. 1. CALORIMETREÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO. Grado de gelatinización y

retrogradación del almidón. Procedimiento: Las determinaciones de calorimetría diferencial fueron llevadas a cabo en muestras de panqué elaborado con microondas y en panqué elaborado convencionalmente. Se emplearon celdas de acero inoxidable donde se colocaron 10 mg de muestra desgrasada y se adicionó agua destilada hasta alcanzar 70 % de humedad. La muestra se dejo humectar dentro de la charola cerrada herméticamente durante una hora a temperatura ambiente. Posteriormente, la charola conteniendo la muestra se colocó en el Diamond DSC Differencial Scanning Calorimeter, Perkin Elmer. Precisely, donde se aplicó una temperatura desde 20 hasta 140 ΕC, incrementando 10 cada minuto. Para evitar un calentamiento excesivo en el equipo se empleó Intracooler 2P Cooling Accesory. Perkin Elmer. Los resultados se graficaron con ayuda de Pyris Software Thermal Analysis. Versión 7.0.0.0110, Perkin Elmer.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Considerando que la formulación de panqué tiene igual cantidad de agua y que se elaboraron lotes bajo diferentes condiciones de tiempo y temperatura, el almidón presentó un grado de gelatinización distinto, lo que coincide con lo indicado por Zanoni, 1991. En las endotermas obtenidas del almidón de panqué elaborado con microondas y del almidón del panqué procesado en horno convencional, todas las muestras presentan un máximo entre 75 y 85 ΕC, con diferentes entalpías debido a las diferentes condiciones de elaboración. La endoterma de almidón sin tratamiento térmico, cuyo máximo fue 67ΕC con una entalpía ∆Η = 2.12 J/g, relativamente mayor que la del panqué de microondas, ya que se requiere mayor cantidad de energía para lograr la gelatinización del almidón nativo. Al comparar la entalpía del panqué de microondas ∆Η = 0.60 J/g con la entalpía del panqué convencional ∆Η = 0.12 J/g, se observó un valor significativamente más alto (p#0.05) en el pan de microondas debido a que esta condición de elaboración, gelatinizó una menor proporción de almidón que en el panqué convencional. La retrogradación del almidón no se presentó en ambos lotes de panqué durante su almacenamiento. Las microondas aplicadas al panqué influyen en que se logren índices glucémicos menores. META 5 (40 %) Evaluar la remoción de materia orgánica (principalmente de aceites), utilizando métodos fisicoquímicos. MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizó la caracterización fisicoquímica del agua residual, tomando como base los parámetros que estipula la Norma Oficial Mexicana (NOM-001-ECOL-1996). Los parámetros a evaluar son los siguientes: temperatura, grasas y aceites, pH, sólidos sedimentables, sólidos suspendidos totales, DBO5, DQO, nitrógeno total y fósforo total.

Se evaluó la remoción de materia orgánica (principalmente de aceites), utilizando métodos fisicoquímicos: Con base en las características del agua residual se aplicaron alguno(s) de los siguientes tratamientos fisicoquímicos: decantación, sedimentación, centrifugación, flotación con aire, coagulación y floculación.

Determinación del grado de depuración del agua residual. A la muestra de agua que se obtenga después de aplicar los tratamientos físicos o fisicoquímicos y biológicos se le realizará la caracterización fisicoquímica, tomando como base los parámetros que estipula la NOM-001-ECOL-1996 y se compararán las características del agua antes y después de los tratamientos aplicados. Métodos analíticos Determinación de pH Se realizará mediante un método potenciométrico. Determinación de la demanda química de oxígeno. La demanda química de oxígeno es ampliamente utilizada para estimar la cantidad de materia orgánica presente en una muestra. Es una medida de los equivalentes de oxígeno de los materiales presentes en la muestra, los cuales se someten a oxidación por medio de un agente oxidante químico fuerte, en este caso el dicromato. Cuando las muestras contienen únicamente sustancias orgánicas que son asimilables por microorganismos y no materia tóxica, la demanda química de oxígeno proporciona una adecuada estimación de los valores de la demanda bioquímica de oxígeno (Hach, 1997). Fundamento Se utilizó el método de digestión con dicromato en reactor (Método 8000 de Hach, 1997). El reactor es un incubador de tipo baño seco el cual proporciona constantemente una temperatura de 150 ± 2 °C, que es la requerida para la estimación de la demanda química de oxígeno de una muestra. Bajo estas condiciones de temperatura, los compuestos orgánicos susceptibles de ser oxidados reaccionan con un agente oxidante fuerte, el dicromato de potasio, con el que el ión dicromato (Cr2O7

2-) se reduce a ión crómico (Cr3+), de color verde, el cual se cuantifica colorimétricament a 600 nm. La mezcla de reacción también contiene iones plata y mercurio. La plata actúa como catalizador de la reacción y el mercurio se utiliza para eliminar las interferencias ocasionadas por los cloruros. Reactivos Se utilizaron viales comerciales (marca:Hach) para la estimación de la DQO en el intervalo de concentraciones de 0 a 1500 ppm. Así mismo, se emplearon una solución stock de biftalato ácido de potasio (marca:Hach) para preparar los testigos de concentración necesarios para elaborar la curva de calibración. El método que se utilizó para determinar la DQO está aprobado por la Agencia de Protección del Ambiente de los Estados Unidos de América (USEPA). Procedimiento. Se adicionaron 2.5 mL de muestra convenientemente diluida a los viales, los cuales se agitarán durante 10 segundos y posteriormente se colocarán en el reactor Hach a 150 °C, durante dos horas. A continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente y el color desarrollado se leerá en un espectrofotómetro a 600 nm.

El espectrofotómetro se ajusta con un blanco, el cual es agua destilada. El ensayo de los testigos de concentración y del blanco se realizó de la misma forma y simultáneamente al de las muestras problema. Determinación de grasas y aceites La determinación de grasas y aceites es indicativa del grado de contaminación del agua por usos industriales y humanos. En la determinación de grasas y aceites no se mide una sustancia específica sino un grupo de sustancias con las mismas características fisicoquímicas (solubilidad). Entonces, la determinación de grasas y aceites incluye ácidos grasos, jabones, grasas, ceras, hidrocarburos, aceites y cualquier otra sustancia susceptible de ser extraída con hexano (NMX-AA-005-SCFI-2000). Fundamento Se empleó el método de extracción Soxhlet con hexano. Este método se basa en la adsorción de grasas y aceites en tierra de diatomeas, los cuales son extraídos un Soxhlet empleando hexano como disolvente. Una vez terminada la extracción se evapora el hexano y se pesa el residuo que ha quedado en el recipiente; siendo este valor el contenido de grasas y aceites (NMX-AA-005-SCFI-2000). Reactivos -Ácido Clorhídrico concentrado -Hexano -Suspensión de tierra de diatomeas-sílice -Ácido clorhídrico (1:1) -Ácido sulfúrico (1:1) -Aceite de referencia: mezcla de mineral SAE20 y vegetal mixto. -Agua: Resistividad, megohm-cm a 25 °C: 0,2 mínimo; Conductividad, µS/cm a 25 °C: 5.0 máximo y pH: 5.0 a 8.0. Procedimiento -Las muestras se acidifican a pH menor de 2 con ácido clorhídrico 1:1 o ácido sulfúrico 1:1. -Colocar un papel filtro en el embudo Büchner, colocar el embudo en un matraz Kitazato y agregar 100 mL de la suspensión de tierra de diatomeas-sílice sobre el filtro, aplicar vacío y lavar con 100 mL de agua. -Transferir el total de la muestra acidificada al embudo Büchner preparado aplicando vacío hasta que cese el paso de agua. Medir el volumen de la muestra. -Con ayuda de unas pinzas, transferir el material filtrante a un cartucho de extracción. Limpiar las paredes internas del embudo y del frasco contenedor de la muestra, así como la parte interna de la tapa del frasco con trozos de papel filtro previamente impregnado de disolvente (hexano), teniendo cuidado de remover la película de grasa y los sólidos impregnados sobre las paredes; colocar los trozos de papel en el mismo cartucho. -Secar el cartucho en una estufa a 103 °C – 105°C por un período de 30 min. Transcurrido este período colocar en el equipo Soxhlet.

-Adicionar el volumen adecuado de hexano al matraz de extracción previamente puesto a peso constante y preparar el equipo Soxhlet. Evitar tocar con las manos el cartucho y el matraz de extracción, para ello utilizar pinzas o guantes de látex. -Colocar el equipo de extracción sobre la parrilla de calentamiento, controlar la temperatura del reflujo y extraer a una velocidad de 20 ciclos/hora durante un período de 4 h. -Una vez terminada la extracción retirar el matraz del equipo Soxhlet, y evaporar el disolvente. -El matraz de extracción libre de disolvente se coloca en el desecador hasta que alcance la temperatura ambiente. -Pesar el matraz de extracción y determinar la concentración de grasas y aceites recuperables. -Se analizará un blanco de reactivo bajo las mismas condiciones de la muestra. Cálculos Calcular las grasas y aceites recuperables (G y A) en la muestra usando la siguiente ecuación:

G y A (mg/L) = [(A-B)/V]*1000

donde: A = Peso final del matraz de extracción (mg). B = Peso inicial del matraz de extracción (mg). V = Volumen de la muestra en mL. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Caracterización fisicoquímica del agua residual. De la caracterización fisicoquímica de 7 muestras de agua residual, las cuales fueron proporcionadas por una Industria productora de aceites de origen vegetal, se puede destacar lo siguiente: Con excepción de la concentración de sólidos sedimentables y de material flotante (que en todos los casos fue de 0 mL/L), los valores de los otros parámetros evaluados variaron para cada muestra. Los resultados de las características fisicoquímicas del efluente industrial se muestran en el cuadro 1, en el cual se presentan los valores máximos y mínimos que se han obtenido para cada parámetro.

Cuadro 1. Caracterización fisicoquímica del agua residual.

Parámetro Valor mínimo Valor máximo Ph 10.65 12.40

Sólidos totales (mg/L) 6370 6520

Sólidos sedimentables (mL/L) 0 0

Sólidos suspendidos totales (mg/L) 150 425

Material flotante Ausencia Ausencia

Demanda química de oxígeno (mg/L) 5123 12647.5

Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 2100 5722

Grasas y aceites (mg/L) 1200 3781

Fósforo total (mg/L) 2.05 8.72

Nitrógeno total (mg/L) 5.86 38.24

Proteína soluble (mg/L) 13.20 157.5

En el cuadro 2 se presentan los resultados de la demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), de aceites y grasas (AyG), de sólidos suspendidos totales (SST) y de pH, que se han informado en la literatura para aguas residuales de 4 industrias productoras de aceites vegetales comestibles (I - IV).

Cuadro 2. Características de las aguas residuales de industrias productoras de aceites vegetales

Parámetro I II III IV

pH 6.3 – 8.7 8.5 – 9.3 4.95 – 10.6 5 – 10

DQO (mg/L) 457 – 873 1730 – 1920 1025 – 11810 3200 - 6000

DBO5 (mg/L) 90 – 582 1520 – 1740 ND ND

AyG (mg/L) 156 – 682 1630 – 1915 102.8 – 630.8 400

SST (mg/L) 122 – 405.3 1930 – 2240 97.7 – 397.8 ND

Referencia El-Masry y col., 2004a

Khan y Akhtar, 1998

Mkhize y col., 2000

Kansal y col., 1998

ND = dato no proporcionado. Es evidente que, en general, el contenido de sólidos suspendidos totales, de aceites y grasas, las demandas bioquímica y química de oxígeno, así como el pH de las muestras de agua residual utilizadas en este trabajo son superiores a las informadas por otros investigadores. De acuerdo a lo publicado por El-Masry y col. (2004a), la composición típica de los efluentes líquidos de la Industria productora de aceites vegetales comestibles corresponde a la mostrada en la tabla 3 para la Compañía I.

Aplicación de métodos físicos y fisicoquímicos Tratamientos físicos

Con el propósito de determinar si era posible separar parte del aceite y de los sólidos suspendidos presentes en el agua residual por medio de la fuerza de gravedad (procesos conocidos como decantación y sedimentación o clarificación, respectivamente), se colocó un determinado volumen de agua residual en un recipiente y se mantuvo en reposo durante determinados periodos de tiempo. Aun cuando se utilizaron tiempos de decantación/sedimentación extremadamente largos (1 semana), muy superiores a los tiempos de residencia típicos de los sistemas convencionales (≤ 24 h) (http://www.barnstablecountyhealth.org), no se logró la separación de alguno de estos materiales. Estos resultados sugieren que los aceites vegetales y los sólidos suspendidos se encuentran en estado coloidal, por lo que sería conveniente aplicar algunos otros procesos físicos o fisicoquímicos para lograr su separación. Además, los resultados también sugieren que el aceite estaba emulsificado o disuelto en el agua. Una emulsión es una mezcla íntima de dos fases líquidas, tales como aceite y agua, en la cual una de ellas está dispersa en la otra. En la química del agua, por lo común se encuentran dos tipos de emulsiones: agua aceitosa de desecho (aceite emulsificado en agua o emulsiones AC/AG) y emulsiones de aceite de desecho (agua emulsificada en aceite o emulsiones AG/AC) (Kemmer y McCallion, 1989).

El agua residual utilizada en este trabajo tiene la apariencia aceitosa característica de las emulsiones aceite en agua (AC/AG). A fin de corroborar esto último, se realizó el ensayo recomendado para distinguir una emulsión AC/AG de una emulsión AG/AC, la cual consiste en adicionar algunas gotas de agua residual a agua de la llave. Si las gotas de agua residual se dispersan en el agua de la llave se tendría una emulsión AC/AG, de lo contrario se trataría de una emulsión AG/AC (Kemmer y McCallion, 1989). Al realizar esta prueba, se observó que el agua residual se dispersaba rápidamente a través del agua de la llave, lo cual demostró que el aceite presente en el agua residual se encontraba emulsificado, formando una emulsión aceite en agua. Algunos de los métodos físicos recomendados para el rompimiento de las emulsiones AC/AG son la flotación con aire, la ultra filtración y la adsorción con carbón activado. Los métodos fisicoquímicos utilizados para el rompimiento de este tipo de emulsiones son la coagulación y floculación. Es conveniente mencionar que al rompimiento de una emulsión mediante métodos químicos, físicos o electrolíticos también se le denomina como resolución, ya que su resultado es la separación en sus partes de la mezcla original (Kemmer y McCallion, 1989). A continuación se ensayó la flotación por aireación con el objetivo de separar parte del aceite y de los sólidos suspendidos. Después de varios ensayos, no se logró la remoción de aceite ni de materia suspendida, pero se observó la formación de espuma, lo que podría sugerir que durante la aireación se desnaturalizaron algunas proteínas.

Tratamientos fisicoquímicos En las plantas de tratamiento de aguas de desecho aceitosas (emulsión AC/AG) es tradicional el empleo de ácidos inorgánicos, tales como el H2SO4, HCl y el HNO3, para el rompimiento de las emulsiones. El ácido convierte el ión carboxilo de los ácidos grasos en ácido carboxílico, lo que ocasiona la neutralización de las cargas eléctricas acumuladas sobre las gotas de aceite emulsificadas -ya que los ácidos introducen una carga eléctrica de signo opuesto (carga positiva) a la de las gotas de aceite (cargas negativas)-, y favorece la aglomeración de éstas. Además, se considera que en general los ácidos son rompedores de emulsiones más eficientes, más económicos, y ocasionan menos problemas de operación que las sales coagulantes, tales como las de aluminio y fierro; sin embargo, el agua de desecho ácida debe neutralizarse después de la separación del aceite del agua (lKemmer y McCallion, 1989). Con base en lo anterior, se realizó la experimentación necesaria a fin de determinar si era posible lograr la resolución de la emulsión aceite en agua, utilizando ácidos inorgánicos. Para ello, se ensayó el efecto del ácido clorhídrico y del sulfúrico. Cuando se adicionó alguno de los dos ácidos, se observó que la turbiedad del agua residual se incrementaba, más no se llevaba a cabo la separación de las fases líquidas (fase oleosa y acuosa), aun cuando las muestras tratadas permanecieron en reposo durante largos periodos de tiempo (aproximadamente 1 semana).

El incremento de la turbiedad del agua residual sugirió que el pH de la solución podría tener alguna influencia en la separación de la materia orgánica e inorgánica del agua residual, por lo que se ensayó su efecto. El agua residual se ajustó a distintos valores de pH con alguno de los ácidos antes mencionados, se agitó y se filtró a través de papel filtro de poro grueso. Como muestra control se utilizó agua residual a la que no se le adicionó ácido (pH ≈ 12). Es conveniente mencionar que, en experimentos previos, se demostró que no se logró el rompimiento de la emulsión a ninguno de los valores de pH ensayados y que la velocidad de sedimentación de las partículas era muy pequeña, por lo que la operación de clarificación no sería viable. En la figura 1 se muestra el efecto del pH sobre la remoción de la demanda química de oxígeno del agua residual (filtrado), cuando se utilizó ácido clorhídrico. Se observa que a medida que se disminuyó el pH del agua residual, la demanda química de oxígeno del filtrado se redujo considerablemente. Los niveles más bajos de DQO se obtuvieron a valores de pH bajos, entre 1 y 3.0.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

DQ

O (m

g/L)

Figura 1. Efecto del pH sobre la remoción de la demanda química de oxígeno

del agua residual En la figura 2 se muestra la eficiencia de remoción de contaminantes, evaluada como remoción de DQO, para los distintos valores de pH ensayados. Se aprecia que la eficiencia de remoción se incrementó a medida que el pH del agua residual disminuyó. La eficiencia más alta fue del 86% y se obtuvo a un pH de 3.0.

0102030405060708090

100

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11.9

pH

Efic

ienc

ia d

e re

moc

ión

%

Figura 2. Efecto del pH sobre la eficiencia de remoción de la demanda química

de oxígeno. Durante los experimentos realizados con el sistema de flotación por aireación se hizo evidente que parte de la materia orgánica presente en el agua residual era de naturaleza proteica, ya que se observó la formación de espuma durante la aireación. La disminución del pH del agua residual a valores tan bajos como 1 - 3 podría haber ocasionado la desnaturalización de algunas proteínas, ya que se podría haber alcanzado su punto isoeléctrico. A fin de corroborar esto último, se determinó la concentración de proteínas solubles de cada uno de los filtrados, utilizando para ello el método propuesto por Lowry y col. (1951). Se observó que, en efecto, a medida que se disminuyó el pH, aumentó la remoción de proteínas solubles y que los niveles más bajos de estos polímeros se alcanzaron en el intervalo de valores de pH de 1 a 3 (figura 3).

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Prot

eina

s so

lubl

es (

mg/

L)

Figura 3. Efecto del pH sobre la remoción de proteínas solubles del agua

residual.

En la figura 4 se presenta el efecto del pH sobre la cantidad de materia retenida por el medio filtrante y, por consiguiente, que fue removida del agua residual. La cantidad de materia retenida se incrementó conforme el pH del agua residual disminuyó. A un pH de 3.0, la cantidad de materia retenida por el medio filtrante fue de aproximadamente 3.4 veces superior a la del control (agua residual sin tratamiento).

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Mat

eria

rete

nida

en

el m

edio

filtr

ante

(g

/100

ml)

Figura 4. Efecto del pH sobre la cantidad de materia retenida por el medio

filtrante. A los filtrados obtenidos a los distintos valores de pH ensayados también se les determinó su contenido de nitrógeno y de fósforo total para determinar si el tratamiento había tenido alguna influencia sobre la remoción de alguno de ellos. En el caso del nitrógeno total, se observó que la concentración disminuía ligeramente a medida que el pH se reducía; los niveles más bajos se obtuvieron a valores de pH entre 1 y 3 y fueron 24% inferiores a los de los controles (agua residual sin tratamiento). En el caso del fósforo total, la mayor eficiencia de remoción se alcanzó a pH 3.0 y fue del 17.5%. El tratamiento con ácido clorhídrico se realizó con tres lotes de agua residual diferentes y los ensayos se realizaron bajo las mismas condiciones de operación. Los resultados mostraron que el procedimiento es reproducible, ya que se observó un comportamiento similar en los tres casos; es decir, las mayores eficiencias de remoción de contaminantes se alcanzaron en el intervalo de valores de pH de 1 a 3, con eficiencias equivalentes. Además, cuando se utilizó ácido sulfúrico para llevar a cabo la resolución de la emulsión, la remoción de contaminantes fue similar a la obtenida con ácido clorhídrico, por lo que es indistinto utilizar alguno de los dos ácidos.

Debido a que los aceites tienden a cubrir las superficies con las que están en contacto, se esperaba que parte del aceite vegetal presente en el agua residual quedara retenido en la superficie y/o en la matriz del medio filtrante (papel filtro de poro grueso). Por lo que, a continuación, se determinó la cantidad de grasas y aceites retenido por éste. Estos experimentos se realizaron únicamente con las muestras de agua residual sin tratar (pH de aproximadamente 12) y con aquellas a las que se les ajustó el pH a 3.0, ya que a este último valor de pH se obtuvo la mayor remoción de la demanda química de oxígeno. Los resultados mostraron que el medio filtrante retenía aproximadamente el 85 y el 97% del aceite originalmente presente en el agua residual no tratada y tratada, respectivamente. Esto último podría ser de utilidad para la industria productora de aceites vegetales ya que el medio filtrante podría ser sometido a un proceso de extracción con disolventes para la recuperación del soluto de interés (aceite), con lo que se incrementaría el rendimiento del proceso de extracción. Para determinar si esto último sería factible de llevarse a cabo a mayor escala, se consiguieron dos medios filtrantes de uso industrial, papel y lona, los cuales son de bajo costo y se utilizan ampliamente en procesos de filtración con filtros prensa de placas y marcos. La compañía que nos proporcionó los medios filtrantes antes mencionados los utilizan para llevar a cabo la filtración de suspensiones en filtros de la marca Sparkler. Al agua residual se le adicionó ácido clorhídrico hasta alcanzar un pH de 3.0 y posteriormente se filtró a través de los medios filtrantes. A los filtrados se les determinó la demanda química y bioquímica de oxígeno y al medio filtrante la cantidad de grasas y aceites retenidos. En el cuadro 3 se muestran las eficiencias de remoción de la demanda química de oxígeno y de la demanda bioquímica de oxígeno, así como el porcentaje de aceite retenido por los distintos medios filtrantes utilizados en este trabajo. Se aprecia que los valores obtenidos con los medios filtrantes industriales son semejantes a los obtenidos con el papel filtro de poro grueso utilizado a nivel laboratorio. Las eficiencias de remoción de las demandas química y bioquímica de oxígeno fueron de 86 – 87.36% y de 88.48 – 90.87%, respectivamente, y la cantidad de aceite recuperado fue del 97 – 99.99%.

Cuadro 3. Eficiencia de remoción de contaminantes y de recuperación de grasas y aceites, cuando el agua residual se ajustó a un pH de 3.0 y se

utilizaron distintos medios filtrantes.

Medio filtrante Papel filtro de poro grueso

Lona industrial Papel industrial

Parámetro

Eficiencia de remoción (%)

DQO 86 87.36 86.38

DBO5 90.87 90.71 88.48 G y A 97 99.99 99.99

Es conveniente mencionar que la lona no fue afectada durante el proceso de extracción del aceite, por lo que podría ser reutilizada en otros procesos de filtración. Asimismo, para incrementar la cantidad de aceite retenido se podría emplear algún filtro ayuda como pre-capa. Posteriormente, se realizarán algunos estudios en los que se utilizarán algunos agentes químicos de naturaleza catiónica para tratar de romper la emulsión AC/AG y poder disponer de otras posibilidades de tratamiento. Entre los agentes químicos que se emplearán se tienen los siguientes: sulfato de aluminio, sales de fierro (sulfato ferroso y cloruro férrico), policloruro de aluminio, poliacrilato, poliamina, almidón y quitosana. Además, se realizarán experimentos en donde se combine la adición de los químicos antes mencionados con la flotación con aire, para facilitar la separación de las fases.

IMPACTO Se logró obtener un producto de panificación horneado en microondas con características sensoriales aceptables, cuyas características funcionales corresponden a un producto bajo en calorías al tener mayor cantidad de almidón resistente y un índice glucémico menor que el mismo producto horneado convencionalmente. Si además se sustituye la sacarosa por un edulcorante no calórico el índice glucémico disminuye aún más. Este producto puede ser recomendado para dietas bajas en calorías ya que la mayor cantidad de almidón resistente da mayor sensación de saciedad con un menor aporte de glucosa. Al lograr la vinculación Empresa – IPN en este proyecto con el desarrolló una metodología para el tratamiento de efluentes con un alto contenido de aceites y grasas, se tiene un impacto favorable al realizar investigaciones que estén aportando soluciones en problemas reales de la Industria. La vinculación se estableció con la empresa “Industria Aceitera S. A. de C. V.” Planta procesadora de aceites vegetales. La cual proporcionó las muestras para el desarrolló de la meta 5 de este proyecto. Esto resulta relevante al desarrollar una metodología de tratamiento fisicoquímico con la finalidad de reducir los contaminantes de sus efluentes. Además se realizó la vinculación con la empresa “Metco S. A.” para la ejecución de la meta 2 de este proyecto. Esto resultó favorable al probar en el desarrollo de nuestro producto los edulcorantes que se están proponiéndose comercialmente como sustitutos de sacarosa y de esta manera retroalimentar a la empresa del mejor uso de los edulcorantes. Una vez concluido el proyecto se buscará la vinculación con empresas panificadoras para poner la metodología desarrollada y de esta forma poder incidir en el nicho de mercado de los productos bajos en calorías.