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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA
DE LA NUEZ DE MACADAMIA (Macadamia integrifolia) EN SU
ENRANCIAMIENTO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO
DE INGENIERA DE ALIMENTOS
RUBY GEOCONDA JERVIS MOREANO
DIRECTORA: ING. ELENA BELTRÁN
Quito, Octubre de 2014
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo Ruby Geoconda Jervis Moreano, declaro que el trabajo aquí descrito
es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado
o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Ruby Geoconda Jervis Moreano
C.I.1718831132
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Estudio de la
influencia de la actividad de agua de la nuez de macadamia (Macadamia
integrifolia) en su enranciamiento”, que, para aspirar al título de Ingeniera
de Alimentos fue desarrollado por Ruby Jervis, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos
18 y 25.
_________________________
Ing. Elena Beltrán
DIRECTORA DEL TRABAJO
C.I.1710472125
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado a Dios por poner mi voluntad y fortaleza a
prueba cada día durante mi vida.
A mis padres y mejores amigos Rene y Geoconda por todo su esfuerzo, su
compañía y por enseñarme que cuando uno desea algo con todo el corazón
no hay adversidad que te detenga y el universo conspira para que se
cumpla.
A mi hermana Camila porque sé que en cada paso que doy está a mi lado.
A mi tío Nicolás ya que ha estado siempre acompañando a mi familia en
cada paso.
A mí novio, mi amor, mi Santy por su amor y apoyo incondicional. Gracias
corazón por todo lo que has hecho por mí, porque ante cualquier adversidad
o alegría estas a mi lado y me ayudas a luchar, eres el regalo y la bendición
más grande que he recibido.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial por haberme acogido
en sus aulas permitiéndome adquirir conocimientos que me servirán de
apoyo durante toda mi vida profesional, gracias a todos los docentes que
han sido ejemplo durante toda mi vida estudiantil.
Ingeniera Elena Beltrán, quien con su conocimiento ha dirigido mi trabajo de
titulación.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN .................................................................................................. viii
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 4
2.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MACADAMIA ..................................... 4
2.1.1. CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA MACADAMIA ................... 5
2.1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA NUEZ DE
MACADAMIA ......................................................................... 5
2.2. HUMEDAD DE EQUILIBRIO ........................................................... 7
2.3. ACTIVIDAD DE AGUA ..................................................................... 9
2.3.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS ISOTERMAS .......... 11
2.3.2. INFLUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA DE UN
ALIMENTO EN LA VELOCIDAD REACCIONES. ................ 12
2.4. PROCESO DE SECADO ............................................................... 15
2.4.1 SECADO POR AIRE CALIENTE O CONVECCIÓN ............ 16
2.4.2 MECANISMO DE LA DESHIDRATACIÓN .......................... 19
2.5. REACCIONES DE OXIDACIÓN DE LAS GRASAS ....................... 21
2.5.1. ENRANCIAMIENTO DE LAS GRASAS............................... 21
2.5.2. ÍNDICE DE PERÓXIDOS .................................................... 24
2.6. FUNDAMENTOS DE COLORIMETRÍA ......................................... 25
ii
PÁGINA
3. METODOLOGÍA .................................................................................... 27
3.1. MATERIA PRIMA ........................................................................... 27
3.2. SECADO ........................................................................................ 27
3.3. ALMACENAMIENTO ..................................................................... 27
3.4. ANÁLISIS QUIMICOS .................................................................... 28
3.5. COLORIMETRÍA ............................................................................ 28
3.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO .............................................................. 29
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................... 30
4.1. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA NUEZ DE MACADAMIA ............. 30
4.2. SECADO ........................................................................................ 32
4.2.1. SECADO DE LA NUEZ DE MACADAMIA ........................... 32
4.3. ANÁLISIS QUÍMICOS .................................................................... 35
4.3.1. ACTIVIDAD DE AGUA ........................................................ 35
4.3.2. HUMEDAD .......................................................................... 36
4.4. CONTENIDO DE GRASA .............................................................. 38
4.4.1. ÍNDICE DE PERÓXIDOS .................................................... 39
4.5. ANÁLISIS DEL COLOR ................................................................. 39
4.6. ALMACENAMIENTO ..................................................................... 41
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................... 46
iii
PÁGINA
5.1. CONCLUSIONES .......................................................................... 45
5.2. RECOMENDACIONES .................................................................. 46
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 47
ANEXOS………………………………………………………………………...…54
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Composición Química Nutricional de la Nuez de Macadamia
por cada 100 g de producto comestible ......................................... 6
Tabla 2. Análisis químicos realizados a la Nuez de Macadamia ............... 28
Tabla 3. Caracterización fisicoquímica nuez de macadamia
(Macadamia integrifolia). .............................................................. 30
Tabla 4. Resumen Actividad de agua en función del Tiempo de
deshidratación. ....................................................................... 36
Tabla 5. Resumen humedad vs tiempo de deshidratación. ................. 37
Tabla 6. Resumen de variación del contenido de grasa con relación a
tiempo de deshidratación. . .................................................... 38
Tabla 7. Colorimetría en la nuez de macadamia antes y después del
proceso desecado . ................................................................ 40
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Nuez de Macadamia (Macadamia integrifolia) ............................ 4
Figura 2. Isoterma de equilibrio de agua .................................................... 7
Figura 3. Isoterma de Adsorción y Desorción de humedad en
alimentos .................................................................................... 8
Figura 4. Fenómeno de histéresis ............................................................ 10
Figura 5. Influencia de la temperatura en las isotermas de equilibrio ...... 12
Figura 6. Relación entre la actividad de agua y algunos fenómenos de
deterioro de los alimentos. ........................................................ 13
Figura 7. Cambios que ocurren en los alimentos en función de la
actividad de agua. ..................................................................... 14
Figura 8. Secado por aire caliente ........................................................... 17
Figura 9. Influencia de la temperatura en las isotermas de adsorción ..... 18
Figura 10. Deshidratador de charolas ........................................................ 19
Figura 11. Curva típica de secado de alimentos. ....................................... 20
Figura 12. Mecanismo del enranciamiento ................................................ 22
Figura 13. Reacciones de auto oxidación de los lípidos ............................ 23
Figura 14. Modelo CieLab .......................................................................... 26
Figura 15. Curva de Secado: Peso del Producto en función del Tiempo
de Secado. ................................................................................ 32
vi
Figura 16. Curva de Secado: Humedad del sólido en función del Tiempo
de deshidratación. ..................................................................... 33
Figura 17. Curva de Secado: Velocidad de Secado función del Tiempo
de deshidratación. ..................................................................... 34
Figura 18. Actividad de agua de la nuez de macadamia en función del
tiempo de almacenamiento. ...................................................... 41
Figura 19. Humedad de la nuez de macadamia en función del tiempo de
almacenamiento. ....................................................................... 42
Figura 20. Contenido de Grasa de la nuez de macadamia en función del
tiempo de almacenamiento. ...................................................... 43
vii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I ...................................................................................................... 54
TABLA DE SECADO DE NUEZ DE MACADAMIA (A 62.8°C)
ANEXO II ..................................................................................................... 55
TABLA DE RESUMEN PÉRDIDA DE PESO DEL PRODUCTO
ANEXO III .................................................................................................... 56
FOTOGRAFÍAS DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE LA NUEZ
DE MACADAMIA
ANEXO IV .................................................................................................... 59
ANÁLISIS REALIZADOS A LA NUEZ DE MACADAMIA
viii
RESUMEN
El objetivo de la presente investigación fue determinar la incidencia de la
actividad de agua de la macadamia (Macadamia integrifolia) sobre la
oxidación de sus grasas. La nuez de macadamia fue obtenida en un
mercado local, y sometida a un proceso de corte en geometría de medios de
nuez para aumentar la superficie de contacto del producto con el aire
caliente.
El proceso de secado por aire caliente se llevó a cabo en un deshidratador
Excalibur a una temperatura de 63°C, el tiempo de secado fue de cinco
horas logrando una pérdida de peso de 0,99% en relación al peso inicial. Se
realizó la caracterización del producto antes del proceso para determinar
parámetros de inicio de la experimentación y después del proceso de secado
tomando en cuenta la actividad de agua, índice de peróxidos, humedad,
contenido de grasa y color, estos análisis basándonos en normas INEN Y
A.O.A.C para nuez de macadamia. Se determinó que en actividades de agua
menores de 0.3 Aw existe una mayor conservación de la macadamia ya que
se inhibe la actividad microbiana, reacciones químicas y enzimáticas y
capacidad oxidativa de los lípidos. Se evidenció que el tiempo de secado es
un factor que tiene incidencia sobre el cambio de coloración de los frutos,
peso del producto, humedad y actividad de agua durante el proceso de
secado y que este puede utilizarse como un método de conservación del
mismo.
Se realizó almacenamiento de muestras de producto en recipientes de vidrio
a diferentes intervalos de tiempo, determinando de esta manera la
estabilidad de las variables mencionadas anteriormente y su incidencia
sobre la estabilidad del producto.
ix
ABSTRACT
The aim of this investigation was to determine the incidence of water activity
of macadamia (Macadamia integrifolia) on the oxidation of its fat. The
macadamia nut was obtained at a local market, and subjected to a process of
cutting geometry nut means to increase the contact surface of the product
with hot air.
The process of hot air drying was performed in an Excalibur dryer at a
temperature of 68 ° C, the drying time was five hours. Product
characterization was performed before the procedure to determine
parameters of experimentation and start the drying process after taking into
account the activity of water, peroxide value, moisture, fat and color, based
on these analyzes INEN Y AOAC macadamia nut. It was determined that
water activities less than 0.3 Aw there is greater conservation of products as
microbial activity, chemical and enzymatic reactions and oxidative capacity of
lipids is inhibited. It was evident that the drying time is a factor that has an
impact on the change of color of the fruit during the drying process and that
these should be subjected to low temperatures to cause no impairment on
the same pigments.
Storage product samples was performed in glass at different periods of time,
thereby determining the stability of the variables mentioned above and their
impact on product stability.
1. INTRODUCCIÓN
1
1. INTRODUCCIÓN
En los últimos años los consumidores buscan constantemente nuevos e
innovadores productos y tendencias en el sentido de alimentarse de una
manera nutritiva y rápida. Por esta circunstancia los frutos secos han
adquirido importancia convirtiéndose en una nueva tendencia de la
alimentación tanto en América Latina como en el mundo (Agustench Casas,
2010). El estilo de vida de las personas se ha vuelto cada vez más
acelerado, por lo cual no tienen la posibilidad de utilizar un espacio de
tiempo para la alimentación, lo que hace que el ser humano propenda a
buscar productos de fácil consumo, conservación y de alto valor nutricional
(Kurubaran Ganasegeran, Al-abed AA, Riza, & Syed M, 2012).
Los frutos secos son llamados así porque tienen una característica en
común en su composición, tienen máximo un 15% de humedad. Son
alimentos muy energéticos, ricos en grasas, en proteínas, así como en
oligoelementos y según el tipo de fruto seco, también pueden aportar buenas
cantidades de vitaminas (sobre todo del grupo B) o ácidos grasos omega 3.
Es por esto que en países altamente industrializados, se ha logrado
conseguir la deshidratación adecuada e individual de cada fruta,
manteniendo intactas todas las propiedades nutritivas y reduciendo en
porcentaje adecuado la cantidad de humedad; brindando así al consumidor
un producto de calidad, mínimamente procesado y que se adapte a los
tiempos actuales en cuanto a la necesidad de conservación a mediano y/o
largo plazo (Agustench Casas, 2010).
En estudios realizados por El Ministerio de Relaciones Exteriores, Comercio
e Integración en coordinación con el Instituto de Promoción de
Exportaciones e Inversiones (2011) se ha evidenciado que hasta ahora se le
ha dado importancia a las frutas en temas como elaboración de néctares,
elaboración de conservas, elaboración de mermeladas, toppings, pulpas,
que son de fácil penetración en el mercado interno, pero los tiempos
2
actuales hacen necesaria la diversificación de la actividad productiva, pues
la expansión de los mercados es cada vez más exigente en cuanto a la
demanda, por lo cual se vuelve indispensable extender nuestras actividades
a nuevos y variados campos que nos permitan experimentar en productos
versátiles que mantengan propiedades nutricionales y sean de fácil acceso
al consumidor (EUFIC, 2013). Dentro de las investigaciones y procesos de
experimentación realizados en el país con productos como la macadamia, se
puede evidenciar que el cultivo en el Ecuador ha ido aumentando; Por lo
cual se vuelve imprescindible iniciar nuevos procesos de estudio y
experimentación con la finalidad de conseguir estandarizar la actividad de
agua en un mix que contenga varios frutos secos incluida la macadamia
(Ortiz, 2007).
El consumo de nueces de macadamia se ha ido extendiendo cada vez más,
debido a su alto contenido de grasas mono insaturadas, lo que lo convierte
en un alimento cardiosaludable, además de esto tiene en su composición
fibra, magnesio, ácido fólico y antioxidantes, lo que le da un valor agregado
a la alimentación diaria (Ros, 2010); Si tomamos como referencia los
siguientes indicadores, desempeño, actividad económica y empleo,
encontramos que el Ecuador se encuentra apenas en condiciones de
desarrollo, lo cual hace importante el fortalecimiento y apoyo científico,
técnico, humano y económico por parte de las instituciones que se
encuentran vinculadas a la actividad industrial, alimentaria y productiva en el
campo de la alimentación (Carrillo, 2009).
El presente trabajo de investigación estudia la influencia de la actividad de
agua de la macadamia sobre el enranciamiento de sus grasas, para de esta
manera potencializar el uso de la misma en la elaboración de nuevos
productos como los mix de frutas deshidratadas.
3
Para lograr este objetivo se han planteado objetivos específicos como son:
Realizar la caracterización de nuez de macadamia (Macadamia
integrifolia).
Aplicar la deshidratación por aire caliente a la nuez de macadamia
(Macadamia integrifolia).
Determinar la actividad de agua óptima de la nuez de macadamia
para evitar el enranciamiento de sus grasas (Macadamia integrifolia).
2. MARCO TEÓRICO
4
2. MARCO TEÓRICO
2.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MACADAMIA
La nuez de Macadamia, es originaria de Australia Oriental, más
exactamente del sudeste de Queensland. Se cultiva en Australia, Hawái, el
sur de California, Florida, Cuba, Costa Rica, Brasil, Kenia, Indonesia, Taiwán
y el sur de África (Mezger, 2008).
Figura 1. Nuez de Macadamia (Macadamia integrifolia)
(Mezger, 2008)
La nuez de Macadamia proviene de un árbol perenne de copa grande, que
puede alcanzar unos 20 metros de altura. Su fruto es una nuez comestible
llamada también kernel, de alta calidad nutritiva, considerada como “la reina
de las nueces”. Como se observa en la Figura 1, la nuez es esférica, de
color blanco–cremoso, está encerrada en un fuerte casco liso de color café,
que a su vez está dentro de una cáscara verde suave, que se abre cuando la
nuez está madura tiene una alto contenido de grasas y proteínas (FAO,
2003).
En el Ecuador, la nuez de Macadamia es un producto relativamente nuevo y
se encuentra dentro de los cultivos no tradicionales. La nuez de Macadamia
puede consumirse en forma natural (cruda), asada y salada, generalmente
5
es utilizada por el mercado gourmet como aditivo en comidas y cocteles. La
industria de la confitura lo utiliza en la elaboración de chocolates, helados y
postres (Reyes & Moreano, 2004).
2.1.1. CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA MACADAMIA
Según Sánchez y Ríos (2005), la clasificación taxonómica de la macadamia
es la siguiente:
Reino: Vegetal
División: Magnoliophyta
Clase: Magnoliopsidae
Orden: Protales
Familia: Protaceae
Subfamilia: Grevilleoideae
Género: Macadamia
Especie: Macadamia integrifolia
2.1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA NUEZ DE MACADAMIA
Como se observa en la Tabla 1, la nuez de macadamia presenta un 74% de
aceites, un 13% de carbohidratos o azúcares. Es rica en ácido oleico,
presenta una composición grasa muy parecida a la del aceite de oliva. Este
fruto seco proporciona proteínas, fibra dietética, ácido fólico, calcio y potasio.
Es una buena fuente de proteína, y de vitaminas tales como A1, B1, B2,
además tiene un bajo contenido de sodio (Mezger, 2008).
6
Tabla 1. Composición Química Nutricional de la Nuez de Macadamia por cada 100 g de producto comestible
Compuesto Cantidad
Calorías 702kcal
Agua 2.88 g
Carbohidratos 13.73 g
Grasas 73.72 g
Proteína 8.30 g
Fibra 5.28 g
Cenizas 1.36 g
Calcio 70 mg
Potasio 368 mg
Fósforo 136 mg
Magnesio 116 mg
Hierro 2.41 mg
Tiamina 0.35 mg
Riboflavina 0.11 mg
Niacina 2.14 mg
Ácido Ascórbico 0 mg
(FAO, 2003)
La calidad de la nuez de macadamia se puede evidenciar de acuerdo a su
forma y color.
El estado de madurez de la nuez se calcula en base al porcentaje de
humedad, es recomendable un rango de entre 25% y 27% de humedad, este
es el punto en que la nuez cae del árbol en este nivel, la nuez presenta una
mejor durabilidad (Salazar, 2006).
7
2.2. HUMEDAD DE EQUILIBRIO
El contenido de la humedad de equilibrio es el contenido de humedad que
contiene un producto cuando su presión de vapor se encuentra en equilibrio
con el medio que lo rodea. El contenido de humedad de equilibrio de un
producto específico es la humedad más baja a la que puede llegar dicho
producto deshidratado, como se puede ver en la Figura 2, esto depende de
la temperatura a la que se encuentre el producto, de su estructura molecular
y la forma en la que el agua esté mantenida en el producto (Casp, 2003).
Figura 2. Isoterma de equilibrio de agua
(Casp, 2003)
Los alimentos rara vez se deshidratan hasta su contenido de humedad de
equilibrio, ya que en este punto el alimento se encuentra demasiado ávido
de agua y cualquier cambio en el medio ambiente circundante (temperatura
y/o humedad) puede provocar una adsorción indeseable de agua por parte
del alimento. Es por esto que la humedad final ) de un producto
deshidratado es ligeramente superior al contenido de humedad de equilibrio
) como se observa en la Figura 3 (Irezabal, 2010).
8
Figura 3. Isoterma de Adsorción y Desorción de humedad en alimentos
(Irezabal, 2010)
Dónde:
= Humedad inicial
= Humedad final
= Humedad de equilibrio
En las curvas de adsorción y desorción de agua se puede observar que para
valores de 0.6 Aw o inferiores, cambios pequeños en la humedad del
producto provocan grandes variaciones en la actividad de agua, mientras
que para valores de actividad de agua superiores a 0.6 Aw, se requieren
mayores modificaciones en la humedad para cambiar ligeramente la
actividad de agua del producto (Irezabal, 2010).
9
2.3. ACTIVIDAD DE AGUA
Es el agua disponible para participar en las distintas reacciones físicas,
químicas y microbiológicas en un alimento, ya sea este de origen animal o
vegetal. Esta disponibilidad puede variar de un producto a otro según su
composición, algunas estructuras o moléculas retienen más agua que otras;
La actividad de agua varía incluso para un mismo producto, ya que un fruto
maduro no se comporta de la misma manera que un fruto verde (Casp,
2003).
La actividad de agua se puede determinar mediante la relación entre la
presión de vapor de agua contenida de un alimento a una temperatura dada
y la presión de vapor de agua pura a la misma temperatura. El cálculo de la
actividad de agua (Aw) se realiza utilizando la Ecuación 1 (Irezabal, 2010).
[1]
Dónde:
: Actividad de agua.
: Presión de vapor del agua de un alimento a una temperatura
dada.
: Presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.
La actividad de agua se define en relación a un estado de referencia que es
el del agua pura, para el cual la actividad es igual a 1, si el agua se
encuentra es estado libre . Si el agua se encuentra ligada a sustrato
seco por fuerzas de unión fisicoquímicas, se tendrá que , y su valor
10
esta contenido entre 0 y 1 (0 ≤ Aw ≤ 1), es más bajo cuando mayores son
las fuerzas de unión y, por el contrario tiende a 1 cuando el agua se
aproxima al estado libre y se evapora como el agua pura al aire libre
(Irezabal, 2010).
La actividad de agua de un producto siempre es inferior a 1, esto quiere
decir que los constituyentes del producto fijan parcialmente el agua
disminuyendo de esta manera su capacidad de vaporizarse. Cuando esto
sucede se habla de agua ligada fijada al producto de adsorción. Por el
contrario cuando hay reducción de humedad (pérdida de agua) se denomina
desorción. Generalmente la isoterma de adsorción tiene un menor contenido
de humedad para una determinada actividad de agua que la isoterma de
desorción (Casp, 2003).
Cuando se trazan las isotermas de adsorción y desorción y no hay
superposición se puede hablar de un fenómeno de histéresis. Generalmente
se suele desplazar hacia la derecha la isoterma de adsorción. Es decir para
una misma humedad relativa, el contenido de agua (Aw) será mayor en la
desorción. El valor de Aw se incrementa cuando se eleva la temperatura
puesto que igualmente lo hace la presión de vapor, como se muestra en la
Figura 4 (Buenaño, Coello, Hidalgo, 2009).
(Buenaño, Coello, Hidalgo, 2009)
Humedad
W
0 1 Aw
Adsorción
Desorción
(kg
de a
gu
a/ kg
de
sò
lid
o s
ec
o)
Figura 4. Fenómeno de histéresis
11
El fenómeno de histéresis puede tener consecuencias importantes sobre los
productos; cuando se rehidrata un alimento es posible obtener un producto
cuya actividad de agua sea sensiblemente superior a la esperada si solo se
conoce su isoterma de desorción, lo cual puede plantear riesgos de deterioro
(Irezabal, 2010).
El fenómeno de histéresis solo se ve con actividades de agua que se
encuentran dentro del rango de 0.2 – 0.3 (Aw), lo cual indica que sucede
con el agua débilmente ligada (Zevallos, 2009).
2.3.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS ISOTERMAS
Las isotermas dependen de la temperatura. A la misma humedad relativa
cuando mayor es la temperatura menor será el contenido de agua y para
humedades constantes a mayor temperatura, mayor actividad de agua. La
composición y estructura del alimento también tiene influencia sobre sus
isotermas por ejemplo, la sal puede interactuar con el agua contenida en el
alimento lo que disminuirá su actividad de agua (Buenaño, Coello, Hidalgo,
2009). Para un mismo sólido higroscópico, y a humedad constante, la
actividad de agua varía con relación a la temperatura, disminuyendo cuando
esta disminuye y aumentando con el incremento de la temperatura, como se
muestra en la Figura 5 (Casp, 2003).
12
Figura 5. Influencia de la temperatura en las isotermas de equilibrio
(Casp, 2003)
2.3.2. INFLUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA DE UN ALIMENTO
EN LA VELOCIDAD REACCIONES.
Muchos procesos de preservación, como la concentración y el secado,
buscan eliminar el deterioro de los alimentos disminuyendo la disponibilidad
de agua a los microorganismos. Reduciendo la cantidad de agua libre (o no
atada), para minimizar los cambios químicos y físicos indeseables que
ocurren durante el almacenaje de los productos (Anzueto, 2012).
La actividad de agua de los alimentos desempeña una función muy
importante en su estabilidad y por ende, en su comportamiento durante el
proceso de secado, ya que muchas reacciones dañinas ocurren de acuerdo
a este factor Aw como puede apreciarse en la Figura 6.
0 AwT1 AwT2 AwT3 1 Aw
T3
T2
T1
Humedad
W
(kg
de a
gu
a/ k
g d
e
sò
lid
o s
ec
o)
13
Figura 6. Relación entre la actividad de agua y algunos fenómenos de deterioro de los alimentos.
(Zevallos, 2009)
En dicha figura se puede observar una división de la actividad de agua en
tres zonas:
Zona I o zona seca: corresponde al agua ligada, por lo que su
eliminación es muy difícil. En la mayoría de alimentos deshidratados
este tipo de agua no se elimina, pero se logra la conservación del
alimento, ya que se inhiben tanto crecimiento microbiano como la
mayoría de las reacciones químicas y enzimáticas, normalmente los
alimentos deshidratados contienen este tipo de agua, a excepción de
aquellos en los que la oxidación de lípidos puede ser la causa
principal del deterioro del producto (Irezabal, 2010).
Zona II o zona Intermedia: agua asociada a otras moléculas de agua y
solutos, agua poco móvil que permite reacciones químicas. Al inicio
de esta etapa algunas reacciones como la oxidación de lípidos y el
oscurecimiento no enzimático se desarrollan con una velocidad muy
14
alta, pero conforme va desapareciendo este tipo de agua se
imposibilita el crecimiento microbiano. El producto contiene
aproximadamente del 2% al 3 % de humedad y la actividad de agua
es alrededor de 0.25 Aw (Irezabal, 2010).
Zona III o zona de alta humedad: representa el agua libre y
corresponde a la mayor parte del agua de los tejidos vegetales y
animales de los alimentos. Esta agua se elimina con facilidad durante
la deshidratación y está disponible para el crecimiento microbiano,
reacciones químicas y enzimáticas. Cuando se ha eliminado toda el
agua del tipo III, el contenido de humedad del alimento está entre 15
% y 35 % y la actividad de agua es de aproximadamente 0.8 Aw
(Irezabal, 2010).
Figura 7. Cambios que ocurren en los alimentos en función de la actividad de agua.
(Badui, 2006)
monocapa
zona I zona II zona III
agua
libre
Actividad de agua
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
Ve
locid
ad
re
lativa
de
re
acció
n
Co
nte
nid
o d
e H
um
ed
ad
a
b
c
d
e f
g
h
15
Dónde:
a) Oxidación de lípidos.
b) Reacciones hidrolíticas.
c) Crecimiento no enzimático.
d) Isoterma de adsorción.
e) Actividad enzimática.
f) Crecimiento de hongos.
g) Crecimiento de levaduras.
h) Crecimiento de bacterias.
En la Figura 7, se puede observar que a 0,25 Aw la capa molecular se
convierte en una barrera para el oxígeno deteniendo así la oxidación, pero al
perderse esta capa (Aw <0.25), se acelera la oxidación. Los valores entre
0.4 Aw a 0.8 Aw favorecen el incremento de la movilidad y la solubilización
de los metales y reactivos así como también la exposición de nuevas áreas
al aumentar el volumen por la hidratación. Al final con valores Aw >0.8 la
oxidación se inhibe debido a la dilución de los metales y en muchos casos
debido a su precipitación como hidróxidos (Badui, 2006).
2.4. PROCESO DE SECADO
Desde la antigüedad se ha demostrado que los alimentos con mayor
contenido de agua son los más perecederos, de tal manera que el control del
contenido de agua del alimento se convierte en un medio de conservación
(Maupoey, 2001).
El secado es una operación en la que se produce el transporte simultáneo
de calor y masa. En la operación de secado debe aportarse el calor sensible
y también el calor de sublimación necesario para la evaporación, o
sublimación, mientras que el agua o el vapor de agua son transportados
16
dese el interior del alimento hasta la superficie de evaporación donde el
vapor de agua se transfiere desde el alimento hacia la atmósfera
circundante. Se utiliza el término genérico “deshidratación” porque durante
esta operación no solo se retira el agua que actúa como disolvente o inerte
que diluye el alimento, sino que se retira agua que entra en la constitución
de las estructuras y tejidos del alimento (Maupoey, 2001).
Para la comercialización de los alimentos deshidratados los productos deben
presentarse al consumidor con etiqueta si se trata de un producto seco,
deshidratado o liofilizado (Irezabal, 2010).
Según la Universidad Nacional de México (2009 ), dentro de las razones y
ventajas por las cuales los alimentos deshidratados están siendo altamente
consumidos alrededor del mundo se tienen:
La disminución de la posibilidad de deterioro biológico.
La reducción del peso hasta su quinta parte.
Los procesos de transferencia de materia y de calor se optimizan.
Se reduce el volumen del alimento.
Aumenta la eficiencia de los transportes de embalaje y
almacenamiento.
2.4.1 SECADO POR AIRE CALIENTE O CONVECCIÓN
Como se muestra en la Figura 8, en el secado por aire caliente o por
convección, el calor que se requiere para evaporar el agua del producto se
suministra por aire caliente y cuando este se encuentre en contacto directo
con el material se produce la deshidratación; efectuándose de esta manera
una transferencia de calor por convección (Irezabal, 2010) .
17
Figura 8. Secado por aire caliente
(Mulero, 2010)
Según Roca (2010) el objetivo del uso de este método de secado se centra
en tres aspectos fundamentales:
1. Mejora de la calidad caracterizada por una o más de las
siguientes propiedades:
Mínima degradación química.
Cambios de estructura y textura poco significativos.
Mínima variación de sabor y aroma.
Obtención del color deseado.
Control preciso del contenido de humedad.
2. Protección del medio ambiente a través de:
Minimización del uso de energía en el proceso.
Reducción de las pérdidas de producto en las corrientes de efluentes.
18
3. Consideraciones económicas entre las que se incluyen:
Reducción de costos.
Desarrollo de equipos simples, confiables y poca mano de obra.
Minimización de la proporción de productos fuera de especificación.
Desarrollo de procesos estables capaces de operar en forma continua
La temperatura del aire es un parámetro básico en el proceso de secado por
aire caliente. Como se observa en la Figura 9, el aumento de la temperatura
aumenta la difusividad del agua en el interior del producto, acelerando de
esta manera el proceso. Pero no es recomendable un incremento excesivo
de la temperatura ya que esto provocaría un deterioro de la calidad del
producto, debido a que se daría lugar a reacciones de pardeamiento,
formación de costras superficiales, gelatinización de los productos que
presentan altos contenidos de almidones y pérdidas de compuestos volátiles
o aromas (Corpoica, 2010).
Figura 9. Influencia de la temperatura en las isotermas de adsorción
(Badui, 2006).
19
Cuando la deshidratación se efectúa a presión atmosférica, el aire caliente
es el que arrastra la humedad del producto; entonces el alimento que se
encuentra en contacto con el aire caliente aumentará su temperatura
superficial, pero en el momento en que la humedad del producto es
evaporada, en la superficie del mismo se produce un enfriamiento hasta la
temperatura de saturación adiabática del aire y esta temperatura se
mantiene constante hasta que se elimine el agua libre del producto como se
muestra en la Figura 10 (Irezabal, 2010).
Figura 10. Deshidratador de charolas
(Irezabal, 2010)
2.4.2 MECANISMO DE LA DESHIDRATACIÓN
Como se observa en la Figura 11, al secar un sólido húmedo con aire
caliente, el aire aporta al producto calor sensible y calor latente de
evaporación (Maupoei, 2001).
20
Cuando se coloca un producto sólido húmedo en contacto con aire caliente
la temperatura, humedad, velocidad y dirección del flujo de esta corriente
logrará deshidratar al sólido. Si en cambio el contenido de humedad del
producto base seca (kg agua/ kg sólido seco) se va registrando a intervalos
pequeños de tiempo durante todo el proceso de deshidratación los datos
obtenidos pueden alinearse de la siguiente manera (Canovas, 1996).
Figura 11. Curva típica de secado de alimentos.
(Irezabal, 2010)
Dónde:
Periodo A-B (Periodo de Precalentamiento): La superficie del sólido
se equilibra con el aire de secado y alcanza su temperatura de
evaporación.
Periodo B-C (Periodo de Velocidad Constante): Se produce una
reducción importante del contenido de agua a una velocidad de
secado constante y esta es independiente de la humedad del sólido.
Periodo C (Periodo de Punto Crítico): Este punto marca el instante en
que el producto alcanzará su humedad crítica.
21
Periodo C-D (Velocidad Decreciente): Al verse disminuida la humedad
del sólido, se alcanza un valor para el cual termina la velocidad
constante y comienza a disminuir la velocidad de secado.
2.5. REACCIONES DE OXIDACIÓN DE LAS GRASAS
Los aceites y grasas inician su proceso de descomposición desde el
momento en que son aislados de su medio natural (Kirk, Sawyer, & Egan,
1999).
Muchas de las reacciones químicas de la grasa y de los ácidos grasos
tienen especial importancia, ya que se emplean en los diferentes procesos
de manufactura. Las grasas y aceites no se deterioran notablemente por la
acción de bacterias, la mayor parte de su deterioro durante el
almacenamiento es debido a la oxidación por el oxígeno presente en la
atmósfera (Bailey, 2001).
La rancidez oxidativa puede acelerarse por exposición al calor, luz, humedad
o por presencia de residuos metálicos de transición, tintes y residuos de
pigmentos, en la mayoría de los aceites y las grasas la acidez se ve
aumentada durante el proceso de almacenamiento (Kirk, Sawyer, & Egan,
1999).
2.5.1. ENRANCIAMIENTO DE LAS GRASAS
Las nueces pueden ser almacenadas hasta 2.5 años en condiciones
óptimas, pero bajo las condiciones de almacenamiento inadecuadas se
convierten en no comestibles dentro de un mes, ya sea debido a los
insectos, el moho, la absorción de sabores extraños, decoloración,
estancamiento o rancidez (Shakerardekani, Karim, Mohd, & Ling, 2013) .
22
La oxidación de lípidos produce indeseables sabores, aromas y compromete
la calidad nutricional de las grasas y aceites que conducen a la producción
de compuestos tóxicos (Shakerardekani, Roselina, Hasanah Mohd, & Nyuk,
2013).
Como se puede ver en la Figura 12, el lugar primario del ataque de oxidación
se da en el grupo metileno adyacente al doble enlace y de esta manera la
reacción supone la eliminación de un átomo de hidrógeno del grupo
metileno.
Figura 12. Mecanismo del enranciamiento
(Bailey, 2001)
El radical libre que resulta de dicha reacción sufre una reordenación antes
de poder reaccionar con el oxígeno dando lugar a la formación de peróxidos
y posteriormente a la formación de un hidroperóxido (ROOH)(Gil, 2010).
Modernas teorías suponen que el oxígeno ataca a la grasa en pocos puntos;
durante las primeras fases de la oxidación (Periodo de inducción), los
peróxidos parecen ser estables de tal forma que su concentración aumenta
paralelamente a la absorción de oxígeno por la grasa. Ésta en las últimas
fases comienza a descomponerse reaccionando con otros productos de
oxidación para ser responsables de la rancidez con cambios de color y sabor
(Bailey, 2001).
En la Figura 13, en la fase de propagación se producen interacciones lípido-
lípido, en donde el radical peroxil abstrae un hidrógeno de una molécula
23
adyacente, formando de esta manera un nuevo radical lipídico y un
hidroperóxido.
Figura 13. Reacciones de auto oxidación de los lípidos
(Gil, 2010)
Los hidroperóxidos son los principales productos primarios de la oxidación,
estos se descomponen para formar hexanal, pentanal y maloadehído que
son los productos secundarios responsables del sabor rancio característico
(Valderrama, 2000).
En general, mientras mayor se muestre el grado de insaturación habrá
mayor posibilidad que la grasa se enrancie por oxidación. Los procesos de
deshidratación dan lugar a cetoglioceridos y a la oxidación de otros dobles
enlaces para formar epóxidos, hidroxigliceridos y dihidroxigliceridos, este tipo
de compuestos también producen un sabor rancio (Kirk, Sawyer, & Egan,
1999).
24
2.5.2. ÍNDICE DE PERÓXIDOS
El índice de peróxidos es un parámetro que determina el grado de oxidación
inicial del aceite, también indica el deterioro que se puede haber suscitado
en compuestos antioxidantes, como polifenoles y tocoferoles. El índice de
peróxidos es independiente, pero las condiciones de temperatura, luz,
aireación y trazas metálicas a las que están sometidos los aceites y las
condiciones climatológicas a las que pueden estar sometidos los frutos,
pueden influir subiendo el índice (Jiménez, 2011).
El índice de peróxidos se determina mediante volumetría, en donde se toma
en cuenta la reacción del yoduro de potasio en una solución ácida con el
oxígeno enlazado, a este proceso le sigue la titulación del yodo que se libera
con tiosulfato de sodio. Generalmente se utiliza cloroformo como disolvente,
se expresa en miliequivalentes de oxígeno activo por 100 gramos de grasa
(Kirk, Sawyer, & Egan, 1999).
Aunque el índice de peróxido tal vez no sea el responsable directo del olor y
el sabor de las grasas que se encuentran rancias, su concentración
representada por el valor de este índice es de utilidad para poder determinar
el grado de descomposición que presenta la misma. Los aceites frescos
generalmente presentan valores de peróxido inferiores a 10meq/kg. Se
puede determinar que el valor rancio de las grasas y aceites se empieza a
evidenciar cuando el valor del índice de peróxido es de 20 a 40 meq/kg, sin
embargo para interpretar estas cifras se debe tomar en cuenta el tipo de
grasa o aceite que se está tratando (Kirk, Sawyer, & Egan, 1999).
25
2.6. FUNDAMENTOS DE COLORIMETRÍA
El ojo humano es muy hábil para detectar pequeñas diferencias entre las
gamas de color; en la actualidad, la magnitud de las diferencias de color
perceptibles y/o aceptables para los observadores humanos todavía no
están bien definidas (Lindsey & Wee, 2007).
El objetivo de los análisis de colorimetría es lograr una caracterización
numérica del color de un objeto bien aislado o formando parte de una
escena. Este tipo de caracterizaciones deben tener un sentido perceptual es
decir los números que se le asignan a un color deben poder describir el color
percibido (Artigas, Capilla, & Pujol, 2002).
Como se observa en la Figura 14, para mejorar la representación del color
del modelo maestro se desarrolló en el año 1976 el modelo de color Lab, el
cual es el más completo, ya que produce un espacio de color más
perceptivamente lineal, esto significa que un cambio de la misma cantidad
en un valor de color, debe producir un cambio casi de la misma importancia
visual. La colorimetría La*b* (también llamado CIELab), indica los colores
según tres valores:
L, luminosidad expresada como porcentaje (desde el 0 que indica
negro, hasta el 100 que indica blanco).
a*y b*, dos gamas de colores que van desde el verde hasta el rojo y
desde el azul hasta el amarillo con valores que van desde -120 a
+120.
Por lo tanto, el modo La*b* abarca todo el espectro de visión del ojo humano
y lo representa de manera uniforme. Esto hace posible describir todos los
colores visibles independientemente de cualquier tecnología gráfica
(Komarova & Jameson, 2013).
26
Figura 14. Modelo CieLab
(Mozas, 2012)
3. METODOLOGÍA
27
3. METODOLOGÍA
3.1. MATERIA PRIMA
Para el estudio se utilizó macadamia (Macadamia integrifolia), proveniente
de Santo Domingo de los Tsáchilas, adquirida en el mercado local. A la
materia prima se le realizó los análisis químicos indicados en la Tabla 2.
4. SECADO
El secado de la macadamia se realizó en la Planta Piloto de Alimentos en
un secador de marca Excalibur, a 68°C de según la norma A.O.A.C
925.40.Para esto se utilizó 5 bandejas plásticas de polipropileno, se
colocaron 200g de producto en cada una, se realizó el corte transversal de la
macadamia para aumentar la superficie de contacto con el aire caliente en el
proceso de secado.
El tiempo de secado fue de 5 horas, tomando muestras de 20 gramos en
cada hora, las muestras se enfriaron por 10 min en un desecador de vidrio y
se registró el peso. Los análisis realizados en estas muestras fueron:
actividad de agua, humedad, contenido de grasa, índice de peróxidos (ver
Tabla 2) y color.
4.1. ALMACENAMIENTO
Después del secado se tomaron 4 muestras que, fueron almacenadas en
recipientes de vidrio, durante: 1, 5, 15 y 150 días, los análisis realizados a
las muestras fueron: actividad de agua, humedad, contenido de grasa e
índice de peróxidos (Ver Tabla 2).
28
4.2. ANÁLISIS QUIMICOS
Los análisis fueron efectuados en el laboratorio LABOLAB, acreditado por la
OAE utilizando los métodos que se señalan en la Tabla 2.
Tabla 2. Análisis químicos realizados a la Nuez de Macadamia
Parámetro Método
Humedad (%) PEE/LA/02 INEN 518
Proteína (%) PEE/LA/01 INEN 519
Grasa (%) PEE/LA/05 INEN 523
Ceniza (%) PEE/LA/03 INEN 520
Fibra (%) INEN 522
Carbohidratos totales (%) Cálculo
Índice de peróxidos
(meqO₂peroxídico/kg) AOAC 965.33
Actividad de agua (Aw) (20.3°C) Electrodo Selectivo
4.3. COLORIMETRÍA
Se utilizó un colorímetro marca Minolta, se obtuvieron las coordenadas L, a*
y b* correspondientes al espacio CIELab. Se calculó el ángulo de tono (°H).
Para el cálculo de la tonalidad se empleó la Ecuación 2. Calculo de la
tonalidad °H.
° (b* / a*)
[2]
29
Dónde:
°Hab= Grados de tonalidad.
a*= Coordenada a* en el sistema CIELa*b*.
b*= Coordenada b* en el sistema de tonalidad
4.4. ANÁLISIS ESTADÍSTICO
Para los procesos de secado y almacenamiento se aplicó un diseño
experimental completamente al azar, las variables independientes fueron el
tiempo de secado y el tiempo de almacenamiento, respectivamente;
mientras que las variables dependientes, para los dos procesos, fueron:
Actividad de agua, Humedad, Índice de peróxidos y contenido de grasa. Los
resultados de la experimentación fueron analizados mediante Análisis
Estadístico ANOVA y comparados mediante diferencia mínima significativa
en el programa StatGraphics centurión XVI.
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
30
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA NUEZ DE MACADAMIA
Los datos que se muestran en la Tabla 3, indican los resultados obtenidos
de los análisis químicos realizados a la nuez de macadamia (Macadamia
integrifolia).
Tabla 3. Caracterización fisicoquímica nuez de macadamia (Macadamia integrifolia).
Parámetro Resultado
Humedad (%) 2.03
Proteína (%) 8.01
Grasa (%) 65.62
Ceniza (%) 1.33
Fibra (%) 16.405
Carbohidratos totales (%) 6.605
Índice de peróxidos
(meqO₂peroxídico/kg) 26.935
Actividad de agua (Aw) (20.3°C)
0.2645
Los resultados obtenidos de los análisis físicoquímicos de la nuez de
macadamia, muestran un porcentaje de humedad de 2.03%, valores
similares fueron reportados por Adel, Mitchman y Crisoto (2011), en la
caracterización de nueces y frutos secos determinaron que los valores de
humedad para este tipo de productos varía del 2% al 20% respectivamente.
El resultado obtenido indica que la materia prima está dentro del rango de
humedad para nueces, presentando estabilidad ya que los frutos de nuez de
31
macadamia que presentan humedades superiores al 2% tienen mala
estabilidad y pueden sufrir deterioro rápido (Cavaletto, 2013).
El porcentaje de proteína fue de 8.01 %, similar al reportado por Rojas
(2006) para maní (8%), según Segura (2002) el maní tiene una proteína baja
en lisina y rica en arginina, siendo esta una característica similar a la de la
nuez de macadamia.
El porcentaje de grasa es del 65.62% cantidad que al comparar con otro
fruto seco como la avellana resulta inferior ya que la misma presenta un 70%
de contenido de grasa (Carrión, 2010). El porcentaje de cenizas fue de
alrededor del 1.33% parámetro que se encuentra dentro del rango del
contenido de cenizas para nueces que va del 0.8% al 3.4% (Lopez, 2010).
De acuerdo a Grosso, Nepote, Giannuzo, & Guzman (2002) al realizar un
estudio de los genotipos de especies de maní determinaron que el rango de
ceniza para los frutos secos es de 2.5% aproximadamente.
Los resultados obtenidos para carbohidratos fueron de 6.60% contenido muy
bajo, en comparación con el contenido de carbohidratos del maní que va
alrededor del 18.9 % (Reardon & Troxler, 2011). Mientras que para fibra
nuez de macadamia presenta el 16.40%, porcentaje mayor que el contenido
por el maní (10.56%).
El valor reportado para actividad de agua es de 0.26 Aw, alimentos con
actividades de agua inferiores a 0.6 Aw son estables a la mayoría de causas
que promueven el deterioro físico, químico o microbiológico (Puerta, 2006).
El índice de peróxidos reporta un valor del 0 meqO2peroxídico/kg, este valor
es igual al obtenido por Olivia, Terzariol, Nepote y Grosso (2002) quienes
durante el almacenaje del maní determinaron que al comenzar el proceso
de almacenamiento, el maní presentaba valores de 0 meqO2peroxídico/kg,
es decir este es un comportamiento normal para este tipo de frutos secos.
32
4.2. SECADO
4.2.1. SECADO DE LA NUEZ DE MACADAMIA
En la Figura 15, se presenta la curva de pérdida de peso del producto en
función del tiempo, se observa que el peso del producto disminuye con el
transcurso del tiempo de 203 g a 201 g, la pérdida total el peso fue de 0.99
% en relación al peso inicial; éste bajo porcentaje de pérdida de peso, se
debe a que nuez de macadamia utilizada en este estudio era un producto
seco por tanto no presentó las cuatro etapas del proceso de secado de un
producto húmedo (Ocon & Tojo, 2000).Este comportamiento es diferente al
reportador por Chavarro, Ochoa & Alfredo (2006) quienes al realizar un
proceso de secado sobre la papaya, evidenciaron una alta pérdida de peso,
en el proceso de secado, debido a que el producto era húmedo.
Figura 15. Curva de Secado: Peso del Producto en función del Tiempo de Secado.
203
202
201,5 201,5
201 201
y = 0,0893x2 - 0,8179x + 202,89 R² = 0,9571
201
201
202
202
203
203
204
0 1 2 3 4 5 6
Pe
so t
ota
l (g)
Tiempo (h)
33
En la Figura 16, se observa que la humedad del producto se reduce con el
transcurso del tiempo de secado. El proceso de secado inicia con una
humedad de 1.00101 g agua/ g sólido seco y concluye con 0.00015 g de
agua/ g sólido seco. Debido a que la macadamia utilizada fue un producto
seco en el proceso aplicado sólo se podía eliminar agua ligada de difícil
remoción, cabe destacar que muchos de los productos después del proceso
de secado y que presenten humedades relativamente bajas como las
mencionadas en este estudio pueden presentar un comportamiento
higroscópico (Contreras, 2004).
Figura 16. Curva de Secado: Humedad del sólido en función del Tiempo de deshidratación.
En el estudio realizado por Palacios (2000), se determinó que la humedad
óptima del maní después de ser sometido a un proceso de secado por aire
caliente es de 0.22 g agua/ g sólido seco en 300 min de secado,
comparando este valor con el de humedad de la nuez que es del 0.0015 g
000,010
000,005
000,003
000,000
y = 0,0007x2 - 0,0052x + 0,01 R² = 0,9958
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0 1 2 3 4 5
Hu
med
ad
(g
H₂0
/ g
só
lid
o s
eco
)
Tiempo (h)
34
agua/ g sólido seco durante 300 minutos de secado se puede evidenciar que
el resultado obtenido como humedad final está por debajo del obtenido para
el maní, presentando la nuez una menor posibilidad de deterioro, una mayor
fragilidad del fruto de nuez y una mayor higroscopicidad, estos factores
claves se deben tomar en cuenta durante el periodo de almacenamiento de
este tipo de productos (Doreste, 2010).
El valor de la velocidad de secado se reduce con el tiempo, el valor más alto
de velocidad de secado durante el proceso se presenta durante la primera
hora de la experimentación con 0.0049 (g agua/g sólido seco)/h, como se
observa en la Figura 17, de acuerdo con los resultados antes mencionados,
como la humedad disminuye con respecto al tiempo la velocidad de secado
también disminuyó (Ocon & Tojo, 2000).
Figura 17. Curva de Secado: Velocidad de Secado función del Tiempo de deshidratación.
0,00498
0,00249
0,00124
y = -0,0025x + 0,0075 R² = 1
y = -0,0012x + 0,0037 R² = 1
0,0E+00
1,0E-03
2,0E-03
3,0E-03
4,0E-03
5,0E-03
6,0E-03
0 1 2 3 4 5
gH₂O
/g s
ólid
o s
eco
²
Tiempo (h)
35
Si comparamos la velocidad final del secado obtenida en esta
experimentación, con el resultado reportado por Miranda (2011) durante el
secado de granos de cacao de 0.028 (g agua/g sólido seco)/h, se observa
que los valores son bajos.
Debido a que la macadamia es considerada desde su naturaleza ya un fruto
seco, durante el proceso desecado aplicado en este estudio no se presentó
un periodo de estabilización de la velocidad de secado, similar
comportamiento se observó en el secado de pétalos de rosa realizada por
Matute (2013) , esto puede deberse a que los dos productos no tienen un
alto contenido de humedad.
4.3. ANÁLISIS QUÍMICOS
4.3.1. ACTIVIDAD DE AGUA
Durante las cinco horas del proceso de secado se redujo la actividad de
agua, sin presentar diferencia significativa entre los resultados obtenidos a
diferentes horas de secado, la nuez de macadamia inicio con una actividad
de agua de 0.266 Aw, durante la segunda, tercera y cuarta hora de
deshidratación la actividad de agua presento variaciones de entre 0.265 Aw
a 0.263 Aw siendo este el valor de actividad de agua final. Comparando
estos valores con los resultados obtenidos por Reyes y Ulloa (2003) durante
el proceso de secado del maní que arrojó resultados de 0.23 Aw, se
determinó que para alimentos ricos en lípidos valores inferiores de actividad
de agua podrían generar deterioro debido a lipólisis. Según el Departamento
de Tecnologías Agrícola y Alimentaria (2010), estos dos alimentos serían
productos totalmente deshidratados con valores de actividad de agua
aproximados o iguales a 0.3 Aw, controlando de esta manera no solo el
crecimiento microbiano sino también otro tipo de reacciones. Se debe tomar
36
en cuenta que para conservar un alimento solo utilizando como factor de
estrés la reducción de actividad de agua esta debería ser menor a 0.6 Aw.
Como se muestra en la Tabla 4, con relación a la actividad de agua se
obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla 4. Resumen Actividad de agua en función del Tiempo de
deshidratación.
Tiempo (h) Actividad de agua (Aw)
0 0.265 ± 0.010ᵃ
1 0.266 ± 0.264ᵃ
2 0.265 ± 0.010ᵃ
3 0.263 ± 0.012ᵃ
4 0.265 ± 0.01ᵃ
5 0.261 ± 0.007ᵃ 1 Promedio± Desviación estándar (n=4)
2 Letras diferentes en una misma fila indica que existe
diferencia estadísticamente significativa p≤0.05.
4.3.2. HUMEDAD
En la Tabla 5, se muestra los resultados de humedad de la macadamia
durante el proceso de secado:
37
Tabla 5. Resumen humedad vs tiempo de deshidratación.
Tiempo (h) Humedad (%)
1 2.03 ± 0.03ᵃ
2 1.95 ± 0.08ᵇ
3 1.76 ± 0.06ᵇ
4 1.58 ± 0.07ᶜ
5 1.49 ± 0.04ᵈ 1 Promedio± Desviación estándar (n=4)
2 Letras diferentes en una misma fila indica que existe diferencia
estadísticamente significativa p < 0.05.
Como se puede observar en la Tabla 5, la humedad del producto desciende
durante el proceso de secado, observándose que existe diferencia
significativa (p < 0.05) entre los resultados al inicio y luego de la primera,
cuarta y quinta hora formándose cuatro grupos. La nuez de macadamia
presenta una humedad inicial de 2.03%; al cabo de la primera hora, la
humedad desciende de 2.03% a 1.95%, siendo esta una de las pérdidas
más significativas durante el proceso. La segunda pérdida más notable se
da de la cuarta a quinta hora en la que la humedad desciende de 1.58% a
1.48%.
Comparando este comportamiento con el obtenido por Ortiz (2009) que al
realizar un estudio de mejoramiento del secado de la almendra con
parámetros de temperatura de 65°C por 8 horas, iniciaron el proceso con
una humedad del 15% aproximadamente y terminaron el proceso de secado
con una humedad del 7%, demostrando de esta manera que la macadamia
es un fruto con un contenido de humedad mucho menor, es decir mucho
más seco, con menor cantidad de agua ligada y difícil de remover.
Con estos resultados se puede determinar que la humedad de la nuez tiene
una relación inversa con el tiempo de secado, pero también se debe tomar
en cuenta la geometría de la partícula ya que al encontrar una mayor
superficie de contacto entre la misma y el aire caliente se efectiviza la
pérdida de humedad (Catarina, 2004).
38
4.4. CONTENIDO DE GRASA
Las mediciones de contenido de grasa en la nuez de macadamia oscilan
entre 65.62% y 65.17% durante las cinco horas de secado, pero no de una
manera lineal lo que demuestra que el contenido de grasa es una propiedad
intrínseca de la nuez (varía en cada fruto) y que el tiempo de secado no
tiene incidencia en la variación del contenido del mismo ya que las
mediciones no presentan cambios significativos en sus valores.
Los resultados obtenidos para la determinación del porcentaje de grasa de la
nuez coinciden con lo declarado por Giambastiani y Casanoves (2000)
quienes al determinar la composición lipídica de las semillas de maní, no
encontraron diferencias en el contenido de grasa de este fruto bajo
diferentes condiciones de disponibilidad de agua.
Como se puede observar en la Tabla 6, el contenido de grasa no varía con
relación al tiempo de secado, es decir no presenta cambios significativos.
Tabla 6. Resumen de variación del contenido de grasa con relación a tiempo
de deshidratación. .
Tiempo (h) Contenido de grasa (%)
0 65.62 ± 0.297ᵃ
1 65.62 ± 0.297ᵃ
2 64.63 ± 0.528ᵃ
3 65.73 ± 0.309ᵃ
4 63.37 ± 0.341ᵃ
5 65.17 ± 0.5ᵃ 1 Promedio± Desviación estándar (n=4)
2 Letras diferentes en una misma fila indica que existe diferencia
estadísticamente significativa p≤ 0.005
39
4.4.1. ÍNDICE DE PERÓXIDOS
El índice de peróxidos fue reportado con el valor de 0 meqO2/kg en las cinco
mediciones, al contrastar este resultado con el obtenido por Reyes y Ulloa
(2003), quienes durante el proceso de secado de maní obtuvieron un
resultado similar 0 meqO2 /kg es decir, no se presentó una oxidación de los
lípidos por exposición a factores críticos de enranciamiento de grasas como
son la luz y la temperatura muy elevada durante el proceso de evaluación,
pero se debe tener presente la susceptibilidad del producto a las reacciones
de oxidación debido al alto contenido de ácidos grasos. Este resultado
indicaría que los frutos oleaginosos como la nuez de macadamia son
estables y que este valor se mantiene si los productos son sometidos a
condiciones de almacenamiento óptimas.
4.5. ANÁLISIS DEL COLOR
Como se puede observar en la Tabla 7, las nueces de macadamia en las
coordenadas L, a*, b* (CIELab), presentaron valores muy cercanos a los que
se producen en los tratamientos de secado como el del maní Reyes y Ulloa
(2003), esto quiere decir que el tiempo de secado se convertiría en un factor
determinante sobre los pigmentos de la misma.
Las nueces de macadamia obtuvieron su mayor luminosidad 72.78 a la
quinta hora de iniciado dicho proceso. Esto quiere decir que mientras mayor
es el tiempo de secado mayor es la intensificación del color, pero son
variaciones pequeñas que no representan diferencias significativas entre los
valores obtenidos de las cinco horas de secado.
40
Tabla 7. Colorimetría en la nuez de macadamia antes y después del proceso
de secado .
Tiempo (h)
COORDENADAS CIELa*b*
Luminosidad (L) a* b* Tonalidad (°h)
0 67.50 ±1.83ᵃ -1.110 ±0.24ᵃ 17.15±0.34ᵃ 178.47±0.023ᵃ
1 68.98 ±1.72ᵃ -1.010 ±0.22ᵃ 17.73± 0.98ᵃ 178.480±0.020ᵃ
2 72.18 ±1.70ᵃ -0.990 ±0.22ᵃ 16.14±0.34ᵃ 178.489±0.013ᵃ
3 71.79 ±1.52ᵃ -0.986 ±0.25ᵃᵇ 16.18±0.24ᵃ 178.49±0.05ᵃ
4 72.27 ±1.67ᵃ -0.830 ±0.32ᵃᵇ 16.31±0.26ᵃ 178.49±0.016ᵃ
5 72.78 ±1.75ᵃ -0.820 ±0.38ᵃ 16.41±0.27ᵇ 178.491±0.13ᵃ 1 Promedio± Desviación estándar (n=4)
2 Letras diferentes en una misma fila indica que existe diferencia estadísticamente
significativa a* (p≤0.05).
La coordenada cromática a* presentó valores negativos que corresponden a
tonalidades verdosas para las cinco horas de deshidratación sus valores
fueron de -1.110 a -8.20, sin mostrar diferencia significativa entre ellos. La
coordenada cromática b* mostró valores que van desde 17.73 a 16.14
valores que corresponden a cromaticidades amarillentas. De la misma
manera el análisis de varianza mostró diferencia significativa (p<0.05) a la
quinta hora de deshidratación con respecto a las demás.
La tonalidad de las nueces se incrementó desde 178.47° en la primera hora
de deshidratación a 178.49° valor de la quinta hora de secado. En el estudio
realizado por Reyes y Ulloa (2003), quienes al realizar el tratamiento del
maní para la estandarización de la producción de una mantequilla
determinaron que la variación de la tonalidad para el maní es de 53º
mostrando de esta manera que aunque sean productos de la misma
naturaleza, la diferencia de tonos es significativa.
El análisis de varianza no arroja diferencias significativas pero aunque la
variación sea muy pequeña es determinante que el tiempo de secado actúa
como un intensificador del color al evaporar el agua y concentrar los sólidos
de la nuez. Por lo que el color sí se verá afectado durante este proceso.
41
4.6. ALMACENAMIENTO
La Figura 18, muestra la variación de la Actividad de agua (Aw) durante el
almacenamiento del producto.
Figura 18. Actividad de agua de la nuez de macadamia en función del tiempo de almacenamiento.
Se puede observar que la nuez de macadamia inicia el proceso de
almacenamiento con un valor de 0.26 Aw, y este permanece constante
durante el primer día de almacenamiento después del secado. A partir del
séptimo día de almacenamiento la actividad de agua empezó a descender
desde 0.26 Aw a 0,24 Aw, este último valor se obtuvo a los quince días de
almacenamiento. Estos valores concuerdan con lo expuesto por Jiménez R.
(2003), quien al realizar un proceso de secado en el maní como
acondicionamiento para obtener subproductos, determinó que la actividad de
agua óptima para el almacenamiento del maní es de 0,23 Aw y que a partir
de este valor cualquier aumento a temperatura ambiente aceleraría las
reacciones de deterioro del alimento.
0,230
0,235
0,240
0,245
0,250
0,255
0,260
0,265
0 1 7 15 150
Act
ivid
ad d
e A
gu (
Aw
Tiempo (días)
42
La última medición de este parámetro se realizó a los 150 días de
almacenamiento en donde se observa un incremento en la actividad de
agua, es decir el valor reportado para el almacenamiento de 150 días
después del proceso de secado es de 0,25 Aw, según Jiménez (2003), este
comportamiento se presentaría debido al alto contenido de lípidos y a la
humedad baja de los alimentos, por esta razón el agua presente en el
ambiente durante el almacenamiento podría ser adsorbida y pasaría a
formar parte del agua libre del alimento y por lo tanto estaría disponible para
cualquier tipo de reacción.
Figura 19. Humedad de la nuez de macadamia en función del tiempo de almacenamiento.
Como se observa en la Figura 19, después del tratamiento de secado la
nuez de macadamia inicia el proceso de almacenamiento con una humedad
de 2.03%, dicho valor fue disminuyendo durante el día 1, día 7 y 15 días de
almacenamiento, presentando valores de 1.34%, 1.25%, 1.19%
respectivamente, según Mora (2010) este comportamiento resulta normal ya
que los alimentos después de ser sometidos a procesos de secado seguirán
000
001
001
002
002
003
0 1 7 15 150
Hu
med
ad
del P
rod
ucto
(%
)
Tiempo de Almacenamiento (días)
43
perdiendo humedad hasta llegar al equilibrio con la humedad relativa del
medio de almacenamiento.
Cabe recalcar que durante el cuarto control del almacenamiento (150 días)
la macadamia había incrementado su valor de humedad a 1.56%. Un
comportamiento similar se observó por Mora (2010), quien determinó
mediante la estimación de la vida útil del maní tostado que el producto va
ganando humedad progresivamente, atribuyendo esto a que la disminución
de la temperatura para un valor dado de humedad relativa durante el
almacenamiento, generará siempre un aumento de humedad en los granos,
siendo esta una de las causas de inicio de cualquier reacción de tipo
oxidativo.
Figura 20. Contenido de Grasa de la nuez de macadamia en función del tiempo de almacenamiento.
En la Figura 20, se muestra el comportamiento de la grasa de la nuez de
macadamia durante el proceso de almacenaje, se observa que los valores
fluctúan sin seguir una tendencia definida, este comportamiento coincide con
lo declarado por Giambastiani y Casanoves (2000) quienes al determinar la
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
0 1 7 15 150
Co
nte
nid
o d
e g
rasa (
%)
Tiempo de Almacenamiento (días)
44
composición lipídica de las semillas de maní, no encontraron diferencias en
el contenido de grasa de este fruto bajo diferentes condiciones de
disponibilidad de agua. Por otro lado comparando el valor más alto de
contenido de grasa 70.04% con el reportado por Oliva, Terzariol, Nepote y
Grosso (2002) durante la determinación de la estabilidad química y sensorial
del maní en su almacenamiento que fue de 75%, se observa que son
valores relativamente cercanos y que al ser frutos de la misma naturaleza es
decir frutos oleaginosos secos su comportamiento al ser sometidos a los
mismos procesos es similar.
El Índice de peróxidos en la nuez de macadamia durante los cuatro períodos
de almacenamiento, siendo el mayor de 150 días es decir cinco meses, fue
de 0 meqO2peroxídico/kg. Al comprar este valor con el reportado por Mora
(2010), quien al realizar la estimación de la vida útil del maní tostado
utilizando una cabina de estabilidad acelerada determinó que el
enranciamiento del mismo empieza a partir de los seis meses y cuatro días
de almacenamiento en tiempo real o estabilidad normal, entonces bajo la
misma naturaleza del producto, los valores obtenidos para la nuez estarían
dentro de un comportamiento normal.
Por otro lado al comprar los resultados de índice de peróxidos para la nuez
de macadamia almacenada en envase de vidrio, con los reportados por
Oliva, Terzariol, Nepote y Grosso (2002) al realizar la estabilidad del maní
común almacenado en caja, este último en el almacenamiento de 100 días
ya presenta un aproximado a 0.2 meqO2peroxídico/kg a temperatura
ambiente, lo que determinaría que el almacenamiento en envase de vidrio
proporciona una mejor conservación y barrera contra el deterioro para este
tipo de alimentos.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
45
5.1. CONCLUSIONES
Se realizó un proceso de deshidratación a la nuez de macadamia
donde se concluyó que hay una relación directa sobre la humedad y
pérdida de peso del producto ya que al deshidratar 5 horas a una
temperatura 63°C se obtuvo una variación de 2.03% a 1.48% con
relación a la humedad y una variación de peso de 0.543g.
El proceso de deshidratación no tiene incidencia sobre el contenido de
grasa del producto, pero que actúa como un medio de conservación del
mismo ya que la macadamia presento valores de peróxido de 0
meqO2/kg durante cinco meses de almacenamiento es decir el
enranciamiento de las grasas para este tiempo todavía no había
iniciado. Al eliminarse parte del agua presente en el alimento se
asegura la calidad del mismo durante un periodo de almacenamiento
de hasta dos años.
Según los valores obtenidos de actividad de agua que fluctúan
alrededor de 0.265 (Aw) podemos ratificar que este producto se
encuentra en la zona II o intermedia para los fenómenos de deterioro
en donde el agua presente en el alimento es poco móvil pero sí permite
reacciones químicas por lo que la oxidación de lípidos y el
oscurecimiento no enzimático pueden desarrollarse con una velocidad
muy alta. Sin embargo esto no sucedió durante este estudio.
Se determinó que a medida que avanza el proceso de deshidratación
empieza el descenso de la velocidad de eliminación de agua (velocidad
de secado) como se evidencia en la experimentación la velocidad de
secado tuvo una variación de 0.0049 a 0.0012 (g agua/g sólido seco)/h
esto debido a que la migración de agua a la superficie tiene un límite;
Las capas superficiales se hacen menos permeables y el aumento de
la concentración de solutos reduce la presión de vapor de la superficie.
46
Tiempo de secado es un factor que produce variación del color, y que
cambia levemente la tonalidad, como lo demuestra el resultado de
análisis del color las nueces de macadamia obtuvieron su mayor
luminosidad (L) durante la quinta hora de deshidratación alcanzando un
valor de 72.8 L. Cabe añadir que la intensificación del color se acentúa
a medida que aumenta el tiempo de secado del producto.
5.2. RECOMENDACIONES
Realizar un estudio con nuez de macadamia fresca para de esta
manera determinar los factores críticos de enranciamiento.
Utilizar diferentes materiales de empaque para alimentos secos, para
de esta manera determinar cuál es el óptimo para este tipo de
productos.
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47
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54
ANEXOS
54
ANEXO I
Tabla I.1. Tabla de secado de nuez de macadamia
Tiempo (h)
Peso (g) Gramos
de sólido seco (g)
Humedad del producto Velocidad de Secado
0 203 200.97 0.01010 0.00498
1 202 200.97 0.00513 0.00249
2 201,5 200.97 0.00264 0.00124
4 201 200.97 0.00015 ----------
5 201 200.97 0.00015 ----------
(𝑔 ₂ 𝑂)/ (𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜) (𝑔 ₂O∕𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜²)/ℎ
55
ANEXO II
Tabla II.1. Tabla de resumen pérdida de peso del producto
t (h) # Bandeja
Peso
bandeja
vacia
Peso real Total
1 289 205 494
2 286 204 490
3 287 204 491
4 287 204 491
5 286 198 484
1 289 202 491
2 286 202 488
1 289 202 491
2 286 201 487
1 289 202 491
2 286 201 487
1 289 201 490
2 286 201 487
1 289 201 490
2 286 201 487
0
1
2
3
4
5
56
ANEXO III
Fotografías del proceso de deshidratación de la nuez de
macadamia
Figura 1.1. Determinación del peso total para proceso de deshidratación
Figura 1.2. Determinación del peso por bandeja
57
Figura 1.3. Cinco bandejas para proceso de deshidratación
Figura 1.4. Proceso de deshidratación (Deshidratador Excalibur)
Figura 1.5. Enfriamiento de las muestras (10 min)
58
Figura 1.6. Determinación de muestra para toma de color
Figura 1.7. Datos arrojados por el colorímetro
Figura 1.8. Muestras para cinco horas de deshidratación
59
ANEXO IV
Análisis realizados a la nuez de macadamia (Macadamia
integrifolia)
60
61
62
63
64
ANEXO V
Análisis realizados a la nuez de macadamia almacenamiento
(Macadamia integrifolia)
65
66
67
68
