Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA “DETERMINACION DE PARAMETROS TECNOLOGICOS PARA LA OBTENCION DE UN COLORANTE NATURAL DE AYRAMPO (OPUNTIA SOHERENSII) Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCION DE UN ALIMENTO A BASE DE HARINA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ)” TESIS PRESENTADA POR LOS BACHILLERES: CARPIO RAMIREZ YULMARA LUCIA PORTUGAL ZAVALAGA JOE LUIS Para optar el Título Profesional de: INGENIEROS QUIMICOS. AREQUIPA – PERU 2014 1 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa PRESENTACION Señor Decano de la Facultad de Ingeniería De Procesos. Señor Director de la Escuela Profesional De Ingeniería Química Señores Miembros Del Jurado Calificador Cumpliendo con el reglamento de grados y títulos correspondiente, ponemos a vuestra disposición la tesis titulada “DETERMINACION DE PARAMETROS TECNOLOGICOS PARA LA OBTENCION DE UN COLORANTE NATURAL DE AYRAMPO (OPUNTIA SOHERENSII) Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCION DE UN ALIMENTO A BASE DE HARINA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ)” , con el objeto de su revisión, análisis y recomendaciones; y se nos permita obtener el Título Profesional de Ingenieros Químicos. Arequipa, 20 de Marzo del 2014 BACH. CARPIO RAMIREZ YULMARA LUCIA BACH. PORTUGAL ZAVALAGA JOE LUIS 2 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Primero a Dios, por haberme premiado con la vida permitir la realización y culminación de un de mis metas, a mis padres y hermanos por su apoyo constante e incondicional hicieron posible la culminación de este trabajo. Joe Luis Portugal Zavalaga Agradecer a Dios a mis padres por su perseverancia y su confianza en mi, gracias a ellos por permitir culminar mi carrera profesional para ser una persona de bien. Yulmara Lucia Carpio Ramirez 3 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa ÍNDICE PÁGINA INTRODUCCIÓN 10 CAPITULO I: CONSIDERACIONES GENERALES 1 1 1.1 Título. 11 1.2 Planteamiento del problema. 11 1.3 Objetivos 11 1.3.1 Objetivo General. 11 1.3.2 Objetivos Específicos. 12 1.4 Justificación. 12 1.4.1. Justificación Tecnológica. 12 1.4.2. Justificación Económica 12 1.4.3. Justificación Social. 12 1.5 Hipótesis. 13 1.6 Importancia 13 1.7 Producto de la investigación 13 1.8 Alcances de la investigación. 14 1.9 Algoritmo de la investigación 14 CAPITULO II: MARCO TEORICO. 15 2. Materia Primas 15 2.1. AYRAMPO (OPUNTIA SOHERENSII): 16 2.1.1. Descripción 18 2.1.2. Ubicación sistemática de la especie 18 2.1.3. Ubicación geográfica de la especie 19 2.1.4. Normas técnicas nacionales e internacionales 20 2.1.5. Características fisicoquímicas 22 2.1.6. Características bioquímicas 23 2.1.7. Características microbiológicas 24 2.1.8. Usos 27 2.2. HARINA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ): 27 2.2.1. Descripción 29 2.2.2. Origen de zonas de cultivo 30 2.2.3. Valor nutricional 31 2.2.4. Variaciones de la mandioca 32 2.2.5. Preparaciones habituales de la yuca 32 33 4 35 20 36 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa 2.2.6. Producción natural 2.2.7. Manejo del suelo 2.2.8. Ventajas de su consumo 2.2.9. Conservación 2.2.10. Preparación para el consumo humano La toxicidad 2.2.11. Precauciones con la yuca 2.2.12. Aplicaciones de la yuca 2.2.13 Producción de Harina de Yuca CAPITULO III: METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACIÓN. 3.1. Generalidades 3.2. Lugar de Ejecución 3.3. Materiales y Equipos 3.3.1. Materias Primas e Insumos 3.3.2. Instrumentos y equipos para la investigación 3.4. Métodos 3.4.1. Factores en estudio 3.4.2. Diseño experimental 3.4.2.1. Método propuesto 3.4.2.1.1. Descripción del proceso 3.4.2.2. Variables a evaluar 3.4.2.2.1. Variables del proceso 3.4.2.2.2. Variables del producto final 3.4.2.2.3. Variables de comparación 3.4.2.2.4. Observación a registrar 3.4.3. Diseño Experimental 3.4.3.1. Experimento de la materia prima 3.4.3.2. Experimento de la extracción del colorante 3.4.3.3. Experimento de secado 3.4.3.4. Formulación del producto 3.4.3.4. Producto Final 3.4.4. Evaluación de las pruebas experimentales 3.4.4.1 Caracterización de la materia prima 3.4.4.1.1. Ayrampo 59 3.4.4.2 Caracterización del producto final 59 5 59 59 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa CAPITULO IV: ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS 4.1. Caracterización de la materia Prima 4.1.1 Análisis físico y químico de la semilla de Ayrampo 4.1.2 Análisis Microbiológico de la semilla de Ayrampo 4.1.3 Características físicas de la semilla de Ayrampo 4.2 Características del colorante Natural a partir del Ayrampo 4.2.1 Experimento Nro. 01. Determinación del pH óptimo y disolución del colorante 4.2.2 Experimento Nro. 02. Rendimiento de extracción del colorante 4.2.3. Análisis Físicos Químicos. 4.3. Enriquecimiento de la Harina de Yuca con colorante de Ayrampo en la preparación de mazamorra. 4.3.1 Análisis Sensorial de la mazamorra de Harina de Yuca enriquecida con Colorante de ayrampo 4.3.2 Análisis Físico químicos de la mazamorra de Harina de Yuca enriquecida con Colorante de ayrampo CAPITULO V: EVALUACION ECONOMICA DE LA INVESTIGACION 5.1. Generalidades 5.2. Costos Directos 5.3. Costos indirectos 5.4. Financiamiento de la investigación CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS 6 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa FIGURAS Figura 1. Semilla de Ayrampo 12 Figura 2. Tunilla Soherensii. Sur de pampa de Arrieros. Arequipa. 14 Figura 3. Flor de tunilla Soherensii. Sur de pampa de Ariieros. Arequipa 14 Figura 4. Fruto de tunilla Soherensii. Sur de pampa de Ariieros. Arequipa 14 Figura 5 y 6 Semilla de Fruto de la tunilla soherensii. 15 Figura 7. Formula general de la betalaínas 18 Figura 8. Formula General de las betacianinas 18 Figura 9. Marihot Esculeta Crantz (Yuca) 25 Figura 10. Planta de Marihot Esculeta Crantz (Yuca) 26 Figura 11. Diagrama de flujo del Proceso de Elaboración de la harina de Yuca 35 Figura 12. Criterio de decisión 55 TABLAS Tabla Nro1. Formato de la tabla ANOVA 54 Tabla Nro2. Resultados de ANVA para el color 59 Tabla Nro3. Resultados de aspectos Evaluados 62 Tabla Nro4. Resultados de ANVA para el olor 63 Tabla Nro5. Resultado respecto a olor en el concentrado 63 Tabla Nro6. Resultado respecto a color en el concentrado 64 Tabla Nro7. Resultado respecto a sabor en el concentrado 64 Tabla Nro8. Resultado respecto a apariencia en el concentrado 65 Tabla Nro9. Resultado respecto a consistencia en el concentrado 65 CUADROS Cuadro Nro 1. Composición de Ayrampo 17 Cuadro Nro 2. Nutrientes en 100 g de porción comestible de alimento 28 Cuadro Nro 3. Comparación de los Nutrientes entre la harina de yuca y la harina 32 de trigo en 100 gramos de porción comestible de alimento. Cuadro Nro 4. Variables en la materia prima, procesos en el producto final 39 Cuadro Nro 5. Observaciones a registrar 41 Cuadro Nro 6. Análisis Físico Químico de la Semilla de Ayrampo 56 Cuadro Nro 7. Análisis Microbiológico de la Semilla de Ayrampo 57 Cuadro Nro 8. Materia Prima: Características Físicas 57 Cuadro Nro 9. Resultados de la evaluación del color por 8 panelistas 59 7 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Semientrenados 61 Cuadro Nro 10. Análisis Físico Químico de la Semilla de Ayrampo 66 Cuadro Nro 11. Análisis Físico Químico de la Mazamorra de Harina de Yuca enriquecido con colorante de Ayrampo 67 Cuadro Nro 12.Analisis Organoléptico de la mazamorra de Harina de Yuca enriquecido con colorante de Ayrampo 67 Cuadro Nro 13. Análisis Microbiológico de la mazamorra de Harina de Yuca enriquecido con colorante de Ayrampo 68 Cuadro Nro 14. Costos de materia Prima 68 Cuadro Nro 15. Costos de reactivos 69 Cuadro Nro 16. Costos de equipos e instrumentos 70 Cuadro Nro 17. Costos de material de laboratorios 70 Cuadro Nro 18. Análisis químicos 70 Cuadro Nro 19. Costo de la investigación bibliográfica 71 Cuadro Nro 20. Costo de gastos administrativos 71 Cuadro Nro 21. Gastos por servicio y suministros 72 Cuadro Nro 22. Total de Gastos DIAGRAMAS Diagrama Nro1. Diagrama de bloques del proceso para la obtención del colorante 42 natural y enriquecimiento de la harina de yuca en la aplicación del producto final. Diagrama Nro 2. Operaciones del proceso de Mazamorra de Harina de Yuca 43 enriquecida con colorante a partir de Ayrampo. Diagrama Nro 3. Diagrama de bloques del proceso para la obtención de colorante 4 6a base de ayrampo. Diagrama Nro 4. Balance de materia del proceso de obtención de colorante 47 Natural a partir del ayrampo. Diagrama Nro 5. Diagrama de la Metodología a seguirse en la formulación y 48 obtención de un producto final a base de la harina de yuca enriquecida con colorante natural. Diagrama Nro 6. Balance de materia del Producto Final a base de la Harina de 49 Yuca enriquecida con colorante natural a partir del Ayrampo. 8 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa ANEXOS Anexo 01: Norma de Colorantes Permitidos 79 Anexo 02: Producción de Ayrampo 89 Anexo 03: Permiso de Uso de Instalaciones 91 Anexo 04: Imágenes de la Elaboración del colorante a partir de ayrampo 93 Anexo 05: Tablas de distribución de Frecuencia 99 Anexo 06: Formato Evaluación Sensorial 103 Anexo 07: Encuestas llenadas por los panelistas de la Evaluación Sensorial de 1 0 5 la Mazamorra de yuca enriquecida con colorante de ayrampo Anexo 08: Imágenes de las encuestas realizadas a los panelistas para la 1 1 0 evaluación Sensorial de la mazamorra de yuca enriquecida con colorante de ayrampo 113 Anexo 09: Análisis de varianza para la prueba sensorial en la mazamorra de la harina de yuca enriquecida con colorante de ayrampo. Anexo 10: Análisis del ayrampo realizados en el laboratorio de control de 117 calidad de La Universidad Católica de Santa María. Anexo 11: Análisis físico químico y microbiológico desarrollados en el 120 laboratorio Físico químico De la Universidad Nacional de San Agustín. 9 Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa INTRODUCCIÓN El color es uno de los atributos más importantes en los alimentos y se considera un indicador de calidad y aceptabilidad (Azeredo, 2008). Durante el procesamiento y/o almacenamiento, los alimentos son susceptibles a perder color, por lo cual la industria de alimentos utiliza colorantes para resaltar, recuperar o uniformar el color original. Los colorantes pueden ser de origen natural ó artificial, siendo estos últimos los más utilizados. Sin embargo, las regulaciones oficiales de la Unión Europea y EEUU han restringido el uso de colorantes artificiales debido a sus posibles efectos adversos sobre la salud (Tsuda et al., 2001; Amin et al., 2010). En la actualidad existe un creciente interés en el desarrollo, utilización y consumo de colorantes naturales (Stintzing y Carle, 2004; Moßhammer et al., 2007). Las betalaínas son pigmentos naturales hidrosolubles que podrían ser utilizados potencialmente como colorantes (rojos y amarillos), que poseen además actividad antioxidante (Tesoriere et al., 2003; 2004a-b y 2005; Cai et al., 2005; Allegra et al., 2005; Moreno et al., 2008). Estos pigmentos son particularmente escasos en la naturaleza; se encuentran en la betarraga (Beta vulgaris L. spp. vulgaris) y en algunas cactáceas del genero Opuntia y Hylocereus, como la tuna púrpura, las pitayas y pitahayas (Cai y Corke, 1998; Stintzing et al., 2002; Vaillant et al., 2005). Se han empezado a utilizar el ayrampo (opuntia soherensii) entre la familia Cactaceae, como fuente de betalaínas ya que el pigmento obtenido de estos frutos es más aceptable organolépticamente que el de las remolachas, ya que no tienen un sabor desagradable sino más bien el hecho de su escaso sabor resultaría en su mayor potencial en propiedades antioxidantes y colorante que como alimentos. La intención del presente trabajo es extraer el colorante del ayrampo (opuntia soherenssi) considerando las diferentes condiciones de relación de solvente, pH y temperatura para su eficiencia de obtención del producto y emplearlo en el enriquecimiento de la harina de yuca (Manihot Esculenta Crantz) y su posterior evaluación de las propiedades físico químicas y organolépticas. 10