efecto d la proporcion d pulpa d aguaymanto berenjena y porcentaje de pectina en la consistencia y...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE
INGENIERA AGROINDUSTRIAL
EFECTO DE LA PROPORCIN DE PULPA DE
AGUAYMANTO/BERENJENA Y PORCENTAJE DE PECTINA
EN LA CONSISTENCIA Y SABOR DE LA MERMELADA
OBTENIDA A PARTIR DEL AGUAYMANTO (Physalis peruviana)
Y BERENJENA (Solanum melangena) UTILIZANDO EL
MTODO DE SUPERFICIE DE RESPUESTA
TESIS
Para optar el Ttulo Profesional de
INGENIERO AGROINDUSTRIAL
AUTOR : Br. CESAR VLADIMIR GUTIERREZ HERNANDEZ
ASESOR : Ing. PAULINO NINAQUISPE ZARE
TRUJILLO PER
2011
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DEDICATORIA
A Dios todo poderoso por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado
salud para lograr mis objetivos, adems de su infinita bondad y amor, que me ha guiado
y cuidado hasta hoy.
A ti Madre, Por haberme educado y soportar mis errores. Gracias a tus consejos, por el
amor que siempre me has brindado, por cultivar e inculcar ese sabio don de la
responsabilidad. Gracias por darme la vida! Te quiero mucho!
A ti padre a quien le debo todo en la vida, te agradezco el cario, tu ejemplo, la
comprensin, la paciencia y el apoyo que me brindaste para culminar mi carrera
profesional.
A mis hermanas por su amor incomparable, apoyndome y regandome cuando era
necesario y hacindome pasar momentos inolvidables. GRACIAS!
A ti Jenny mi amada esposa, por su interminable amor que en todo momento ha sido de
apoyo y fuerza, dndome esos empujoncitos que yo necesitaba, por la paciencia y
ternura con que responda en mis momentos de enojo y desesperacin Te amo.
A ti Alejandra Valentina. Mi hija, mi tesoro, y mi gran preciado amor. Por ser el
impulso vital en mi vida, porque forjas en mi toda la superacin. Esto es para ti, pues t
eres sin duda, la parte ms importante de mi vida. Gracias por ser mi hija, pero sin
http://www.taringa.net/tags/hijo -
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios por permitir el desarrollo de esta investigacin de manera exitosa.
A la Escuela de Ingeniera Agroindustrial de la Universidad Nacional de Trujillo, por
permitirme el acceso para la ejecucin de mi tesis.
A todos los docentes de la Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Agroindustrial
de la Universidad Nacional de Trujillo, por haber contribuido con sus conocimientos y
experiencias a lo largo de mi formacin profesional.
Para la culminacin de la presente tesis, he podido contar con la colaboracin de varias
personas, quienes con sus consejos, incentivos, conocimientos y esfuerzos han
contribuido de manera muy especial al desarrollo y culminacin de este trabajo, gracias
a todos ustedes los estimo mucho.
Ing. M.Sc. Paulino Ninaquispe Zare, docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias,
mi asesor y amigo, gracias por su tiempo, motivacin y dedicacin para la realizacin
de este trabajo.
A toda mi familia, por haberme dado todo su apoyo y consejo en los momentos que lo
necesitaba.
A mis amigos por estar siempre apoyndome y acompandome cuando lo necesito.
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iii
RESUMEN
Con el objetivo de evaluar el efecto de la proporcin de pulpa de aguaymanto/berenjena
y porcentaje de pectina en la consistencia y sabor de la mermelada obtenida a partir del
aguaymanto (Physalis peruviana) y berenjena (Solanum melangena) utilizando el
mtodo de superficie de respuesta; se realiz el presente trabajo de investigacin.
Las variables fueron proporcin de aguaymanto/berenjena en el rango de 1/1 a 5/1, y el
porcentaje de pectina en el rango de 0.05 a 0.8% sobre las variables de respuesta que
fueron el sabor y la consistencia en la mermelada.
Los valores ms adecuados de las variables del proceso se determin mediante el
mtodo de optimizacin por diseos experimentales; empleando un diseo 22
incluyendo 4 axiales y 3 centrales; el cual permiti obtener los modelos que definen el
comportamiento de las variables independientes de proporcin aguaymanto/berenjena y
porcentaje de pectina respecto a las dependientes para las respuestas consistencia y
sabor. Los modelos fueron altamente significativos con un (p
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iv
ABSTRACT
In order to evaluate the effect of the proportion of pulp aguaymanto/eggplant and
percentage of pectin in consistency and flavor of the jam from the aguaymanto (Physalis
peruviana) and eggplant (Solanum melangena) using the response surface method , was
conducted this research.
The variables were proportion of aguaymanto / eggplant in the range of 1/1 to 5/1, and
the percentage of pectin in the range of 0.05 to 0.8% of the response variables were the
taste and consistency of jam.
The appropriate values of process variables was determined by the method of
experimental design optimization, a design using 22 including 4 axial and 3 central,
which allowed obtaining models that define the behavior of the independent variables of
proportion aguaymanto / eggplant and percentage of pectin in respect of dependents to
the answers consistency and taste. The models were highly significant at (p
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v
NDICE GENERAL
DEDICATORIA .......................................................................................................................... i
AGRADECIMIENTO ................................................................................................................. ii
RESUMEN ................................................................................................................................ iii
ABSTRACT ............................................................................................................................... iv
NDICE GENERAL.....................................................................................................................v
NDICE DE TABLAS .............................................................................................................. vii
NDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ viii
I. INTRODUCCIN ...............................................................................................................1
II. REVISIN DE LITERATURA ...........................................................................................4
2.1. Aguaymanto (Physalis peruviana) ...............................................................................4
2.1.1. Conservacin y valor nutritivo .............................................................................6
2.2. Berenjena (Solanum melangena) ..................................................................................7
2.2.1. Conservacin y valor nutritivo .............................................................................8
2.3. Mermelada .................................................................................................................. 10
2.4. Materias primas e insumos para la elaboracin de mermelada ................................... 11
2.4.1. Frutas .................................................................................................................. 11
2.4.2. Azcar ................................................................................................................ 11
2.4.3. cido Ctrico ...................................................................................................... 11
2.4.4. Pectina ................................................................................................................ 11
2.4.5. Defectos en la Elaboracin de Mermeladas. ....................................................... 13
2.5. Optimizacin por diseos experimentales .................................................................. 14
2.5.1. Superficie de respuesta. ...................................................................................... 16
2.5.2. Diseo Compuesto Central ................................................................................. 17
III. MATERIALES Y MTODOS ....................................................................................... 19
3.1. Lugar de ejecucin ..................................................................................................... 19
3.2. Materiales ................................................................................................................... 19
3.2.1. Material biolgico .............................................................................................. 19
3.2.2. Materiales e insumos de experimentacin .......................................................... 19
3.2.3. Equipos e instrumentos ....................................................................................... 20
3.3. Mtodos ...................................................................................................................... 20
3.3.1. Proceso de obtencin de mermelada de Aguaymanto (Physalis peruviana) y
Berenjena (Solanum melangena). ....................................................................................... 20
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vi
3.3.2. Descripcin del flujo de elaboracin de mermelada de Aguaymanto (Physalis
peruviana)) y Berenjena (Solanum melangena). ................................................................. 22
3.3.3. Ensayos de caracterizacin de la materia prima .................................................. 23
3.3.4. Anlisis sensorial ................................................................................................ 23
3.3.5. Mtodo de Medicin de Consistencia ................................................................. 24
3.3.6. Diseo experimental ........................................................................................... 25
3.3.7. Anlisis estadstico ............................................................................................. 27
3.3.8. Validacin del modelo matemtico..................................................................... 29
IV. RESULTADOS Y DISCUSIN .................................................................................... 30
4.1. Resultados experimentales de los ensayos realizados ................................................. 30
4.2. Modelaje matemtico y optimizacin segn DCCR ................................................... 31
4.3. Efecto de la proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina ..................... 33
4.4. Validacin experimental del modelo .......................................................................... 37
V. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 38
VI. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 39
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 40
VIII. ANEXOS ....................................................................................................................... 43
7.1. Ensayos para la caracterizacin de la materia prima ................................................... 43
7.2. Fotografas de la experimentacin .............................................................................. 45
7.3. Resultados complementarios ...................................................................................... 47
7.4. Ficha de evaluacin para el sabor de mermelada ........................................................ 53
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NDICE DE TABLAS
Tabla 1. Composicin Nutricional de Aguaymanto .....................................................................5
Tabla 2. Vitaminas presentes en algunos frutales andinos ..........................................................6
Tabla 3. Composicin qumica de la pulpa del Aguaymanto .......................................................7
Tabla 4. Composicin valor nutricional en 100g de pulpa de berenjena ......................................9
Tabla 5. Formulaciones para Elaborar Mermelada .................................................................... 10
............................................................... 25
Tabla 7. Valores utilizados en DCCR para dos factores. ........................................................... 26
Tabla 8. Matriz codificada y valores reales en las respuestas consistencia (Y1) y sabor (Y2). .. 27
Tabla 9. Coeficientes de Regresin para las Respuestas Y ....................................................... 28
Tabla 10. ANVA para las respuestas Y .................................................................................... 29
Tabla 11. Resultados experimentales de los ensayos realizados ................................................ 30
Tabla 12. Coeficiente de regresin de los modelos obtenidos ................................................... 31
Tabla 13. Anlisis de varianza de los modelos de regresin ...................................................... 33
Tabla 14. Anlisis de varianza de la variable Sabor .................................................................. 35
Tabla 15. Anlisis de varianza de la variable consistencia ........................................................ 36
Tabla 16. Valores de consistencia experimental y previsto por el modelo. ............................... 37
Tabla 17. Valores de sabor experimental y previsto por el modelo. .......................................... 37
Tabla 18. Datos para la determinacin de humedad de aguaymanto ......................................... 50
Tabla 19. Datos para la determinacin de humedad de berenjena ............................................. 50
Tabla 20. Determinacin de Brix de aguaymanto...................................................................... 50
Tabla 21. Determinacin de Brix de berenjena ......................................................................... 50
Tabla 22. Datos utilizados para obtener la consistencia promedio de mermelada ..................... 51
Tabla 23. Resultados de la evaluacin sensorial para el sabor de mermelada............................ 52
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NDICE DE FIGURAS
Figura 1. Fruto de Aguaymanto...................................................................................................5
Figura 2. Diagrama de flujo para la elaboracin de mermelada de Aguaymanto y berengena. . 21
Figura 3. Escala no estructurada usada para medir el sabor de la mermelada de aguaymanto y
berenjena. ................................................................................................................................... 24
Figura 4. Esquema de la proporcin de la pulpa de aguaymanto/berenjena y % de pectina en la
consistencia y sabor de la mermelada. ........................................................................................ 25
Figura 5. Superficie de respuesta de la variable Sabor .............................................................. 34
Figura 6. Superficie de contornos del efecto de % de pectina y proporcin de pulpa
aguaymanto/berenjena en el sabor de mermelada. ..................................................................... 34
Figura 7. Superficie de respuesta de la variable consistencia .................................................... 36
Figura 8. Superficie de contornos del efecto de % de pectina y proporcin de pulpa
aguaymanto/berenjena en la consistencia de mermelada. .......................................................... 36
Figura 9. Intercepcin de las superficies de contorno de las variables de estudiadas (sabor
sombreado y porcentaje de pectina lneas). ............................ 45Error! Marcador no definido.
Figura 10. Seleccin de la materia prima .................................................................................. 45
Figura 11. Caracterizacin de la materia prima ......................................................................... 45
Figura 12. Mermelada obtenida de la presente investigacin .................................................... 46
Figura 13. Medicin de la consistencia de la mermelada .......................................................... 46
Figura 14. Ejecucin experimental de la medicin de consistencia ........................................... 47
Figura 15. Consistmetro usado para medir la consistencia ...................................................... 47
Figura 16. Diagrama de Pareto para la variable consistencia. ................................................... 48
Figura 17. Valores predichos frente a valores observados del modelo de regresin de la variable
consistencia. ............................................................................................................................... 48
Figura 18. Diagrama de Pareto para la variable sabor. .............................................................. 49
Figura 19. Valores predichos frente a valores observados del modelo de regresin de la variable
sabor. .......................................................................................................................................... 49
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I. INTRODUCCIN
El hombre consume productos alimenticios para obtener la energa y los nutrientes necesarios
para subsistir. Entre los vegetales, las hortalizas y las frutas han sido utilizadas desde el principio
de los tiempos y en su seleccin influyen, adems de los nutrientes que aportan, los atractivos
colores y sabores que presentan. El ser humano fue adquiriendo y asentando poco a poco
determinadas costumbres alimentarias a las que denominamos hbitos alimentarios. Estas
costumbres dependen de normas culturales y de la disponibilidad de productos alimenticios al
alcance de la mano, entre otros factores. En los citados hbitos alimentarios debemos incluir, no
slo la eleccin de los productos alimenticios en s mismos, sino tambin la forma de
elaborarlos, sin olvidar los mtodos de conservacin. Los alimentos de origen vegetal incluyen
semillas (cereales, legumbres, frutos secos), tubrculos y races, que aportan gran cantidad de
energa junto a nutrientes esenciales, y frutas y hortalizas, que son grupos de enorme inters por
los beneficiosos de su ingesta. Su riqueza en vitaminas, elementos minerales y fibra, hacen que
su consumo sea imprescindible para conseguir una alimentacin sana y equilibrada (Cmara et
al., 2003).
En el Per segn la norma tcnica nacional, la mermelada de frutas es un producto de
consistencia pastosa o gelatinosa que se ha producido por la coccin y concentracin de frutas
sanas combinndolas con agua y azcar, la elaboracin de mermeladas es hasta ahora uno de los
mtodos ms comunes para conservar las frutas y su produccin casera es superior a la
produccin hecha masivamente. Las caractersticas ms saltantes de la mermelada es su color
brillante y atractivo, adems debe parecer gelificada sin mucha rigidez de forma tal que pueda
extenderse perfectamente. Debe tener por supuesto un buen sabor afrutado, Tambin debe
conservarse bien cuando se almacena en un lugar fresco, preferentemente oscuro y seco.
(Colquichagua y Ortega, 2005).
Todos los que tienen experiencia en la elaboracin de mermeladas saben que resulta difcil tener
xito en todos sus atributos, incluso cuando se emplea una receta bien comprobada debido a la
variabilidad de los ingredientes en general, principalmente de la fruta. Las frutas difieren segn
sea su variedad y su grado de madurez, incluso el tamao y la forma de las cacerolas empleadas
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para la coccin influyen sobre el resultado final al variar la rapidez con que se evapora el agua
durante la coccin (Coronado e Hilario, 2001).
Lo primero a considerar en la elaboracin de mermelada es la fruta, que ser tan fresca como sea
posible. Con frecuencia se utiliza una mezcla de fruta madura con fruta que recin ha iniciado su
maduracin y los resultados son bastante satisfactorios. La fruta demasiado madura no resulta
apropiada para preparar mermeladas, ya que no gelificara bien. Entre las frutas que se emplean
en la elaboracin de mermeladas se puede mencionar: papaya, fresa, naranja, frambuesa, ciruela,
pera, mora, albaricoque, durazno, pia, entre otras. En el Per existen diferentes especies nativas
a partir del cual se pueden preparar mermeladas de calidad, por ejemplo de sauco, moras, tuna,
berenjena, aguaymanto (Coronado e Hilario, 2001).
La elaboracin de mermelada de Aguaymanto (Physalis peruviana), es una de las alternativas
aprovechar los mltiples beneficios que proporciona como rentabilidad y ayuda a la salud
humana, ya que es un producto orgnico y saludable.
La berenjena (Solanum melangena), es un frutal andino con que cuenta el pas y que posee
cualidades organolpticas, nutricionales y teraputicas muy aceptables, y al igual que la mayora
de productos alimenticios, es perecedero por deterioro fsico, qumico y biolgico.
Por tal razn se ha puesto en marcha el presente trabajo de investigacin para incentivar el
consumo de un nuevo producto (mermelada de aguaymanto y berenjena) que tienen un fin
especfico dentro de la dieta en las personas. As mismo reconocer que en el proceso de
elaboracin se aseguran las propiedades nutricionales que brindan estos frutos al cuerpo humano,
que dentro de la evidencia cientfica se han podido comprobar sus propiedades nutricionales.
En el siguiente trabajo de investigacin se plante el siguiente problema: Cul ser el efecto de
la proporcin de la pulpa de aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina en la consistencia y
sabor de la mermelada obtenida a partir del aguaymanto (Physalis peruviana) y berenjena
(Solanum melangena) utilizando el mtodo de superficie de respuesta?
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Estableciendo como objetivo general:
Evaluar el efecto de la proporcin de la pulpa de aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina
en la consistencia y sabor de la mermelada obtenida a partir del aguaymanto (Physalis peruviana)
y berenjena (Solanum melangena) por el mtodo de superficie de respuesta.
Y objetivos especficos:
Determinar la proporcin ptima (1/1 a 5/1) en cuanto a la consistencia y sabor de la mermelada
obtenida a partir de aguaymanto (Physalis peruviana) y berenjena (Solanum melangena)
utilizando el mtodo de superficie de respuesta.
Determinar el porcentaje ptimo de pectina (0.05 0.8 %) en cuanto a la consistencia y sabor de
la mermelada de aguaymanto (Physalis peruviana) y berenjena (Solanum melangena) utilizando
el mtodo de superficie de respuesta.
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II. REVISIN DE LITERATURA
2.1. Aguaymanto (Physalis peruviana)
El Aguaymanto es una fruta pequea de los andes y se comercializa en pequea escala en los
mercados de la sierra del Per, Venezuela, Ecuador, Colombia y ha ido creciendo, llegando a
conquistar otros mercados como: Alemania, Gran Bretaa, Estados Unidos de Norte Amrica,
Holanda, Francia, Suiza, Suecia, Dinamarca, Italia, Canad, Blgica, Espaa, etc. (Moreiras,
2001).
La uchuva, uvilla o tambin conocida como tomate silvestre (Physalis peruviana), en Chalaco,
sierra de Piura se le conoce como suburrron, pertenece a la familia de las solanceas, es decir
posee caractersticas similares a la familia de la papa, el tomate y el tabaco, aun cuando su
crecimiento es arbustivo. Es una planta silvestre y semisilvestre originaria del Per crece entre
los 1800 y 2800 m.s.n.m. temperatura promedio entre los 13-18C. se cultiva en zonas tropicales
y subtropicales el cultivo se propaga por semillas, para lo cual requiere desarrollar semilleros
para su germinacin y posterior trasplante al terreno definitivo el tiempo entre la iniciacin del
semillero y la primera cosecha es de aproximadamente 8 meses. Periodo til de la planta es de
ocho a once meses a partir de entonces disminuye en la productividad y calidad de la fruta.
Siendo la vida til de 3 aos (Dimitri ,1995).
El fruto es redondo amarillo y dulce vara el tamao desde de 1.2 a 3 centmetros de dimetro, y
un peso de 4 a 12 gramos tiene una cscara protectora natural que aumenta la posibilidad de
almacenamiento por largos tiempos y proteccin de los microorganismos.
Hoy ha conquistado importantes mercados en la Unin Europea y Estados Unidos. Sus
principales consumidores son Inglaterra y Alemania.
Actualmente se cultiva en Colombia, Ecuador, California, Sudfrica, Australia, Kenya, India,
Egipto, el Caribe, Asia y Hawi.
El aguaymanto fue una fruta conocida por los incas y su origen se atribuye a los valles bajos
andinos de Per y Chile. La fruta es redonda - ovoide, del tamao de una uva grande, con piel
lisa, cercea, brillante y de color amarillo dorado naranja; o verde segn la variedad. Su
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carne es jugosa con semillas amarillas pequeas y suaves que pueden comerse. Cuando la flor
cae el cliz se expande, formando una especie de capuchn o vejiga muy fina que recubre a la
fruta. Cuando la fruta est madura, es dulce con un ligero sabor agrio (Convenio MAG-IICA,
2001).
Seplveda y Saenz (1994), califica al aguaymanto como una fruta de alta acidez, sealando un
valor de 1.3-1.7% de acidez expresado como cido ctrico.
Figura 1. Fruto de Aguaymanto
Tabla 1. Composicin Nutricional de Aguaymanto
Componentes Contenido de 100 g. de
la parte comestible
Valores diarios recomendados (basados en
una dieta de 2000 caloras)
Humedad 78,90%
Carbohidratos 16 g. 300 g.
Cenizas 1,01 g.
Fibra 4,90 g. 25 g.
Grasa total 0,16 g. 66 g.
Protena 0,05 g.
cido ascrbico 43 mg. 60 mg.
Calcio 8 mg. 162 mg.
Caroteno 1,61 mg 5000 IU
Fsforo 55,3 mg 125 mg.
Hierro 1,23 mg 18 mg.
Niacina 1,73 mg. 20 mg.
Rivoflavina 0,03 mg 1,7 mg.
Fuente: Convenio MAG-IICA, 2001.
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Tabla 2. Vitaminas presentes en algunos frutales andinos
Frutal Vit.
A B1 (mg) B2 (mg.)
Niacina
(mg.)
Vit. C
(mg.)
Aguaymanto (a) 243 0.10 0.03 1.70 43.0
Pepino dulce (b) 28 0.04 0.05 0.58 29.7
Tomate de rbol (c) 77 0.10 0.30 1.07 29.0
Tumbo (b) 159 0.02 0.11 4.56 66.7
Fuente: (a) National Research Council, 1989; (b) Tabla de valor nutritivo de los alimentos
peruanos. Collazos, 1975; (c) MSP, ININMS, Ecuador, Composicin qumica de los
alimentos ecuatorianos. Citado por Ayala (2003).
2.1.1. Conservacin y valor nutritivo
Los frutos cosechados tienen una conservacin varias semanas con capacho, 4 meses en fro.
Alimento energtico natural ideal para nios, deportistas y estudiantes, por su alto contenido
de provitamina A y vitamina C, posee tambin algunas del complejo de vitamina B.
El aguaymanto acta como un potente antioxidante previniendo el envejecimiento celular y
la aparicin de cncer, favorece la cicatrizacin de las heridas y combate algunas alergias
como el asma. La composicin qumica y valor nutritivo de la pulpa se muestra en la Tabla 3.
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Tabla 3. Composicin qumica de la pulpa del Aguaymanto
Componentes Contenidos de 100 g. de aguaymanto
Humedad 78.90 %
Carbohidratos 16 g
Ceniza 1.01 g
Fibra 4.90 g
Grasa total 0.16 g
Protena 0.05 g
cido ascrbico 43 mg
Calcio 8 mg
Caroteno 1.61 mg
Fsforo 55.30 mg
Hierro 1.23 mg
Niacina 1.73 mg
Riboflavina 0.03 mg
Fuente: Moreiras, (2001).
2.2. Berenjena (Solanum melangena)
Es conocido con otros nombres como: tomate de rbol, tamarillo, berenjena de la familia
Solamaceae, cuyo nombre cientfico Solanum melongena. El tomate de rbol corresponde al tipo
biolgico de arbusto semileoso, alcanza 2 3 metros de altura, presenta ciclo vegetativo
perenne. Crece en zonas con altitudes que varan de 1000 a 3000 msnm. En altitudes inferiores a
1000 msnm no fructifica bien porque durante la noche la temperatura no son lo suficiente baja.
Es una planta de climas templados y fros. Su temperatura est entre 13 a 24 C siendo la
ptima entre 16 y 19 C. No necesita gran humedad atmosfrica, razn por la cual, se cultiva
frecuentemente en zonas altas de clima seco.
La produccin empieza al ao y medio o dos aos despus de la siembra, siendo intensa
solamente por 4 5 aos (5 meses /ao) pudiendo durar de 10 a 12 aos.
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Los frutos son bayas ovoides, cuyo mesocarpio (pulpa) amarillo, rosado o rojo es la parte
utilizable. Las variedades con frutos que presentan pulpa rojo-oscura y semillas negras, se
prefieren a los de pulpa rosada y semillas claras. Los frutos se forman a los 20 meses del
trasplante y 6 u 8 meses despus maduran (Sarli, 1999).
2.2.1. Conservacin y valor nutritivo
Este vegetal tiene un alto porcentaje de agua. Es bajo en carbohidratos, protenas y grasas por
lo que se considera bajo en caloras. El mineral ms abundante es el potasio, pero contiene
tambin calcio, magnesio y fsforo en pequeas cantidades. Con respecto a las vitaminas,
podemos encontrar en la berenjena vitamina C, provitamina A en pequeas cantidades, entre
otras como se observa en la tabla 2. Este vegetal tiene una caracterstica muy importante: es
muy fcil de digerir si est cocida y pelada. No la consuma cruda, pues de esta forma
alteraciones gastrointestinales. (Dimitri ,1995).
Por su escaso valor calrico puede formar parte de cualquier dieta de adelagazamiento,
adems la berenjena cocida y pelada es muy fcil de digerir, apropiada incluso para quienes
sufren de trastornos digestivos.
La composicin qumica y valor nutritivo de la pulpa se muestra en la Tabla 4.
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Tabla 4. Composicin valor nutricional en 100g de pulpa de berenjena
Parmetro Cruda Hervidas sin sal
Agua (g) 92 91.77
Energa (Kcal) 26 28
Grasa (g) 0.18 0.23
Protenas (g) 1.02 0.83
Hidratos carbono (g) 6.07 6.64
Fibra (g) 2.5 2.5
Potasio (mg) 217 248
Fosforo (mg) 22 22
Magnesio (mg) 14 13
Calcio (mg) 7 6
Vitamina C (mg) 1.7 1.3
Vitamina B2 (mg) 0.034 0.02
Vitamina B6 (mg) 0.084 0.086
Vitamina A (IU) 84 64
Vitamina E (mg) 0.03 0.3
Niacina (mg) 0.59 0.6
Fuente: Moreiras, (2001).
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2.3. Mermelada
Se define a la mermelada de frutas como un producto de consistencia pastosa o gelatinosa,
obtenida por coccin y concentracin de frutas sanas, adecuadamente preparadas, con adicin de
edulcorantes, con o sin adicin de agua. La fruta puede ir entera, en trozos, tiras o partculas
finas y deben estar dispersas uniformemente en todo el producto. La elaboracin de mermeladas
sigue siendo uno de los mtodos ms populares para la conservacin de las frutas en general. La
mermelada casera tiene un sabor excelente que es muy superior al de las procedentes de una
produccin masiva.
Una verdadera mermelada debe presentar un color brillante y atractivo, reflejando el color propio
de la fruta. Adems debe aparecer bien gelificada sin demasiada rigidez, de forma tal que pueda
extenderse perfectamente. Debe tener por supuesto un buen sabor afrutado. Tambin debe
conservarse bien cuando se almacena en un lugar fresco, preferentemente oscuro y seco.
(Coronado, M y Hilario, R, 2001).
Todos los que tienen experiencia en la elaboracin de mermeladas saben que resulta difcil tener
xito en todos los puntos descritos, incluso cuando se emplea una receta bien comprobada debido
a la variabilidad de los ingredientes en general, principalmente de la fruta. Las frutas difieren
segn sea su variedad y su grado de madurez, incluso el tamao y la forma de las cacerolas
empleadas para la coccin influyen sobre el resultado final al variar la rapidez con que se
evapora el agua durante la coccin. (Coronado, M y Hilario, R, 2001).
Tabla 5. Formulaciones para Elaborar Mermelada
Fruta Pectina (%) Conservante
mximo (%) pH
Fresa 1 0.1 3.3
Nspero - 0.1 3.6
Papaya 0.5 0.1 3.8
Mango 0.45 0.1 3.8
Pia 0.5 0.1 3.5
Melocotn 0.5 0.1 3.7
Manzana 0-0.25 0.1 3.3
Membrillo - 0.1 3.3
Tomate del rbol - 0.1 3.3
Fuente: Coronado, M y Hilario, R, 2001
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2.4. Materias primas e insumos para la elaboracin de mermelada
2.4.1. Frutas
Como ya se mencion antes se necesita una fruta lo ms fresca posible, una fruta que
recin ha empezado su maduracin ya que una fruta sobre madura la mermelada no
gelifica muy bien (Coronado e Hilario, 2001).
2.4.2. Azcar
El azcar juega el papel ms importante en el proceso de gelificacin cuando se
combina con la pectina. Otro punto importante es el hecho que la mermelada impide
la fermentacin y cristalizacin de la mermelada. Es importante saber equilibrar la
cantidad de azcar ya que si se le echa poca cantidad hay ms probabilidad de que
fermente y si se le echa mucha cantidad se puede cristalizar. Es preferible utilizar
azcar blanca, porque permite que se mantengan las caractersticas propias del color y
el sabor de la fruta. Cuando el azcar es sometida a coccin en medio cido, se
produce un desdoblamiento en dos azcares (fructosa y glucosa), este proceso es
esencial para la buena conservacin del producto (Coronado e Hilario, 2001).
2.4.3. cido Ctrico
El cido ctrico es importante tanto para la gelificacin de la mermelada como para
darle brillo al color de la mermelada, mejorar el sabor, ayudar a evitar la
cristalizacin del azcar y prolongar su tiempo de vida til. El cido se aade antes de
cocer la fruta ya que ayuda a extraer la pectina de la fruta (Coronado e Hilario, 2001).
2.4.4. Pectina
La fruta contiene en las membranas de sus clulas una sustancia natural gelificante
llamada pectina, la cantidad depende de la maduracin de la fruta. La primera fase de
la preparacin consiste en reblandecer la fruta para poder extraer la pectina. La fruta
verde contiene la mxima cantidad de pectina y la fruta madura menos. Si se
necesitan sustitutos para la pectina se utiliza la carragenina y el almidn modificado.
La principal funcin que se le da a este producto en el mercado es su capacidad para
formar geles.
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12
La materia prima para la obtencin de pectina proviene principalmente de la industria
de frutas ctricas; es un subproducto extrado de las cscaras y cortezas de naranjas,
pomelos, limones y toronjas. Se encuentra en el albedo (parte blanca y esponjosa de
la cscara); tambin se obtiene pectina a partir del bagazo de la manzana y el
membrillo. El grado de la pectina indica la cantidad de azcar que un kilo de esta
pectina puede gelificar en condiciones ptimas, es decir a una concentracin de
azcar de 65% y a un pH entre 3 3.5. Por ejemplo, si contamos con una pectina de
grado 150; significa que 1 kilo de pectina podr gelificar 150 kilos de azcar a las
condiciones anteriormente sealadas (Coronado e Hilario, 2001).
La pectina es el agente gelificante (matriz de la estructura del gel), el cual durante la
coccin es sometida a una transformacin fsica que permite la unin fsico
qumica del conjunto de los ingredientes que conforman la mermelada (fruta, agua,
azcar y acido). El azcar y el cido son los agentes que ocasionan estas
transformacin fsica, mientras que el agua es el solvente dnde son disueltos los
ingredientes. Generalmente el contenido de pectina en la fruta, es insuficiente para
formar un buen gel, por lo que es necesario incorporarla (Gracia y Paredes, 2001).
Los productos de consistencia pastosa y untuosa, elaborados por coccin de frutas
frescas separadas de huesos o semillas o bien de pulpas de frutas o concentrados de
frutas a los que se le aade azcar, pectinas de frutas (0,1 - 0,3 %) y cidos
orgnicos, tales como: ctrico, mlico o lctico. Las mermeladas pueden ser
elaboradas a partir de una sola fruta, de varias mezclas de mermeladas o frutas
(Gracia y Paredes, 2001).
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13
2.4.5. Defectos en la Elaboracin de Mermeladas.
Segn los defectos que pueden presentarse en la mermelada son los siguientes:
a) Mermeladas poco uniformes:
Coccin prolongada del producto, provoca la hidrlisis de la pectina.
Acidez elevada, rompe el sistema de redes provocando sinresis del gel.
Presencia de sales minerales en la fruta retrasan la gelatinizacin.
Carencia de pectina en la fruta.
Demasiado azcar en relacin a la pectina.
Una gelatinizacin antes del envasado, por enfriamiento, origina la ruptura del gel
en el posterior envasado.
b) Sinresis:
Acidez demasiado elevada.
Deficiencia de pectina.
Porcentaje de slidos demasiados bajos.
Exceso de azcar invertido.
Para que se produzca la sinresis los slidos deben estar debajo de 65 % y el valor de
pH por debajo del 2.8.
c) Cambio de color:
Coccin prolongada del producto, causa caramelizacin del azcar.
Deficiente enfriamiento despus del envasado.
Empleo en el exceso de sales tampn.
Contaminacin con metales, produce turbidez.
Pulpa decolorada.
Causas biolgicas.
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14
d) Cristalizacin:
Acidez demasiado alta, produce excesiva inversin del azcar dando lugar a la
granulacin de la dextrosa.
Acidez demasiado baja, provoca la cristalizacin de la sacarosa.
Escaso tiempo de coccin, provoca inversin excesiva.
Permanencia de mermeladas en pailas luego de la coccin, da lugar una inversin
excesiva, provocando la granulacin de la dextrosa.
e) Crecimiento de mohos y levaduras:
Excesiva humedad en el ambiente de almacenamiento.
Envases contaminados.
Bajo contenido de slidos solubles.
Mermeladas poco firmes.
f) Endurecimiento o encogimiento de la fruta en la mermelada:
El someter a ebullicin a la fruta o piel en jarabes concentrados con insuficiente
precoccin. Si la piel es demasiado dura, as como la fruta, no son capaces de
absorber el azcar.
Fruta o piel precocida en agua de elevada dureza.
2.5. Optimizacin por diseos experimentales
La necesidad creciente de la optimizacin de productos y procesos es minimizar costos y
tiempos maximizando rendimientos, productividad y calidad de productos, entre otros objetivos,
como llevando a profesionales de diferentes formaciones a buscar tcnicas sistemticas de
planeamiento de experimentos (Rodrguez y Iemma, 2005).
En nuestro medio se han venido realizando numerosas aplicaciones utilizando diseos
experimentales, especialmente en el procesamiento de minerales; pero la falta de una adecuada
estrategia que encamine a la obtencin de las condiciones ptimas, de una manera rpida y
eficiente, han hecho que en algunas de esas aplicaciones, no se llegaron a obtener las condiciones
ptimas deseadas (Ayala y Pardo, 1985).
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15
Una eleccin de la mejor estrategia del planeamiento experimental depende principalmente del
nmero de variables independientes o factores que deseamos estudiar y del conocimiento inicial
que tenemos sobre el proceso. Una relacin costo beneficio es muy importante en esta
eleccin. Ella es el diferencial para planear criteriosamente y llegar a las condiciones
optimizadas por el anlisis de superficie de respuesta, realizando ensayos experimentales en estas
condiciones, para validacin experimental de los resultados (Rodrguez y Iemma 2005).
La optimizacin de un proceso por medio de diseos experimentales requiere del uso de una
metodologa adecuada que nos lleve por el camino seguro y rpido para encontrar lo valores
ptimos de un proceso bajo estudio (Ayala y Pardo, 1985).
Los efectos cuadrticos (ecuacin 1) toman importancia y que el uso de modelos de segundo
orden, o que es lo mismo diseos experimentales de segundo orden, son necesarios para describir
dicha regin (Arteaga y Rodrguez 2004).
2
0
1 1 1
..... ................(1)K k K
j j uj u j jj j
j uj j
Y b b X b X X b X u j
Simblicamente seria como colocar un gorro (superficie de respuesta estimada) sobre la cumbre
de un cero (superficie de respuesta real).
Groseramente podramos decir: si el gorro encaja aproximadamente en la cumbre del cerro, se
afirmara que la superficie de respuesta predicha (ecuacin 1) describe satisfactoriamente la
regin ptima de un proceso (Arteaga y Rodrguez 2004).
Un diseo experimental para ajustar un modelo de segundo orden debe tener tres niveles de cada
factor (-1, 0,+1). As como en el diseo de primer orden se desea la ortogonalidad, en ste se
desea que sea un diseo rotable. Se dice que un diseo es rotable cuando la varianza de la
respuesta predicha en algn punto es funcin slo de la distancia del punto al centro y no es una
funcin de la direccin (Cornell, 1990).
La rotabilidad es una propiedad importante, dado que la finalidad de la Metodologa de
Superficie de Respuesta es optimizar, desconocindose la localizacin del ptimo, as tiene
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16
sentido utilizar un diseo que proporcione estimaciones precisas en todas direcciones (Rodrguez
y Iemma, 2005).
Dentro de los diseos rotables de segundo orden se incluyen los Diseos Central Compuesto,
Equirradial, Box-Behnken.
2.5.1. Superficie de respuesta.
La superficie de respuesta se define como la representacin geomtrica de la funcin objetivo
(relacin entre la variable dependiente y las independientes consideradas en la investigacin)
o ms propiamente dicho del modelo matemtico obtenido (Ayala y Pardo, 1985).
Debe distinguirse claramente una superficie respuesta estimada de una superficie real. Una
superficie respuesta estimada, es la representacin geomtrica del modelo matemtico
obtenido.
Una cosa importante a tener en cuenta, es que un modelo nunca representa completamente un
proceso, debido a las consideraciones siguientes:
Omisin o no de un cierto nmero de variables.
Conocimiento inexacto de las variables del proceso.
Necesaria simplificacin del modelo debido a las complejidades matemticas.
As, un modelo perfecto es una idntica rplica del proceso bajo estudio. La representacin
geomtrica de ste modelo vendra a ser la superficie de respuesta real.
Si bien, la superficie de respuesta real es algo ideal, slo podemos aproximarnos a ella con
los modelos matemticos comnmente utilizados (superficie de respuesta predicha) (Ayala y
Pardo, 1985).
La Metodologa de Superficie de Respuesta (MSR) es un conjunto de tcnicas matemticas y
estadsticas para modelar y analizar problemas en los que una variable de inters es
influenciada por otras. El objetivo es optimizar la variable de inters. Esto se logra al
determinar las condiciones ptimas de operacin del sistema (Cornell, 1990).
-
17
2.5.2. Diseo Compuesto Central
Cuando un investigador necesita desarrollar o mejorar un proceso, o la formulacin de un
producto, l precisa planear un procedimiento experimental para validar los efectos de sus
variables independientes o factores que afecten sobre sus respuestas. Puede ser interesante
para el investigador la opcin de validar un factor por vez, manteniendo las otras variables
fijas para controlar un proceso, sin dejar por ello de determinar las condiciones ptimas al
validar separadamente los factores (Rodriguez y Iemma, 2005).
Otra propiedad til del k
de primer orden,
agregando puntos axiales y quiz algunos puntos centrales. Con la eleccin del nmero de
puntos centrales (n), el diseo puede hacerse ortogonal o se puede transformar en uno de
precisin uniforme (Montgomery, 1991).
a) Ventajas de la optimizacin de procesos
Las ventajas para la utilizacin de la optimizacin de procesos es que se utilizan
operaciones matemticas relativamente simples de 1 y 2 grado, es posible detectar
el error experimental y evaluarlo, y se necesitan poco conocimiento de la estadstica
(Rodriguez y Iemma, 2005)
2.5.3. Anlisis sensorial
Con la evolucin de la ciencia y la tecnologa de la produccin de alimentos y como una
consecuencia objetiva del desarrollo de la sociedad humana, se crearon medios poderosos y
exactos para la descripcin de las interacciones complejas entre el hombre y la percepcin de las
caractersticas de los alimentos, su elaboracin y consumo, y se desarrollaron tecnologas que
permitieron a la sociedad contar con una amplia gama de productos alimenticios, por lo que se
hicieron ms complejos los mtodos de anlisis de los mismos. Lo anterior conllev a la creacin
y al perfeccionamiento de los mtodos instrumentales de laboratorio.
Segn el criterio de la mayora de los cientficos de mediados de siglo, las nicas evaluaciones
que merecan confianza, eran aquellas en las cuales la participacin de los sentidos estaba
-
18
disminuida hasta un mnimo o se exclua completamente, dndose valor solamente a los mtodos
instrumentales, por tanto las investigaciones en este campo estaban dirigidas a la bsqueda de
mtodos objetivos que permitieran realizar las determinaciones de aquellas propiedades medibles
en forma cuantitativa. Si bien es cierto que no se puede negar el papel que desempean los
mtodos instrumentales, en muchos casos estos no miden todas las caractersticas de un
alimento, sino solamente algunas de ellas. De ah que la forma ms directa de medir la calidad de
un producto alimenticio, es mediante la evaluacin que el hombre realiza con sus sentidos de las
propiedades organolpticas de dichos productos, esto es a travs de la evaluacin sensorial. La
"Evaluacin Sensorial" es una disciplina cientfica mediante la cual se evalan las propiedades
organolpticas a travs del uso de uno o ms de los sentidos humanos. Mediante esta evaluacin
pueden clasificarse las materias primas y productos terminados, conocer que opina el
consumidor sobre un determinado alimento, su aceptacin o rechazo, as como su nivel de
agrado, criterios estos que se tienen en cuenta en la formulacin y desarrollo de los mismos
(Espinosa, 2007).
-
19
III. MATERIALES Y MTODOS
3.1. Lugar de ejecucin
Laboratorio de Tecnologa de Procesos Agroindustriales de la Facultad de Ciencias
Agropecuarias de la Universidad Nacional de Trujillo.
3.2. Materiales
3.2.1. Material biolgico
Berenjena (Solanum melongena)
Aguaymanto (Physalis peruviana)
3.2.2. Materiales e insumos de experimentacin
Azcar Blanca
Pectina
Agua
Vasos descartables
Olla
Jarra
Mesa de trabajo
Cuchillos
Coladores
-
20
3.2.3. Equipos e instrumentos
Balanza semi-analtica: g, precisin = 0.1mg.
Cocina
Licuadora
Termmetro
3.3. Mtodos
3.3.1. Proceso de obtencin de mermelada de Aguaymanto (Physalis peruviana) y
Berenjena (Solanum melangena).
El proceso de obtencin de mermelada de Aguaymanto (Physalis peruviana) y Berenjena
(Solanum melangena) se detalla en la Figura 2.
-
21
Figura 2. Diagrama de flujo para la elaboracin de mermelada de Aguaymanto y berengena.
Envasado
Coccin
BERENJENA
SELECCIN
LAVADO
ESCURRIDO
PELADO
PULPEADO
AGUAYMANTO
SELECCIN
PELADO
LAVADO
BLANQUEADO
PULPEADO
PESADO DE LAS
PULPAS
Azcar.
cido Ctrico.
Pectina.
Pulpa: Azucar = 1 : 1
Brix = 65 68
pH = 3.8
Pectina = (0.05 0.8 %)
-
22
3.3.2. Descripcin del flujo de elaboracin de mermelada de Aguaymanto (Physalis
peruviana)) y Berenjena (Solanum melangena).
Seleccin.- Las Frutas fueron tradas del mercado la Hermelinda, en donde fueron
seleccionadas las ms frescas posibles, eliminando aquellos en estado de
podredumbre.
Lavado.- para facilitar el lavado del Aguaymanto se procedi a realizar el Pelado de
capullos, en la que se le retir la bolsita recubridora del fruto. Se procedi a lavar
con cuidado el aguaymanto y la berenjena para retirar algn material extrao
presente en los productos que puedan contaminar la mermelada durante su
elaboracin.
Escurrido.- Luego del lavado se puso a escurrir o secar los productos para elaborar
la mermelada.
Blanqueado o Escaldado.- Se realiz con la finalidad de inactivar las enzimas,
ablandar la fruta y poder pelarla con facilidad, En el caso de la berenjena para
facilitar el pelado se llev a un escaldado a 20C por 3 minutos y el Aguaymanto
fue sometida a temperatura de ebullicin por espacio de 5 a 10minutos hasta que la
fruta se abland.
Pelado.- En el caso de la berenjena se elimin completamente la cscara de forma
manual.
Pulpeado.- en el caso de la berenjena y el aguaymanto se procedi a licuar y luego
a colar para tener una pulpa libre de semilla.
Pesado.- La pulpa de berenjena, pulpa de aguaymanto y la pectina, fueron pesados
de acuerdo a la proporcin segn el mtodo experimental.
Coccin.- Una vez lista las pulpa de las frutas, se realiz la coccin adicionando
azcar (Pulpa: Azcar = 1:1) agregando de la siguiente manera una tercera parte de
-
23
azcar a una temperatura de 100C por 3 minutos por muestra, luego los dos tercios
azcar y casi al final de la coccin se le agreg la pectina con la ltima parte de
azcar, alcanzando los grados brix deseados (66) y con un pH de 3.8. El tiempo de
coccin depende de la variedad y textura de la materia prima. Al respecto un tiempo
de coccin corto es de gran importancia para conservar el color y sabor natural de la
fruta y una excesiva coccin produce un oscurecimiento de la mermelada debido a
la caramelizacin de los azcares. (Coronado e Hilario, 2001).
Envasado.- Se realiz en caliente a una temperatura no menor a los 85C. Esta
temperatura mejora la fluidez del producto durante el llenado y a la vez permiti la
formacin de vaco adecuado dentro del envase por efecto de la contraccin de la
mermelada una vez que ha enfriado (Coronado e Hilario, 2001).
3.3.3. Ensayos de caracterizacin de la materia prima
Determinacin de humedad de la materia prima
Se determin segn el mtodo de la AOAC (1995) mostrada en el Anexo 7.1.
Determinacin del contenido de slidos solubles
Segn el mtodo A.O.A.C (1995) mostrada en el Anexo 7.1.
3.3.4. Anlisis sensorial
Se realiz el anlisis sensorial con un panel de 40 evaluadores no entrenados para evaluar el
sabor de la mermelada de aguaymanto y berenjena; teniendo cuidado que cada panelista debe
evaluar 6 muestras como mximo por vez.
-
24
Se prepar una ficha de evaluacin. En dicha ficha se analiz el sabor de las muestras de
mermelada por panelistas no entrenados, cada muestra con diferente formulacin. La cual
utiliz una escala no estructurada de 10 cm. para evaluar la aceptabilidad del consumidor
(panelista) tal como se observa en la Figura 2.
Figura 3. Escala no estructurada usada para medir el sabor de la mermelada de aguaymanto
y berenjena.
3.3.5. Mtodo de Medicin de Consistencia
Se coloc el consistmetro sobre una superficie plana y se nivela con ayuda de la
burbuja.
Luego se baj la placa de separacin y se le mantuvo en dicha posicin.
Se coloc la muestra llenando completamente el recipiente, y se dej reposar cinco
minutos.
Se liber la placa de separacin y se dej correr el producto durante treinta
segundos.
Se ley en el centro y a los costados el recorrido del producto y la separacin del
agua (si la hay).
Se promedi las lecturas y se reporta la consistencia como recorrido en centmetros
(cm.) en el tiempo indicado.
Se compar los valores obtenidos con los establecidos por las clases de muestras.
-
25
PREPARACION DE
MERMELADA DE
AGUAYMANTO Y
BERENJENA
Proporcin de pulpa de
aguaymanto/berenjena
% de pectina
VARIABLES DE
RESPUESTA
Consistencia
Sabor
Mermelada
VARIABLES DE
ENTRADA
3.3.6. Diseo experimental
Se utiliz un diseo experimental que permiti optimizar las variables de Proporcin de
Pulpa y porcentaje de pectina, mejorando el sabor y apariencia de la mermelada tal como se
observa en la Figura 4.
Figura 4. Esquema de la proporcin de la pulpa de aguaymanto/berenjena y % de pectina en la
consistencia y sabor de la mermelada.
Este diseo experimental est basado en la metodologa de Superficie de Respuesta, con
un Diseo Compuesto Central Rotable (DCCR).
Se realiz un planeamiento factorial completo 2k, incluido 4 puntos axiales y un nmero
arbitrario de puntos centrales (3 en este trabajo), lo que nos dar el nmero total de 11
ensayos a realizar. Se utiliz
como se muestra en la Tabla 6, (Rodrguez y Iemma, 2005).
Tabla 6.
K 2 3 4 5 6
1.4142 1.6818 2.00 2.3784 2.8284
-
26
Dnde:
En la preparacin de mermelada de aguaymanto y berenjena se consideraron 2 variables
independientes, haciendo un total de 2 puntos factoriales, incluido 4 puntos axiales y 3
repeticiones en el punto central, totalizando 11 ensayos. En la Tabla 7 se muestran los
valores que se utilizaron en el planeamiento experimental. Los valores en los niveles de
los puntos axiales (-1,4142 y +1,4142) y el punto central fueron determinados tomando
como antecedentes las investigaciones realizadas por Gracia y Paredes (2001) e (ITDG,
2001). Los valores de -1 y +1 fueron determinados por interpolacin.
Tabla 7. Valores utilizados en DCCR para dos factores.
Variables
Nivel
-1.4142 -1 0 +1 +1.4142
X1
X2
1.0
0.05
1.6
0. 2
3.0
0.4
4.4
0.7
5.0
0.8
Dnde:
X1: Proporcin de pulpa de Aguaymanto/Berenjena
X2: % de Pectina
Los valores codificados de la Tabla 7 fueron utilizados en la construccin del
planeamiento mostrado en la Tabla 8, teniendo como respuestas la consistencia y sabor
de la mermelada de Aguaymanto/Berenjena.
1/4
2 ...(2)k
-
27
Tabla 8. Matriz codificada y valores reales en las respuestas consistencia (Y1) y sabor (Y2).
Ensayos
X1 X2 Y1 Y2
Proporcin pulpa de
Aguaymanto /
Berenjena
% de pectina consistencia sabor
Real Codificado Real Codificado
1 4.4 1 0.7 1
2 4.4 1 0.2 -1
3 1.6 -1 0.7 1
4 1.6 -1 0.2 -1
5 5 1.41 0.4 0
6 5 -1.41 0.4 0
7 3 0 0.8 1.41
8 3 0 0.05 -1.41
9 3 0 0.4 0
10 3 0 0.4 0
11 3 0 0.4 0
3.3.7. Anlisis estadstico
Con los resultados (Y1 y Y2) de la Tabla 7 y utilizando el software STATISTICA 7.0, se
determin los coeficientes de regresin (Tabla 9) identificando los parmetros significativos,
con lo que se elaborar un modelo polinmico con modelos matemticos de segundo orden
codificado como el que se muestra a continuacin (Rodrguez y Iemma, 2005).
2
0
1 1 1
............... ...(3)K k K
j j uj u j jj j
j uj j
Y b b X b X X b X u j
-
28
Dnde:
jbb ,0 = Coeficientes de regresin
i = 1, 2, 3, 4
j = 1, 2, 3, 4
Tabla 9. Coeficientes de Regresin para las Respuestas Y
Dnde:
L Lineal
Q Cuadrtica
Luego para validar el modelo estadstico, se realiz un anlisis de varianza
(ANVA) como se muestra en la Tabla 10 para las respuestas investigadas,
verificando si las variables son significativas (p
-
29
Tabla 10. ANVA para las respuestas Y
Fuente de
Variacin
Grados
de
libertad
Suma de
Cuadrados SQ
Media de
Cuadrados QM
F calc.
p - valor
Regresin
Lineal: RL
Residuos
Total
k: coeficientes de la regresin lineal. n: nmero total de ensayos.
Analizados los resultados se procedi a generar las Superficies de Respuesta con las curvas
de Contorno para visualizar los valores ptimos, superponiendo las grficas
3.3.8. Validacin del modelo matemtico
Para validar el modelo obtenido que nos permitir pronosticar los valores de las variables
dependientes conociendo los valores de las variables independientes, se realiz la parte
experimental con los valores de aguaymanto/berenjena y % de pectina, que nos permitan
obtener un sabor agradable y una textura adecuada.
Se realiz tres corridas experimentales con los valores ptimos de las variables de la reaccin
para comprobar que tan lejos o cerca se encuentran de los valores reales.
Se realiz una comparacin de los valores predichos por el modelo frente a los observados y
se determin el valor del coeficiente de determinacin; adems, se determinaron los valores
de error porcentual.
-
30
IV. RESULTADOS Y DISCUSIN
4.1. Resultados experimentales de los ensayos realizados
Luego de realizada la parte experimental, se obtuvo mermelada con diferentes valores de sabor y
consistencia, los cuales se muestran en la Tabla 11.
Tabla 11. Resultados experimentales de los ensayos realizados
Ensayos
Variables Reales Variables Respuesta
Proporcin pulpa de
Aguaymanto /
Berenjena
% de pectina consistencia sabor
X1 X2 Y1 Y2
1 4.4 0.7 6.2 7.2
2 4.4 0.2 8.3 7.8
3 1.6 0.7 4.9 6.9
4 1.6 0.2 6.7 5.9
5 5 0.4 6 8.1
6 5 0.4 7.2 8.4
7 3 0.8 5.2 6.5
8 3 0.05 10.1 5.4
9 3 0.4 6.3 7.1
10 3 0.4 7.2 6.9
11 3 0.4 7.3 7.4
-
31
4.2. Modelaje matemtico y optimizacin segn DCCR
Los datos fueron procesados en el software Statistica 8.0, el cual me permiti obtener un
modelo de regresin para la prediccin de cada variable dependiente. En la Tabla 12 se
muestran los coeficientes de cada modelo con su respectivo valor de probabilidad p, el cual
debe ser menor a 0.05 para que se consideren coeficientes significativos del modelo.
Tabla 12. Coeficiente de regresin de los modelos obtenidos
Factor Consistencia Sabor
Coeficiente P Coeficiente P
Intercepto 5,4713 0,038592 3,44160 0,010038
(1) Pulpa (L) 2,6459 0,046964 0,30032 0,524392
Pulpa (Q) -0,3449 0,053060 0,09170 0,184020
(2) Pectina (L) -10,0409 0,049953 11,63938 0,001013
Pectina (Q) 6,1063 0,138386 -8,37992 0,002596
Interaccin -0,1920 0,817148 -1,10956 0,023047
R2 92,574% 96,383%
R2 ajustado 85,147% 92,765%
(L) = Lineal (Q) = Cuadrtico
Para la variable consistencia, se encontr tres coeficientes significativos; el intercepto, la
proporcin de pulpa aguaymanto/berenjena lineal y el porcentaje de pectina lineal; ya que
los valores de p son menores que 0.05, para la formacin de la ecuacin que predice la
consistencia (Y1) se tom todos los coeficientes de la regresin para no disminuir el
coeficiente de determinacin (R2) y por ende la capacidad predictiva del modelo de
regresin y pueda expresar la consistencia de la mermelada lo ms cercano a la real.
-
32
Y1 = 5.4713 + 2,6459 X1 0,3449X12
10,0409 X2 + 6,1063 X22 0,1920 X1 X2
Dnde:
Y1 = Consistencia de la mermelada
X1 = Relacin de pulpa aguaymanto/berenjena
X2 = Porcentaje de pectina
Para la variable sabor se obtuvo cuatro coeficientes significativos para la formacin del
modelo de regresin; El intercepto, el porcentaje de pectina lineal, el porcentaje de pectina
cuadrtico, y la interaccin de la proporcin de pulpa de aguaymanto/berenjena lineal y
porcentaje de pectina lineal; Aparentemente este sera el modelo a tomar, pero no es as
debido al bajo coeficiente de determinacin (57.54%) que presentara la regresin. Por ello
se toma todos los coeficientes para aumentar la capacidad de prediccin del modelo
obtenido, cuyo coeficiente de determinacin es 96,383% y un coeficiente de determinacin
ajustado de 92,765%.
El modelo de regresin para la determinacin del sabor de la mermelada nos otorg la siguiente
ecuacin:
Y2 = 3,44160 + 0,30032 X1 + 0,09170 X12 + 11,63938X2 - 8,37992 X2
2 - 1,10956 X1 X2...(5)
Dnde:
Y2 = Sabor de la mermelada
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33
Tabla 13. Anlisis de varianza de los modelos de regresin
Modelo de Sabor
Fuente de
Variacin
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrado
Medio F calculado F tabulado
Regresin 7,73688947 5 1,54737789 26,6437171 5,05032906
Residuos 0,29038326 5 0,05807665
Total 8,02727273 10
Modelo de Consistencia
Fuente de
Variacin
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrado
Medio F calculado F tabulado
Regresin 19,115620 5 3,823124 12,4655976 5,05032906
Residuos 1,533470 5 0,306694
Total 20,649090 10
Como se observa en la Tabla 13, ambos modelos de regresin, tanto para el sabor como para
la consistencia son significativos con un F calculado mayor al F tabulado lo que indica que
los modelos pueden ser tomados para predecir las variables de respuesta. Analizando adems
de la significancia, los coeficientes de determinacin indican el buen ajuste del modelo
(96,383% y 92,574% respectivamente). Es decir que para el sabor el 96,383 % de la variabilidad
de la misma es explicada por el modelo con las variables independientes estudiadas y los niveles
establecidos; en el caso de la consistencia el 92,574% de la variabilidad de la misma es explicada
por el modelo con las variables independientes estudiadas y los niveles establecidos. Esta
validacin estadstica permite interpretar los resultados mediante las superficies de respuesta.
4.3. Efecto de la proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina
Luego de haber formado los modelos, se obtuvo las superficies de respuesta que explican el
efecto de las variables independientes sobre las dependientes.
En las Figura 5 y 6 se presentan el efecto de la proporcin aguaymanto/berenjena y
porcentaje de pectina en el sabor de la mermelada. Se puede apreciar que la aceptabilidad en
cuanto a sabor es mayor al ir aumentando la proporcin aguaymanto/berenjena. Por otro
lado, el sabor de la mermelada se va haciendo ms aceptable a medida que aumenta la el
porcentaje de pectina hasta el 0.6%, si se agrega por encima de esa cantidad el sabor se ve
mermado. El anlisis de varianza de la Tabla 14 nos indica que slo las variables
independientes: proporcin aguaymanto/berenjena lineal, porcentaje de pectina cuadrtica y
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34
la interaccin lineal de la proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina afectan
significativamente sobre el sabor (p
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La superficie para el sabor presenta un coeficiente de determinacin para el modelo de la
variable sabor del 96,383% lo cual indica que las variables independientes explican en ese
porcentaje a las variables rendimiento. Y, un coeficiente de determinacin ajustado del
92,765%, lo cual indica que el 92,765% de la variabilidad de la variable rendimiento es
explicada por las variables independientes, si se introduce una variable adicional al modelo.
Tabla 14. Anlisis de varianza de la variable Sabor
Fuente de
Variacin
Suma de
Cuadrados
Grados de
Libertad
Cuadrado
Medio F calculado p
Pulpa (L) 2,143806 1 2,143806 36,91338 0,001745
Pulpa (Q) 0,137860 1 0,137860 2,37376 0,184020
Pectina (L) 0,092909 1 0,092909 1,59976 0,261683
Pectina (Q) 1,793042 1 1,793042 30,87371 0,002596
Interaccin 0,608229 1 0,608229 10,47286 0,023047
Error 0,290383 5 0,058077
Total SS 8,027273 10
En las Figuras 7 y 8 estn expuestos la proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de
pectina en la consistencia de la mermelada. En dichas figuras se puede observar que a
medida que la proporcin aguaymanto/berenjena aumenta hasta un valor de 3.5aumenta
tambin la consistencia, sin embargo con valores superiores a 3.5 la consistencia tiende a
bajar. Por otro lado a medida que aumenta el porcentaje de pectina, agregada en la
mermelada, los valores de consistencia van disminuyendo, cabe sealar que la unidad de
medida de la consistencia para esta investigacin fue de centmetro de recorrido/15
segundos.
En base a estos resultados obtenidos se afirma que a medida que aumenta el porcentaje de
pectina en la mermelada disminuye el recorrido de la misma debido a que un contenido
mayor de dicho hidrocoloide genera una mermelada ms consistente.
Segn el anlisis de varianza mostrado en la Tabla 15, la variable porcentaje de pectina
lineal afecta significativamente a la variable consistencia debido a que los la probabilidad es
menor que 0.05.
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Figura 7. Superficie de respuesta de la variable consistencia
Figura 8. Superficie de contornos del efecto de % de pectina y proporcin de pulpa
aguaymanto/berenjena en la consistencia de mermelada.
Tabla 15. Anlisis de varianza de la variable consistencia
Fuente de
Variacin
Suma de
Cuadrados
Grados de
Libertad
Cuadrado
Medio F calculado p
Pulpa (L) 1,040750 1 1,040750 3,39346 0,124804
Pulpa (Q) 1,950370 1 1,950370 6,35934 0,053060
Pectina (L) 13,113960 1 13,113960 42,75913 0,001252
Pectina (Q) 0,952060 1 0,952060 3,10426 0,138386
Interaccin 0,018210 1 0,018210 0,05939 0,817148
Error 1,533470 5 0,306690
Total SS 20,649090 10
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Se puede distinguir valores entre 5.5 y 6,5 con respecto a la proporcin aguaymanto/berenjena y
valores entre 0.2 y 0.6 % con respecto al porcentaje de pectina, se obtienen altos valores de
aceptabilidad con respecto al sabor y a la vez una consistencia estadsticamente adecuada. Por lo
cual, se puede producir en esos rangos si es que uno desea obtener mermelada de dichas
caractersticas. Adems, cabe mencionar que otras variables pueden afectar el proceso.
4.4. Validacin experimental del modelo
Finalmente, se validaron los modelos, realizando corridas experimentales dentro de los rangos
de proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina. Para ello se tomaron
proporciones aguaymanto/berenjena de 4, 4.5 y 5, y porcentajes de pectina de 0.1, 0.2 y 0.3%.
Tabla 16. Valores de consistencia experimental y previsto por el modelo.
Pulpa Pectina Sabor
predicho
Sabor
experimental Error
5.5 0,2 9,51667 9,2 3,32755996
6.0 0,4 8,45690 8,1 4,22018856
6.5 0,6 7,32760 7,1 3,10602507
Las Tablas 16 y 17 muestran la validacin de ambos modelos (consistencia y sabor), en los
cuales se comparan los valores experimentales y predichos. Ambos modelos muestran una buena
capacidad de prediccin y pueden ser empleados dentro del rango establecido en el presente
trabajo de experimentacin, ya que presentan errores porcentuales pequeos.
Tabla 17. Valores de sabor experimental y previsto por el modelo.
Pulpa Pectina Sabor
predicho
Sabor
experimental Error
5.5 0,2 3,97959 4,1 -3,02560573
6.0 0,4 4,60058 4,5 2,18632687
6.5 0,6 5,23237 5,4 -3,20377386
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V. CONCLUSIONES
Se determin la influencia de la proporcin aguaymanto/berenjena (1/1 - 5/1) y porcentaje de
pectina (0.05 -0.8%) en el sabor y consistencia de una mermelada de aguaymanto y berenjena
concluyendo que a mayor proporcin aguaymanto/berenjena mayor ser el valor de sabor y que
un porcentaje de pectina bajo tanto como un porcentaje de pectina alto causan una consistencia
que no es adecuada para la mermelada de aguaymanto y berenjena.
La metodologa de superficie de respuesta permiti obtener los modelos que definen el
comportamiento de las variables para las respuestas, el modelo fue significativo (p < 0.05, R2
elevados) para la respuestas sabor y consistencia, siendo posible construir las superficies de
respuesta y definir las regiones de inters para ambas respuestas.
A travs de la metodologa de superficie de respuesta se determinaron los parmetros adecuados
de proporcin aguaymanto/berenjena y porcentaje de pectina para obtener una mermelada con
sabor agradable y consistencia adecuada, los cuales fueron en proporcin aguaymanto/berenjena
berenjena entre 5.5/1 y 6.5/1 y porcentaje de pectina entre 0.2 y 0.6%. Obtenindose valores de
7,5 para el sabor y de 5,5 de consistencia para la mermelada de aguaymanto y berenjena.
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VI. RECOMENDACIONES
Evaluar los costos de produccin como una variable a analizar.
Evaluar el efecto de la temperatura, tiempo y/o pH de la mermelada sobre la viscosidad y
aceptabilidad de la misma.
Elaborar mermelada de diferentes materias primas y hortalizas y realizar comparaciones.
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40
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
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opere con briquetas de carbn y determinacin del nivel ptimo de cuatro variables que
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43
VIII. ANEXOS
7.1. Ensayos para la caracterizacin de la materia prima
Mtodo para la determinacin de la Humedad
Nombre del mtodo: mtodo del peso constante (A.O.A.C, 1995)
Procedimiento:
Colocar el crisol que servir de tara, en la estufa a 105C por espacio de una hora.
Colocar inmediatamente en el secador por espacio de 20 minutos para que enfre y luego pesarla.
Este peso del crisol seco se denomina peso de tara.
Pesar en el crisol entre 2 a 5 g. de muestra aproximadamente, a este peso se le denomina peso de
la muestra hmeda (W1).
Llevar a la estufa a una temperatura de 130C durante 2 horas, hasta que el peso sea constante.
Se coloca en el desecador por 20 minutos y finalmente se pesa (W2)
Clculos:
1 2
1
(%) *100...(6)W W
HW
Dnde:
H (%): contenido de humedad expresada en porcentaje
W1: peso de la muestra hmeda (g)
W2: peso de la muestra seca (g)
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Mtodo para la determinacin de los slidos solubles (A.O.A.C., 1995)
Procedimiento:
Tomar dos gotas del extracto del aguaymanto o berenjena.
Dejar caer en el visor del refractmetro.
Leer directamente la concentracin expresada en grados brix.
Ajustar la lectura segn la temperatura de medicin.
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7.2. Fotografas de la experimentacin
Figura 9. Seleccin de la materia prima
Figura 10. Caracterizacin de la materia prima
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Figura 11. Mermelada obtenida de la presente investigacin
Figura 12. Medicin de la consistencia de la mermelada