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I.1. Caracterización del problema
El país posee una gran riqueza de productos agrícolas que muchas veces no son utilizados masivamente
debido a diferentes factores. Este es el caso de las pulpas de frutas, las mismas que presentan notable
proporción de importantes nutrientes para la dieta alimenticia.
La producción y exportación de jugos y pulpas de frutas se han convertido en una poderosa alternativa de
desarrollo económico para el Perú.
La oferta de procesados y enlatados de jugos y frutas marcan un significativo protagonismo en la
diversificación de estas exportaciones, prueba de esto es el aumento del número de empresas
agroindustriales procesadores de jugos y frutas.
I.2. Formulación del problema
a) Problema General:
¿Cuál es el efecto de la concentración en el perfil reológico de la pulpa de Sauco (Sambucus nigra)?
b) Problemas Específicos:
¿Cómo influyen los índices de consistencia y comportamiento en el flujo de la pulpa de sauco (Sambucus
nigra) a diferentes concentraciones?
¿Cual será la composición químico proximal y fisicoquímica de la pulpa de Sauco (Sambucus nigra)?
¿Cual será el diagrama de flujo para la obtención de pulpa de Sauco(Sambucus nigra)?.
I.3. Objetivos de investigación
2.3.1 General
Evaluar el efecto de la concentración en el perfil reológico de la pulpa de Sauco (Sambucus nigra).
I.3.1. Específicos
Determinar el índice de consistencia e índice de comportamiento al flujo de la pulpa de Sauco a
diferentes concentraciones.
Realizar la caracterización químico proximal y fisicoquímica de la pulpa de Sauco.
Elaborar el diagrama de flujo adecuado para un óptimo procesamiento de la pulpa de Sauco.
Los alimentos consumidos están sometidos continuamente a cambios de temperatura. Empezando por el
proceso de elaboración y pasando por los periodos de transporte y almacenamiento, donde las condiciones
de temperatura a las que son sometidos los alimentos pueden variar notablemente.
Por este motivo es muy importante conocer sus propiedades reológicas en función de la temperatura. Son
muchos los autores que en sus investigaciones correlacionan el efecto que la temperatura ejerce sobre la
viscosidad mediante una ecuación de tipo Arrhenius (Haminiuk et al., 2006; Garza, 1999).
La reología de las pulpas y jugos tiene una gran importancia en la industria del procesamiento de frutas,
incluyendo aplicaciones tecnológicas, sensoriales y de ingeniería, como, por ejemplo, proyectos de bombas,
tuberías, intercambiadores de calor y tanques de mezclado (Torralles et al., 2006). Estos estudios han sido
considerados como una herramienta analítica para proveer información fundamental de la estructura de los
alimentos y juega un papel importante en la transferencia de calor a los flujos. Las propiedades reológicas de
los alimentos están fuertemente influenciadas por la temperatura, concentración y estado físico de dispersión
(Ahmed et al., 2007).
II. MARCO TEÓRICO
II.1. Antecedentes de investigación:
Actualmente hay una exigencia del mercado hacia los productos naturales; en ello está incluido las pulpas,
néctares, mermeladas y/o zumos los que pueden consumirse directamente o como aromatizantes para la
industria alimentaria, y que deben ser caracterizados reológicamente:
En el 2006, Mota y Ibarz evaluaron el Comportamiento viscoelástico de pulpa de membrillo en función
de la concentración de sólidos solubles. El trabajo tuvo como objetivos caracterizar las propiedades
viscoelásticas de las muestras de pulpa de membrillo a diferentes concentraciones de sólidos solubles. El
estudio reológico del pulpa de membrillo fue realizado en el rango de concentraciones de 12,3 a 28° Brix a la
temperatura de 20°C. Las medidas viscoelásticas fueron realizadas con un reómetro Haake Rheostress
RS100 y fue seleccionado el barrido de frecuencia entre 0,1 a 100 Hz. Los resultados demostraron que para
la muestra de 28°Brix la pulpa se comportó como un semisólido en todo el rango de frecuencia estudiada.
Para la concentración de 24°Brix, a bajas frecuencias, la pulpa se comportó como un semilíquido (G’’>G’)
mientras que en frecuencias más altas se comportó como semisólido (G’>G’’). Para la pulpa de 16 e 20°Brix
hubo el predominio del carácter viscoso sobre el carácter elástico. Para la pulpa de 12,3°Brix no fue posible
determinar los valores G’ e G’’. Se observó todavía que la viscosidad compleja de la pulpa de membrillo
aumenta con la concentración para todo el rango de frecuencias estudiadas.
La crema en estudio es un producto en polvo basado en múltiples ingredientes enunciados en 2.1 y 2.1.1. Al
ser reconstituida en agua, la crema constituye un sistema disperso. La mayoría de las dispersiones en
alimentos son sistemas muy complejos y por lo tanto resulta casi imposible alcanzar un claro entendimiento
de los mecanismos de flujo que gobiernan sus comportamientos reológicos por una ruta directa (Giesekus
citado por JOWITT et al. 1983).
Género : Sambucus
Especie : Sambucus nigra
Nombre Vulgar : Sauco
3.2.2. Tipos de Sauco
Existen varios tipos de Sauco:
El complejo es tratado de forma diversa como una sola especie, Sambucus nigra (Saúco negro, Saúco
común) que se encuentra en las partes más templadas de Europa y Norteamérica con diversas
variedades regionales o subespecies, o también como un grupo de varias especies similares. Las
flores están en corimbos planos, y las bayas van desde el color negro hasta el azul glauco; son
arbustos más grandes, llegando a los 3-8 metros de alto, ocasionalmente pequeños árboles de hasta
15 m de alto con un diámetro de 30-60.
Sambucus australis ("Saúco austral"; zona templada del Este de Sudamérica)
Sambucus canadensis (sin. S. nigra ssp canadensis; "Saúco de Canadá"; Este de Norteamérica; con
bayas de negro azulado)
Sambucus cerulea (sin. S. caerulea, S. glauca; "Saúco cerúleo"; Oeste de Norteamérica; bayas de
color negro azulado oscuro con un brote glauco en la superficie, lo que le da una apariencia de azul
celeste)
Sambucus javanica ("Saúco de Java"; sureste de Asia)
Sambucus nigra (Saúco negro o Saúco común; Europa y Asia occidental; con bayas negras)
Sambucus lanceolata ("saúco lanceolado"; Isla de Madeira; con bayas negras)
Sambucus palmensis (Sabugo; Islas Canarias; con bayas negras)
Sambucus nigra L. ("saúco de Colombia"; noroeste de Sudamérica; con bayas negras)
Sambucus simpsonii ("saúco de Simpson"; sureste de los Estados Unidos; con bayas de negro
azulado)
Sambucus velutina ("saúco aterciopelado"; suroeste de Norteamérica; con bayas de negro azulado).
3.2.3. Propiedades Nutritivas:
El saúco es una planta medicinal utilizada desde antiguo; sus referencias se remontan a la Edad de
los Metales. Entre sus numerosas propiedades se le atribuyeron incluso virtudes mágicas. Contiene
aceites esenciales, taninos, ácidos orgánicos, ácidos animados, azúcar, abundante vitamina C, y una
serie de glucósidos como la rutina y la sambunigrina.
La infusión de flores secas es un buen remedio para las afecciones de las vías respiratorias altas,
anticatarral y eficaz contra los resfriados gracias a su acción sudorífica. Es calmante, útil en el
tratamiento de trastornos nerviosos ligeros, tales como insomnios, migrañas, dolores de cabeza e
inflamaciones dolorosas. Es depurativo, diurético, útil en afecciones renales (nefritis) y laxante; entra
en la composición de tisanas adelgazantes. Se usa externamente en compresas y baños para los
ojos. El agua de saúco es un buen astringente ocular. En farmacología también se utiliza el vinagre de
saúco (acetum sambuci), como desinfectante y en la preparación de compresas febrífugas.
Los frutos frescos y maduros también se emplean en mermeladas, jarabes y vinos. La planta tiene un
particular aroma y es amarga.
El Sauco se consume como producto fresco como postre. En el país, la mayor parte de Sauco con destino
agroindustrial tiene presentación en congelado, empleando el sistema IQF (Individual Quick Frozen), mismo que
permite el uso del producto por pieza o en bloque.
Se utiliza para la elaboración de: jugos, pulpas concentradas, extractos, saborizantes en yogurt o helados,
polvos deshidratados, jaleas y ates.
El Sauco son comestibles y a menudo se emplean para la confección de licores o confituras.
Se utilizan para la preparación de zumos, mermeladas (relleno en repostería), confituras y mosto de frutas.
Como productos de salud:
Los frutos son excelentes como diuréticos.
Los brotes tiernos cocidos tienen propiedades astringentes.
Las hojas y flores muy recomendadas en hemorroides y en diarreas.
Para uso interno en infusiones al 25 por mil.
Utilizado en el tratamiento de hemorroides, heridas, escorbuto y avitaminosis. (Gustavo Vázquez Montes, 2004)
3.3. Reología del alimento:
3.3.1. Fundamentos teóricos de la reología
La reología estudia el flujo y la deformación de los materiales (Méndez, Pérez, Paniagua, 2010).
La reología o ciencia de la deformación de la materia, se ocupa de preferentemente de la
deformación de los cuerpos aparentemente continuos, pero con frecuencia también de la fricción
entre sólidos, del flujo de polvos, incluso de la reducción de partículas o molturación. (Muller, 1977;
Toledo, 1999).
En la industria de alimentos se trabaja con alimentos en su fase líquida, para algunas operaciones
de industrialización como, concentración, evaporación, pasteurización, bombeo entre otras; siendo
indispensable el diseño exhaustivo de todo el proceso para su adecuado funcionamiento. (Ibartz,
Barbosa-Cánovas, 2005).
El comportamiento de los fluidos bajo la acción de fuerzas aplicadas es tema de estudio de la
mecánica de fluidos. Sin embargo, el estudio del comportamiento viscoso de los fluidos pertenece
al campo de la reología, que es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de los materiales.
Antes que todo, es importante conocer los conceptos de esfuerzo y deformación para los fluidos
viscosos. Para ello considere la figura 1, que muestra una situación de flujo cortante simple. Aquí
se tiene un líquido entre dos placas separadas una distancia L. La placa superior se mueve a una
velocidad constante v debido a la acción de una fuerza F. (Méndez-Sánchez, Pérez-Trejo y
Paniagua, 2010)
Figura 2. Diagrama de un fluido en flujo cortante simple.
En este caso, el esfuerzo de corte τ que ejerce la placa superior al líquido está definido por:
Donde A es el área de la placa superior en la cual se aplica la fuerza. Las unidades del esfuerzo en
el Sistema Internacional (SI) son los Pascales ó N/m2.
Para los fluidos, de manera similar, existe una propiedad característica que representa la
resistencia a fluir, esta propiedad es la viscosidad η y se define como la razón entre el esfuerzo de
corte y la rapidez de deformación, es decir,
Las unidades de la viscosidad en el SI son Pas. Así, para conocer el comportamiento viscoso de
un líquido es necesario determinar el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación. (Méndez-
Sánchez, Pérez-Trejo y Paniagua, 2010)
La reología de alimentos se define como el estudio de la deformación de la materia prima, los
productos intermedios, y productos finales de la industria alimentos (Steinbrüggen, 2006). Así, la
reología intenta definir la relación entre el esfuerzo aplicado sobre un material y la deformación o
flujo resultante que toma lugar (Tabilo y Barbosa, 2005). Mencionado por (Velásquez, Monroy y
Cortés, 2008)
3.3.2. Clasificación reológica de los fluidos alimentarios
Los fluidos provocan y circulan sometidos a esfuerzos (Ramírez, 2006). De acuerdo a las leyes de
la física los sólidos son representados por la ley de Hooke y los líquidos por la de ley de Newton;
sin embargo la gran cantidad de alimentos al fluir presentan comportamientos comprendidos entre
estos dos extremos. Siendo estos denominados fluidos no newtonianos, acaeciendo que su
comportamiento puede variar con la temperatura, concentración y presión; el cual se encontrara en
función del esfuerzo cortante y la velocidad de corte. (Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005).
En fluidos no newtonianos no se puede hablar de viscosidad, siendo que la relación esfuerzo
cortante y velocidad de corte no es constante; por lo cual recibe el nombre de viscosidad aparente
y es función de la velocidad de deformación.
El coeficiente de viscosidad es un término cuantitativo, definido como el cociente de de la tensión
tangencial o tensión de cizalla (τ) en función de la velocidad de deformación o velocidad de corte o
cizalla (γ), es una línea recta cuando el fluido es newtoniano, mientras que los fluidos no
newtonianos están representados por una línea curva (Muller, 1977; Toledo, 1999).
Al gráfico del esfuerzo de corte y la rapidez de deformación se le conoce como curva de flujo o
reográma. La figura 3 ejemplifica las curvas de flujo típicas que permiten mostrar algunas
diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos. Es de mencionar, que la pendiente
de estas curvas representa el comportamiento viscoso en función de la rapidez de deformación.
Por ejemplo, para el caso del fluido newtoniano es evidente que la viscosidad es constante e
independiente de la rapidez de deformación. Sin embargo, para el fluido no newtoniano
adelgazante (también conocido como pseudoplástico), la viscosidad (la pendiente de la curva)
disminuye al incrementarse la rapidez de deformación. El caso contrario se presenta en el fluido
dilatante (conocido como plástico), cuya viscosidad se incrementa al aumentar la rapidez de
deformación. El fluido de Bingham, se considera no newtoniano por el hecho de necesitar un
esfuerzo crítico para empezar a fluir, seguido de un comportamiento newtoniano. (Méndez-
Sánchez, Pérez-Trejo y Paniagua, 2010)
Figura 3. Representación de curvas de flujo para diferentes fluidos. 1) Fluido newtoniano, 2) Fluido no newtoniano adelgazante, 3) Fluido no newtoniano dilatante, 4) Fluido de Bingham.
1. Fluidos newtonianos y No newtonianos
Los fluidos newtonianos son los más sencillos, donde el esfuerzo cortante es directamente
proporcional a la velocidad de cambio de la velocidad con la distancia, es decir a la gradiente de
velocidad. (Ramírez, 2006)
Donde a η es el cociente de viscosidad, generalmente denominado solo como viscosidad, de donde se
puede decir que para estos fluidos el gradiente de velocidad es igual a la velocidad de tiempo de
cambio de la deformación de cizalla, resultando: (Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005)
Donde, γ es conocida como velocidad de cizalla o velocidad de corte o velocidad de deformación.
La viscosidad de los líquidos desciende al aumentar la temperatura, cuanto más alto sea el coeficiente
de viscosidad tanto más se verá afectado por la temperatura. El descenso de la viscosidad del agua
por grado de temperatura es de 1 a 3,5%, dependiendo de la temperatura a la que se efectúe la
medida. (Muller, 1977) y velocidad de deformación. (Muller, 1977; Doran, 1999) Otros
comportamientos reológicos distintos al newtoniano corresponden a: (Fenómenos de transporte, 2007).
2. Fluidos pseudoplásticos:
La η disminuye al aumentar el gradiente de velocidad.
3. Fluidos Dilatantes:
La η aumenta al aumentar el gradiente de velocidad.
4. Plásticos de Bingham
Es necesario superar un cierto valor “umbral” de esfuerzos de corte para que el sistema comience a
fluir.
5. Fluidos No newtonianos independientes del tiempo
La mayoría de gases y líquidos simples a bajos esfuerzos cortantes y velocidades de deformación
bajas se aproxima a un comportamiento newtoniano en la fase laminar; pero cuando se incrementa la
cizalla, estos sistemas varían desviándose de este comportamiento ideal. (Toledo, 1999; Doran, 1999)
a. Fluido pseudoplástico “shear thinning”
Es un comportamiento que se representa por una línea recta cerca al origen luego posee una
curvatura cóncava hacia el eje de esfuerzos cortantes a medida se incrementa la velocidad de
deformación; tomando un valor diferente en cada instante conocido como viscosidad aparente.
(Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005)
Este comportamiento se debe a la presencia de:
Compuestos de elevada masa molecular o partículas alargadas a concentraciones bajas.
Alta interacción entre partículas, causando su agregación o asociación por enlaces secundarios.
Los fluidos pseudoplásticos son menos espesos cuando se someten a altas velocidades de
deformación que cuando se cizallan lentamente. ηap disminuye al aumentar la velocidad de corte γ.
(Muller, 1977)
b. Dilatante “shear thickening”
Esta puede explicarse por la presencia de partículas, de formas y tamaños variados, ceñidas y
estrechamente empaquetadas, con el flujo se torna relativamente más dificultoso con el aumento de
presión. Con el aumento de velocidad de deformación, las partículas largas y flexibles pueden
estirarse; lo que contribuye a su dilatancia (Rha, 1970, citado por Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005).
La dilatancia es un fenómeno de espesamiento independiente del tiempo, que se da a altas
velocidades de deformación, es lo opuesto a la pseudoplasticidad; ηap aumenta al aumentar la
velocidad de corte γ. (Muller, 1977)
c. Plástico de Bingham
Un fenómeno que se encuentra conectado con el flujo es la existencia de un valor umbral; siendo
que ciertos fluidos alimentarios fluyen bajo un cizallamiento suficiente, pero no fluyen si el esfuerzo
de cizalla es inferior a un cierto valor, a este valor se le denomina umbral de fluencia. (Van Wazer et
al 1963, citado por Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005). Una vez que cede el umbral de fluencia la
velocidad de deformación es proporcional al esfuerzo, como en el caso de los fluidos newtonianos,
denominándose sustancia plástica o cuerpo de Bingham.
6. Fluidos No newtonianos dependientes del tiempo
Se da cuando al aumentar el tiempo de flujo bajo condiciones constantes, tales fluidos pueden
desarrollar un aumento o disminución de la viscosidad. El primer efecto es denominado reopexia,
mientras que el último se conoce como tixotropía; ambos son atribuidos al cambio continuo de la
estructura del material, que puede ser en cualquier caso reversible o irreversible. (Steinbrüggen, 2006).
Los factores causantes de la reopexia son también los que contribuyen a la dilatancia, mientras que los
causantes de la tixotropía son los que ocasionan la pseudoplasidad. La tixotropía es debida a la
dependencia del tiempo, semejante a la dependencia a la cizalla siendo el resultado de la
reorganización estructural de la estructura con una disminución a la resistencia del flujo; mientras que
el comportamiento reopéctico implica la elaboración o reorganización de estructural de la estructura,
con un aumento a la resistencia al flujo. (Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005)
Figura 5. Comportamiento de fluidos tixotrópicos
Figura 6. Comportamiento de fluidos reopécticos grafico extraído de (Rbmato, 2008)
7. Fluidos Viscoelásticos
Algunos productos alimentarios semilíquidos presentan conjuntamente propiedades de flujo viscoso y
sólido elástico; denominados viscoelásticos, su conocimiento es útil en el diseño y predicción de la
estabilidad del producto almacenado. Cuando se trata de un fluido newtoniano al hacer salir un chorro
por la tubería este sufre una concentración en el diámetro del chorro, mientras que el viscoelástico
sufre un ensanchamiento muy remarcado en el diámetro del chorro; conocido este fenómeno como
efecto Barus. (Blasco, 2006).
Otra característica que presenta el efecto Weissenberg, poniéndose de manifiesto cuando el fluido
contenido en un depósito es agitado por una varilla, si un fluido newtoniano forma un vórtice libre con
un perfil de superficie, mientras que en el caso de los fluidos viscoelásticos tienden a ascender por la
varilla. (Ibartz, Barbosa-Cánovas, 2005)
3.4. Modelos Reológicos
a. Modelo de Ostwald De Waele
En los sistema dilatantes y pseudoplásticos la relación τ – γ no viene expresada por una línea recta,
pero es única. A cada valor de τ le corresponde un solo valor de γ. Por esta razón la ecuación se
puede describir matemáticamente:
Donde: k y n son constantes, k denominado índice de consistencia y n índice de comportamiento al
flujo; constituyéndose n como el grado de desviación del comportamiento newtoniano. Si n=1, el
fluido es newtoniano y k= coeficiente de viscosidad; si n es mayor que 1, se produce espesamiento
y el fluido es dilatante; si n es menor que 1, se produce aclaramiento y el fluido es pseudoplástico;
tomando en cuenta que sólo es válido para el rango medido. (Muller, 1977)
K y n no tienen bases físicas son pura descripción matemática de una gráfica experimental, pero
con valor práctico. Mostrándose algunos valores en la tabla 4.
Tabla 4. Datos de viscosidad para jugo de tomate
Muchos fluidos alimenticios describen comportamiento pseudoplástico y son caracterizados
utilizando un modelo de ley de potencia (MUKPRASIRT et al., 2000 citado por ). En este caso, la
viscosidad aparente del fluido disminuye a medida que aumenta el esfuerzo de corte.
Según RHA, 1978, algunas causas atribuibles al comportamiento pseudoplástico son:
a) Compuestos de alto peso molecular o partículas de gran tamaño.
b) Alta interacción entre las partículas, provocando agregación por enlaces secundarios
c) Relación axial grande y asimetría de partículas, que requieren orientación a lo largo de la línea
de flujo
d) Variaciones en el tamaño y forma de las partículas que permiten el apilamiento de ellas
e) Partículas en estado no rígido o flexible que pueden sufrir cambios geométricos o
conformacionales
b. Modelo de Bingham
Cuerpo plástico de Bingham. Estos cuerpos no se derraman bajo el efecto de su peso; necesitan que
la presión sobrepase un umbral para que comience el flujo. Una vez que se ha sobrepasado este valor
crítico, el fluido se comporta como newtoniano (CHEFTEL et al., 1983) citado por (Martínez, 2002).
Esto se expresa por:
Donde 0 s es el esfuerzo cortante límite, por encima del cual se produce el derramamiento newtoniano.
Algunos ejemplos de fluidos alimentarios que presentan este comportamiento son: salsa de tomate,
mayonesa, crema batida, clara de huevo batida y margarina (Blasco, 2006); condimentos tipo mostaza,
mantequilla, salsa de chocolate y puré de patatas (CHEFTEL et al., 1983). citado por (Martínez, 2002)
c. Modelo de Herschell – Bulkley
Este modelo es una relación general para describir el comportamiento de fluidos no-newtonianos:
Donde 0 < n ∞, con τ0>0
Pueden ser considerados como casos especiales de esta ecuación, los comportamientos newtoniano,
ley de potencia (pseudoplástico o dilatante), y plástico de Bingham, citados anteriormente (Blasco,
2006).
Ciertos alimentos que se ajustan al modelo de Herschel-Bulkley son pasta de pescado desmenuzado,
pasta de pasas (STEFFE, 1996); pastas basadas en harina de arroz (MUKPRASIRT et al., 2000);
pasta de maní (Kokini y Dickie citados por SINGH et al., 2000); puré de banana, durazno, papaya y
mango (Guerrero y Alzamora, citado por AKDOGAN y McHUGH, 2000). Citado por (Martínez, 2002).
3.4.1. Factores que influyen en el comportamiento reológico
a) Efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico
Todos los alimentos fluidos durante el proceso de elaboración, almacenamiento, transporte,
venta y consumo, están sujetos a variaciones continuas en su temperatura; lo que hace
esencial conocer las propiedades reológicas de los productos en función de la temperatura. La
expresión que facilita la correlación es una ecuación tipo Arrhenius (Rao .y Anantheswaram,
1984)
Donde Ea es la energía de activación al flujo η∞ es una constante denominada viscosidad de
deformación infinita, R la constante de los gases, y T la temperatura en grados Kelvin.
En el caso de zumo de kiwi (Ibartz et al, 1991 citado por) se ha aplicado una ecuación lineal
para describir la variación del umbral de fluencia con la temperatura.
Para fluidos no newtonianos se suele utilizar el índice de consistencia en lugar de la viscosidad
aparente (Rao, 1984).
La temperatura puede afectar a los diferentes parámetros reológicos, como son viscosidad,
índice de consistencia, índice de comportamiento al flujo y umbral de fluencia, siendo el
siguiente el efecto observado.
La viscosidad e índice de consistencia disminuyen al incremento de temperatura.
El índice de comportamiento al flujo no suele verse afectado por la variación de temperatura
(Saénz y Costell, 1986; Mizhari y Berk, 1972; crandall et al 1982). Sin embargo se ha observado
que un aumento de temperatura puede incrementar el índice de comportamiento al flujo (Ibartz y
Pagan, 1987), pasando de comportamiento pseudoplástico a newtoniano.
b) Efecto de la concentración sobre el comportamiento reológico
De acuerdo a la teoría cinética, la viscosidad de los líquidos newtonianos puede darse por la
siguiente ecuación:
Donde:
r1 es la distancia interatómica propia de la densidad del líquido, Φa es el componente de
atracción de la energía de interacción entre un par de moléculas, v es el volumen molar, k es la
constante de Boltzmann, y T la temperatura.
La ecuación relaciona la viscosidad con parámetros moleculares, especialmente con la energía
de interacción entre dos moléculas aisladas; sin embargo los problemas matemáticos al aplicar
la teoría básica molecular a la viscosidad de líquidos son tan difíciles que las ecuaciones que se
derivan actualmente no tienen valor práctico para el reólogo. (Van Wazer et al, 1963)
La viscosidad de soluciones diluidas han utilizado diversas funciones, razón de la viscosidad o
viscosidad relativa
Viscosidad específica:
El efecto que de la concentración ejerce sobre un sistema homogéneo es el aumentar la
viscosidad o índice de consistencia; se puede encontrar dos tipos de correlaciones según el
modelo potencial o según el modelo exponencial.
Donde las Y puede ser la viscosidad o el índice de consistencia y C es la concentración de
alguno de los componentes de la muestra.
La mayor parte de información se refiere a derivados de frutas, por lo que se estudia el efecto de
los sólidos solubles, contenido de pectinas y sólidos totales. Las ecuaciones tipo potencial dan
buen resultado en purés de frutas mientras que la ecuación tipo exponencial se aplica mejor en
zumo concentrado de frutas y pastas (Rao y Rizvi, 1986)
c) Efecto combinado temperatura – concentración
Desde el punto de vista ingenieril es interesante una sola expresión que describa la correlación
del efecto de la temperatura y de la concentración sobre la viscosidad. Las ecuaciones que
generalmente se utilizan son:
Donde ηa es la viscosidad para fluidos newtonianos, y la viscosidad aparente o índice de
consistencia para no newtonianos; los parámetros αi y βi son constantes, C es la concentración y
t la temperatura absoluta.
Estas ecuaciones son validas para el intervalo de variables para el cual se han determinado.
d) Efecto de la presión sobre el comportamiento reológico
La viscosidad en líquidos aumenta exponencialmente con la presión. El agua a menos de 30ªC
es el único caso que disminuye. Los cambios de viscosidad con la presión son bastante
pequeños para presiones distintas de la atmosférica. Para la mayoría de casos prácticos el
efecto de la presión se ignora a la hora de hacer las mediciones con el viscosímetro. (Ramírez,
2006)
III. Desarrollo de la variable
III.1. Variable Independiente
Concentración: Variable que se tomara en cuenta de acuerdo a la cantidad de soluto (20ª Brix; 25 ª Brix; 30
ª Brix )
III.2. Variable Dependiente
Perfil reológico (Viscosidad)
a. Variables de investigación (clasificación y operacionalización)
Se ha establecido la operacionalización de las hipótesis y variables como se detalla en la Tabla N° 5.
Tabla N° 5: Operacionalización de hipótesis, variables e indicadores
III.3. Hipótesis general:
La concentración tiene efecto positivo sobre el comportamiento reológico de la pulpa de Sauco (Sambucus
nigra).
IV. MEDODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
IV.1. Tipo de investigación
El tipo de investigación es Aplicada (Sánchez y Reyes 2006), que consiste en la manipulación de una variable o más,
en condiciones rigurosamente controladas, con el fin de describir de qué modo o por qué causa se produce una
situación o acontecimiento en particular, midiendo el grado de relación existente entre dos o más variables.
IV.2. Nivel de investigación
El nivel de la investigación es Experimental- Correlacional (Sánchez y Reyes 2006), mediante el cual nosotros vamos a
determinar el efecto de las diferentes concentraciones en el perfil reológico de la pulpa de Sauco.
IV.3. Métodos de investigación
IV.3.1. Lugar de Ejecución
El presente trabajo de investigación se realizara en el Laboratorio de Ingeniería Agroindustrial de la FACAP –
Tarma.
IV.3.2. Métodos
A. Materia prima (Sauco)
Análisis Químico-Proximal
a) Determinación de humedad: método recomendado por la AOAC (1997).
b) Determinación de grasa: método recomendado por la AOAC (1997).
c) Determinación de fibra: método recomendado por la AOAC (1997).
d) Determinación de ceniza: método recomendado por la AOAC (1997).
e) Determinación carbohidratos: Por diferencia, esto es 100% menos el resultado de análisis
de los anteriores recomendado por la AOAC (1997).
Análisis Fisicoquímicos
a) pH: método potenciométrico recomendado por la AOAC (1997).
b) Acidez:
c) Índice de Madurez: método de índice de madurez del sauco
B. Producto final (Pulpa de Sauco)
Análisis Químico-Proximal
a) Determinación de humedad: método recomendado por la AOAC (1997).
b) Determinación de grasa: método recomendado por la AOAC (1997).
c) Determinación de fibra: método recomendado por la AOAC (1997).
d) Determinación de ceniza: método recomendado por la AOAC (1997).
e) Determinación carbohidratos: Por diferencia, esto es 100% menos el resultado de análisis
de los anteriores recomendado por la AOAC (1997).
Análisis Fisicoquímicos
a) pH: método potenciométrico recomendado por la AOAC (1997).
b) Acidez:
Determinación reológica
a) Viscosidad: método del viscosímetro de Brookfield (2002).
IV.4. Diseño de investigación
IV.4.1. Efecto de la concentración en el perfil reológico de la pulpa de Sauco
Para el presente estudio se aplicara el DCA a fin de controlar adecuadamente las variables cuyo esquema se
detalla en la figura 5.
Figura 5: Diseño Experimental Propuesto
Donde: Tratamientos = 3 diferentes concentraciones
Repeticiones = 3 diferentes temperaturas
IV.4.2. Estudio de la correlación entre las variables independientes (concentración) y la variable dependiente
(viscosidad)
El estudio se enfocara a un diseño Descriptivo - Correlacional, determinándose el efecto de la concentración
en el comportamiento reológico (viscosidad) de la pulpa de sauco, así mismo se analizó el grado de relación
de estas variables concentración y viscosidad cuyo esquema fue el siguiente:
Donde:
M = Muestra
01 = Variables Independientes ([ ])
02 = Variable Dependiente (Viscosidad)
r = Relación entre las dos variables
IV.5. Población y muestra
IV.5.1. Población
Estará formado por los frutos de sauco provenientes de la provincia de Tarma.
IV.5.2. Muestra
Estará conformada por las pulpas de sauco obtenidas de la concentración de la materia prima
aproximadamente 700 Kg. por tratamiento.
IV.6. Técnicas, instrumentos y procedimiento de recolección de información
Se realizará la recolección de datos de acuerdo a las variables de estudio del trabajo de investigación. Los datos
(indicadores) para la caracterización del sauco hasta obtener la pulpa seguirá el flujo de operaciones como se detalla
en la Figura 6.
IV.6.1. Para la materia prima
En la presente investigación se utilizará el fruto del sauco de Tarma. Los frutos recolectados presentarán un
estado de madurez entre 8 y 9°Brix y un pH 3.73.
IV.6.2. Para el producto “pulpa de sauco”
Se tendrá en consideración la norma técnica de elaboración de pulpas de frutas y el procedimiento fue el
siguiente:
Figura 7: Diagrama de flujo para la obtención de la pulpa de Sauco.
RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA
PESADO
Estado de madurez entre 8 y 9°Brix y un pH 3.73.
SELECCIÓN
DESPENCULADO
LAVADO
DESINFECTADO
ESCALDADO
PULPEADO
CONCENTRADO
ENVASADO
EXHAUSTING
SELLADO
ESTERILIZADO
80°C por 7 min
2’
a) Tapado de los frascos y botellas
Los frascos a la salida del exhauster son tapados en forma manual.
b) Esterilizado de los frascos y botellas
Son esterilizados a T = 110°C x 10’, por ser productos acidificados a un pH = 3.6-3.8.
c) Secado-inspeccionado
Los frascos y botellas se secan con trapos limpios, se inspeccionan y se separan los defectuosos: tapas
hinchadas, quiñadas, manchadas.
d) Etiquetado – encajonado – almacenado
Los frascos y botellas conteniendo los diversos productos después que son precintados son etiquetados en
forma manual, encajonados, selladas las cajas y almacenados sobre parihuelas de madera.
IV.7. Técnicas de procesamiento de información
SECADO
ETIQUETADO
T = 110°C x 10’
Obtenida la información se procedió al procesamiento de los datos con apoyo del software MINITAB, SAS y SPSS v_19.
Se empleó estadísticos descriptivos, correlación e inferencial para dar respuesta a los objetivos trazados.
IV.7.1. Pruebas Estadísticas
Los datos serán sometidos a diversas pruebas estadísticas de carácter inferencial, descriptivo y correlacional, para
luego probar las hipótesis planteadas en el estudio.
a. Para seleccionar el tratamiento que permita una mejor consistencia de la pulpa de sauco se utilizara el DCA
con el que luego se calculara el ANOVA para determinar la variabilidad de los tratamientos a un nivel de
significación del 5 % de error y una prueba de comparación de medias de Tukey con el siguiente modelo
aditivo lineal:
Donde:
i = 1,2,…..t (tratamiento)
j = 1, 2,….r (repetición)
=Valor observado en la j-ésima repetición para el i-ésimo temperatura de concentración
Efecto de la media general.
Efecto del i-ésimo temperatura de concentración
Efecto aleatorio del error experimental
Numero de tratamientos.
Numero de repeticiones del i-esimo tratamiento
Tabla 6: Representación del diseño estadístico DCA aplicado a la investigación.
Concentración Análisis
20°Brix Viscosidad
25°Brix Viscosidad
30°Brix Viscosidad
Para la prueba de la hipótesis estadística se plantea:
Ho: µ1 = µn
Ha: µ1 ≠ µn
Si p ≤ 0.05 se rechaza Ho
b. Para determinar el grado de relación de la concentración y viscosidad se utilizó el estadístico de correlación
el mismo que estará relacionado con el valor de r (coeficiente de correlación de Pearson) a un nivel de
significación de 0.05%.
Y = a + bx
Donde:
Y = Variable (viscosidad)
a = es la ordenada en el origen
b = pendiente
X = Variable (Concentración)
Para la prueba de la hipótesis estadística se plantea:
Ho = No hay correlación entre las variables temperatura, concentración y la variable capacidad
viscosidad.
Ha ≠ Si hay correlación entre variables temperatura, concentración y la variable capacidad viscosidad.
Para la correlación: Si p ≤ 0.05, Entonces se Rechaza la Ho
- ¿Cómo influyen
los índices de
consistencia y
comportamiento
en el flujo de la
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar el
índice de
consistencia e
pulpa de sauco
(Sambucus
nigra) a
diferentes
concentraciones
?¿Cual será la
composición
químico proximal
y fisicoquímica
de la pulpa de
Sauco
(Sambucus
nigra)?
¿Cual será el
diagrama de flujo
para la obtención
de pulpa de
Sauco(Sambucu
s nigra)?.
índice de
comportamiento
al flujo de la
pulpa de Sauco
a diferentes
concentracione
s.
Realizar la
caracterización
químico
proximal y
fisicoquímica de
la pulpa de
Sauco.
Elaborar el
diagrama de
flujo adecuado
para un óptimo
procesamiento
de la pulpa de
Sauco.