universidad de los andes bogotá, colombia facultad de
TRANSCRIPT
Universidad de los Andes
Bogotá, Colombia
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química y Alimentos
Proyecto de Grado
Asesor: Oscar Álvarez
Elaborado por: Manuela Salamanca Cerón,
Laura Juliana Gaviria Zuluaga
Julio, 2021
Desarrollo de un chocolate a base de una emulsión de agua en
manteca de cacao orientado a la producción de un producto bajo
en calorías con las mismas características organolépticas de un
chocolate tradicional.
Resumen
Mediante este estudio se busca evaluar la posibilidad de desarrollar un chocolate bajo en calorías a
partir de un remplazo parcial de la grasa por agua, conservando las mismas características físicas y
organolépticas de un chocolate tradicional. Esto se logra mediante una emulsión de agua en manteca de
cacao donde se varían diferentes factores del proceso con el fin de encontrar la formulación más viable
para la creación del chocolate. Por esta razón, se llevó a cabo un diseño factorial para evaluar el efecto
de tres factores importantes del proceso; porcentaje de la fase acuosa, gramos de emulsionante PGPR y
velocidad de agitación en la primera etapa de la emulsificación; en las propiedades microscópicas y
macroscópicas que definen las características deseadas del chocolate. En este caso se evaluó el tamaño
de gota de agua y la temperatura de fusión de las muestras obtenidas. A partir de los resultados se
determinó que la formulación óptima para la elaboración del chocolate se da con un 20% de agua,
0,05% de PGPR y una velocidad de agitación de 1350 rpm. Por último, se realizó un análisis
comparativo de una las características macroscópicas entre un chocolate tradicional y el chocolate
elaborado en ese estudio, en este caso se evaluó la dureza, donde se concluyó que el chocolate elaborado
presenta una diferencia significativa en dureza en comparación a un chocolate normal, lo cual puede
afectar su viabilidad como un nuevo producto en el mercado.
1. Introducción
1.1 Contexto
1.1.1 El chocolate
El chocolate en barra es un alimento consumido
regularmente alrededor de todo el mundo. Los
principales ingredientes utilizados en la
elaboración del chocolate son el cacao, la leche,
el azúcar y la manteca de cacao. El chocolate es
una fuente importante de carbohidratos,
polifenoles y vitaminas, aunque contiene altos
niveles de azúcar y grasas. Sin embargo, la
cantidad de macronutrientes varía dependiendo
del tipo de chocolate. En la tabla 1 se muestra
la cantidad de grasas, proteínas y carbohidratos,
así como la energía presente en los principales
tipos de chocolate sólido. [1]
Tabla 1. Contenido de macronutrientes en
gramos y de energía en kcal de los principales
tipos de chocolates sólidos [1]
Como se puede evidenciar, en promedio el
chocolate contiene aproximadamente un 31%
de materia grasa, un 6% de proteínas, un 60%
de carbohidratos. Además, contiene un 3% de
humedad, minerales (fósforo, calcio, hierro),
vitaminas A y del complejo B [2].
El contenido de grasa del chocolate se deriva
principalmente de la manteca de cacao la cual
consiste principalmente de ácido esteárico en
un 34 %, ácido oleico en un 34% y ácido
palmítico en un 27%. La estructura de los
triacilglicéridos que componen la manteca de
cacao se caracteriza por tener un punto de
fusión en el rango 27-32°C. Esta es una de las
características organolépticas más importantes
Contenido de macronutrientes por 100 g
Tipo de
chocolate
Proteína
(g)
Grasa
(g)
Carbohidratos
(g)
Energía
(kcal)
Leche 7,65 29,7 59,4 535
Blanco 5,87 32,1 59,2 539
Negro 4,88 31,3 61,2 546
del chocolate, ya que un chocolate en barra
debe fundirse con relativa rapidez en el paladar
humano, pero no debe fundirse en los dedos de
la persona que va a ingerirlo. Los chocolates, de
bajo costo son producidos con manteca de
cacao sintética y esta, generalmente, no se
funde a la temperatura de la boca, de ahí el
sabor grasoso, y para muchos desagradable, que
producen en el paladar [2].
Por otro lado, otra característica importante que
se le atribuye a la composición de triglicéridos
es que la manteca de cacao es una grasa
polimórfica. El polimorfismo es la capacidad de
una molécula de cristalizar en diferentes
configuraciones de empaque de cristal. Según
[1], se han identificado diferentes formas
polimórficas para la manteca de cacao. Estas
diferentes formas polimórficas o
configuraciones de empaquetamiento se
caracterizan por diferencias entre las distancias
de las cadenas de triglicéridos y en el "ángulo
de inclinación” en relación con el plano del
grupo metilo final de la cadena [1].
Tabla 2. Temperaturas de fusión para formas
polimórficas de la manteca de cacao [3]
Cristal Temperatura
de fusión
Características
I 17°C (63 °F) Suave, se desmorona,
se funde fácilmente
II 21°C (70°F) Suave, se desmorona,
se funde fácilmente
III 26 °C (79°F) Firme, se funde
fácilmente
IV 28°C (82° F) Firme, se funde
fácilmente
V 30°C- 34 °C
(93°F)
Brillante, firme,
fusión cercana a la
temperatura corporal
VI 36 °C (97°F) Duro, toma semanas
en formarse
Como se puede evidenciar en la Tabla 2, la
forma polimórfica I es bastante inestable, se
desmorona y se funde fácilmente debido a su
bajo punto de fusión. Esta forma se produce
mediante un enfriamiento rápido a bajas
temperaturas y se transforma rápidamente en la
Forma II. La forma II tiene un punto de fusión
un poco más alto y por lo cual, cambiará más
lentamente en las Formas III y IV. La forma IV
es la forma polimórfica que generalmente se
produciría si el chocolate sin templar o
extremadamente mal templado, se enfriara en
un túnel de enfriamiento. Esta forma es más
firme y tiene un punto de fusión un poco más
alto, sin embargo, se funde fácilmente. Las
formas V y VI, también llamadas las formas β
son las formas más estables de manteca de
cacao. La forma V es el estado que se produce
en un chocolate bien templado. En un
almacenamiento prolongado, esto puede
transformarse muy lentamente en la Forma Vl,
un cambio que a menudo va acompañado de la
formación de una floración grasa, sin embargo,
esta forma puede tardar algunas semanas en
formarse por lo cual se considera que esta es la
forma más difícil de generar [1].
Por otro lado, en cuanto a los carbohidratos, se
puede evidenciar que la mayor fuente de
carbohidratos proviene de la sacarosa agregada
durante la fabricación del chocolate.
Adicionalmente, el cacao en polvo contiene una
cantidad significativa de fibra (37% en peso
seco) [1]. Sin embargo, el contenido final de
fibra en el chocolate sólido depende de la
cantidad de grasa desnatada o sólidos de cacao
en el producto: el chocolate negro tiende a tener
la mayor cantidad (7 g / 100 g) mientras que el
chocolate blanco (0,2 g / 100 g) tiene muy poco
contenido de fibra.
En cuanto a las proteínas, el cacao no es una
fuente significativa de proteínas y la proteína
presente es escasamente digerible. Sin
embargo, el chocolate con leche contiene la
mayor cantidad de proteína debido a la adición
de proteínas de la leche [1].
En cuanto al contenido calórico del chocolate,
vemos que es bastante alto, pues 100g de
chocolate tienen entre 535 kcal a 546 kcal, lo
que convierte al chocolate en un alimento denso
en calorías y un posible contribuyente a
problemas de obesidad. Dado su contenido de
macronutrientes vemos que el 51% de las
calorías son provenientes de la grasa, el 45%
son provenientes de los carbohidratos y el 4%
es proveniente de las proteínas.
1.1.2 Mercado de chocolate
El consumo de chocolate de los productos de
confitería ha aumentado 10% entre 2002 y 2010
con una tasa de crecimiento anual de 1,2%. Los
principales consumidores se encuentras en los
países europeos, los Estados Unidos, Brasil,
Japón y Australia. [4] Adicionalmente el
tamaño del mercado de confitería de chocolate
se valoró en USD 114,33 mil millones en 2019
y se proyecta que alcance los USD 136,42 mil
millones para 2027. Este mercado está
impulsado principalmente por la evolución de
las preferencias por productos de confitería
novedosos e innovadores.
Sin embargo, es evidente que el sector
alimenticio tiene fuertes tendencias a mejorar la
calidad y la elaboración de los productos de tal
manera que no generen un impacto negativo en
el cuerpo. “La constante preocupación por la
salud de un sector específico de la población ha
causado el surgimiento de nuevas ideas
alimenticias” [5].
Por esta razón, en las últimas décadas, la
industria alimentaria ha introducido en el
mercado algunos productos innovadores,
intentando satisfacer las demandas de los
consumidores, y se han inclinado en su mayoría
por chocolates bajos en azúcar. No obstante, sus
características organolépticas cambian y
muchas veces no son aceptadas por el
consumidor, y, además, su contenido calórico
aún es alto, ya que la mayor cantidad de calorías
proviene de la grasa (50% aproximadamente)
pues esta contiene 9kcal/g, mientras que el
azúcar tiene 4 kcal/g. En este contexto, el
desarrollo de chocolate bajo en grasa puede ser
una solución a las nuevas demandas del
mercado actual. (el original). Sin embargo, la
producción de chocolate bajo en grasa
representa un desafío en la industria
alimentaria, ya que la grasa proporciona las
características principales del chocolate como
se explicó anteriormente.
1.1.3 Obesidad
Por otro lado, se ha evidenciado una fuerte
tendencia de enfermedades de la salud
relacionadas con la carencia de estilos de vida
saludables y el consumo excesivo de alimentos
altamente calóricos. Enfermedades como la
obesidad, la diabetes y el sobrepeso son una de
las mayores preocupaciones actuales debido a
su exponencial crecimiento en los últimos años.
La Organización Mundial de la Salud (OMS)
estimó que en 2016 en todo el mundo más de
1.900 millones de adultos, 340 millones de
adolescentes y 41 millones de niños tenían
sobrepeso u obesidad [6]. En el 2018, la
comunidad global de diabetes del Reino Unido
estimó que 415 millones de personas tenían
diabetes y proyectaron un crecimiento de 642
millones de personas para el 2040 [4]. Estas
altas cifras representan un gran riesgo para la
salud de millones de personas ya que las
principales consecuencias para la salud son
enfermedades cardiovasculares, diabetes,
trastornos musculoesqueléticos y algunos tipos
de cáncer (incluidos endometrios, mama,
ovario, próstata, hígado, vesícula biliar, riñón y
colon) [6].
Durante los últimos 50 años, el suministro de
calorías ha aumentado drásticamente en todo el
mundo. A medida que pasan los años y con los
avances industriales, los consumidores tienden
a ingerir cada vez más alimentos procesados y
comida rápida. En 1960, el suministro medio
mundial de calorías o la disponibilidad de
calorías para que las consumieran los
consumidores, era de 2200 kcal por persona por
día. Para 2013 esto ya había aumentado a
2800kcal [7]. Hoy en día, esta cifra sigue
siendo bastante alta, sin embargo, el problema
radica en que el consumo de energía ha
aumentado, pero no se está cumpliendo con un
gasto energético suficiente para que los
consumidores “quemen” estas calorías o
aprovechen esta energía. Como resultado, se da
un aumento de peso de la población y un
aumento en las tasas de obesidad.
Sin embargo, ante esta situación los
consumidores han empezado a inclinarse cada
vez más hacia el consumo más saludable y
hacia un estilo de vida más sano. Esto genera
cada vez más, un reto para las industrias
alimenticias hacia la creación y/o renovación de
sus productos para crear una oferta más amplia
de alimentos sanos y con un aporte mayor a
nivel nutricional para sus consumidores.
En este orden de ideas, la crisis de la salud
mundial está teniendo un impacto significativo
en la industria del chocolate. Los pacientes
diabéticos y con sobrepeso cada vez más se
resisten al consumo de chocolates para evitar y
reducir la ingesta calórica en su dieta diaria.
Paralelamente, los consumidores que no
padecen de estas enfermedades, pero que
igualmente les gusta mantener una
alimentación balanceada, se inclinan cada vez
más hacia los productos de confitería de
chocolate que tienen un contenido de azúcar
reducido para reducir los niveles de consumo de
azúcar.
1.1.5 Emulsiones
Las emulsiones se conocen como una estructura
formada por la dispersión entre dos líquidos
inmiscibles, en donde uno se encuentra dentro
del otro en forma de pequeñas gotas. Las
emulsiones tienen una función en las
estructuras químicas y físicas de muchos
alimentos naturales y procesados y serán de
gran utilidad para el desarrollo de este proyecto.
En las emulsiones existen generalmente 2 fases:
la fase dispersa o interna y la fase continua o
externa. La primera fase hace referencia al
líquido que se dispersa en el otro, es decir que
este va a tomar la forma de pequeñas gotas,
entre 0,1 a 100 micras [8]. La segunda fase,
corresponde al liquido en donde se dispersan las
pequeñas gotas, es decir la fase continua.
Generalmente, las emulsiones se llevan a cabo
con una fase oleosa y una fase acuosa, como
agua y aceite.
Las emulsiones pueden clasificarse según las
proporciones de la fase oleosa y la acuosa. Una
emulsión en donde las gotas de la fase oleosa
(aceite) están dispersadas la fase acuosa (agua),
se llama Emulsión de Aceite en Agua (O/W) o
también se le llama Emulsión directa [9].
Mientras que, por el contrario, una emulsión
donde las gotas de la fase acuosa (agua) se
encuentran dispersas en la fase oleosa (aceite)
se denomina Emulsión de Agua en Aceite
(W/O) o Emulsión Inversa [10].
En cuanto a estas dos fases, es importante
recalcar la naturaleza de cada una de ellas, por
ejemplo, la fase oleosa está compuesta por
lípidos los cuales son antipáticos, es decir,
tienen un lado hidrofílico, el cual se mezcla con
agua, y otro lado hidrofóbico, el cual se mezcla
con aceite. Cuando estas moléculas están en
una fase continua acuosa, no se pueden unir
debido a las cargas, por lo cual los lados
hidrofóbicos se unirán entre sí de forma circular
dejando fuera al lado hidrofílico, formando así
las micelas [9]. Por otro lado, en cuanto a la fase
acuosa, esta suele ser generalmente agua. El
agua es una molécula polar y, al igual que la
fase oleosa, puede actuar como la fase
discontinua en donde se formarán gotas. El
aceite por su extremo hidrofílico rodeará el
agua en forma circular dejando en la superficie
de la gota el lado hidrofóbico.
Adicionalmente, las emulsiones tienen un
tercer elemento importante llamado
emulsionante. Los emulsionantes son
sustancias anfipáticas (solubles en agua y en
aceite) que facilitan la formación de la emulsión
disminuyendo la tensión interfacial entre la fase
apolar (oleosa) y la polar (acuosa) [9]. A demás,
los emulsionantes aportan estabilidad física
durante un tiempo dependiendo de la
composición, características de procesado, el
tipo de emulsionante y el tipo de emulsión.
Gracias esto es posible formar emulsiones
que sean estables durante períodos de tiempos
variables, pueden ser desde un par de días hasta
años.
En cuanto a la emulsión de interés en esta
investigación, emulsión de agua en manteca de
cacao, ya varios estudios [11], [12], [13], [14],
[15], han demostrado previamente que se
pueden producir emulsiones estables hasta de
un 60% de agua. No obstante [11] demostró que
un porcentaje de agua mayor a 40% da como
resultado una temperatura de fusión ser menor
a 30- 34° C, característico de la forma
polimórfica V, lo que indica que hay presencia
de cristales en la forma polimórfica IV, que
como se dijo anteriormente no es deseada en el
chocolate. Esto se debe a que el agua tiene una
conductividad térmica mayor a la de la manteca
de cacao, por lo que la transferencia de calor es
más rápida y por ende se la cristalización se da
a mayor velocidad.
Según [a3] las emulsiones de agua en manteca
de cacao clasifican como emulsiones de
pickering, las cuales son caracterizadas por
estabilizarse mediante la adición de partículas
sólidas, donde las partículas presentes en la
emulsión se unirán a la interfaz de estas
partículas sólidas y evitarán que se unan entre
sí y por ende se separen en dos fases. En este
caso las partículas de manteca de cacao bajo
cizallamiento producidas en la cristalización
evitan que se separen las dos fases al crear una
capa de cristal alrededor de una gota. De esta
manera los cristales de grasa forman una red
que inmoviliza la fase acuosa que da a lugar a
la estabilidad de la emulsión. [12] Si entramos
en más detalle, según [13] este proceso ocurre
en tres fases. Primero hay una creación de
cristales o capsulas en las gotas de agua,
después se da el crecimiento de esos cristales y,
por último, la formación de redes o puentes
entre esos cristales. De esta manera se forma
una red de cristales que bloquea el movimiento
de las partículas de la fase acuosa, y generando
estabilidad en la emulsión. [13]
Ahora bien, según [13] la estabilidad de la
emulsión agua y manteca de cacao no depende
únicamente de la red de cristales mencionada
anteriormente, sino que también se ve
influenciada por los cristales tensoactivos por
lo que la presencia de un emulsionante juega un
rol muy importante al modificar la superficie de
los cristales, aumentando su polaridad, y
capacidad de absorción, pues los cristales de la
manteca de cacao no son muy tensoactivos.[12]
Varios estudios [11], [12], [13], [14], [15], ya
han demostrado que la adición de PGPR puede
mejorar la estabilidad de la emulsión al permitir
la adsorción de estos cristales en la interfase
agua-aceite.
Dado que en este caso el polimorfismo de la
manteca de cacao resultante es tan importante
para la producción de chocolate, es muy
importante tener en cuenta el proceso de
cristalización. Este proceso se refiere a la
formación de enlaces hasta formar una red,
pasando de un estado líquido a un estado sólido
normalmente por un cambio de temperatura.
Este proceso es de suma importancia ya que los
cambios microestructurales que se pueden dar
después del proceso son causados por el tipo de
cristalización y el orden de cristalización de
ambas fases. [14] Y al ser un producto
comercial, la estabilidad de la microestructura
es esencial para que este sea aceptado en el
mercado
1.1.2 Descripción del problema
Dentro de la industria alimentaria se han
detectado diversas problemáticas con respecto
al consumo de alimentos con alto contenido
calórico. Con base en estas problemáticas, se
han identificado 3 oportunidades en esta área.
En primer lugar, se ha evidenciado un
crecimiento alarmante en la tasa de obesidad
alrededor de todo el mundo debido al aumento
del suministro de calorías que ingieren las
personas a diario. A raíz de esta problemática,
surgen varias consecuencias en la salud tales
como: enfermedades cardiovasculares,
diabetes, trastornos musculoesqueléticos e
incluso algunos tipos de cáncer. Sin embargo,
esta preocupación por la salud ha causado el
surgimiento de nuevas ideas alimenticias y
nuevas exigencias en los consumidores. Esto
conduce a la segunda oportunidad encontrada,
pues se identificó que los consumidores han
empezado cuidar su alimentación ya sea por su
físico o por salud. Gracias a esto se presenta una
nueva oportunidad en el mercado por la
producción de alimentos bajos en calorías con
características organolépticas que atraigan al
consumidor, es decir un buen sabor y textura.
Finalmente, se identificó una oportunidad en la
industria del chocolate ya que según estudios
del mercado las ventas de chocolate en el
mundo han aumentado en los últimos años, lo
cual indica que existe un gran incremento en el
consumo y demanda de este. Sin embargo, si
bien es cierto que el chocolate tiene un
porcentaje alto en grasa y por ende en calorías,
aun no se ha logrado crear un chocolate bajo en
calorías que cumpla con las características de
un chocolate normal.
1.3 Soluciones previas
1.3.1.1 Chocolates sin azúcar
Ante la problemática planteada anteriormente,
algunas marcas reconocidas de chocolates en
barra han intentado crear nuevas alternativas de
sus productos para intentar satisfacer a los
consumidores que demandan chocolates de
buen sabor y calidad, pero con un menor aporte
calórico. Las soluciones que ofrecen marcas
como: Nestlé, Lok, Jet, entre otros, se basan en
eliminar o reemplazar el azúcar añadido de las
barras de chocolate utilizando en algunos casos
edulcorantes alternativos. Este tipo de
chocolate sin azúcar promete reducir las
calorías de este alimento hasta en un 25% [16]
y promete ser un alimento “light”, sin embargo,
según [17] un producto alimenticio puede
considerarse "light" o "sin azúcar" si aporta
menos de 40 calorías por ración o aporta menos
de 0,5 g de azúcares por ración. Esto quiere
decir que realmente estos chocolates sin azúcar
no son realmente alimentos ligeros o “light”
porque su aporte calórico sigue siendo bastante
alto ya que la mayor cantidad de calorías de un
chocolate proviene de la grasa (50%
aproximadamente) pues esta contiene 9kcal/g,
mientras que el azúcar tiene 4 kcal/g.
Adicionalmente, la sustitución del azúcar
tradicional por edulcorantes como sorbitol,
manitol, xilitol, eritritol, lactitol, entre otros, ha
llegado a afectar propiedades reológicas, físicas
y sensoriales del chocolate [18]. Es decir, que a
pesar de que se esté haciendo un gran esfuerzo
por reducir el contenido calórico de los
chocolates, algunos aspectos como la textura y
el sabor se han visto comprometidos y no
cumplen con las expectativas del consumidor.
Ante esta situación, se considera que
actualmente la industria de chocolates y
confitería no ha podido solucionar
exitosamente la problemática de crear un
chocolate sin un aporte tan grande de calorías,
pero con las mismas propiedades físicas y
organolépticas de un chocolate convencional.
1.4 Solución planteada
Teniendo en cuenta la oportunidad, se propone
la idea de producir un chocolate completo de
calidad con una reducción parcial de grasa que
tenga propiedades similares a un chocolate
común, es decir que conserve las mismas
características físicas y sensoriales. Esto con el
fin de disminuir drásticamente el aporte
calórico proveniente de la grasa. Para lograr
este objetivo, se propone realizar emulsiones de
agua en manteca de cacao para reemplazar
parcialmente la grasa del chocolate.
En algunas investigaciones [11] [12] [15], se ha
demostrado la aplicabilidad de las emulsiones
de agua en manteca de cacao para disminuir el
contenido de grasa con gotas de agua de un
tamaño por debajo de la detección umbral de la
boca (generalmente 10 μm). Sin embargo, en
estos estudios aún no se ha determinado una
formulación óptima para elaborar este alimento
de manera que satisfaga las expectativas físicas
y sensoriales del consumidor.
Por esta razón, a través de este proyecto se
busca estudiar el efecto y la incidencia de 3
variables importantes de la emulsión, en las
propiedades micro y macroscópicas del
chocolate. Las 3 variables que se analizarán
son: la cantidad de agua en la emulsión, la
cantidad de PGPR y la velocidad de agitación
del proceso de emulsificación. Adicionalmente,
se analizará el efecto que tienen dichas
variables en el tamaño de gota de agua, las
temperaturas y entalpias de congelación y
fusión, la dureza del chocolate, el sabor y la
textura. Estas últimas variables macroscópicas
se analizarán con respecto a un chocolate
tradicional referente en el mercado, por lo cual
se llevará a cabo un análisis comparativo entre
estos dos chocolates. Finalmente, con base a los
resultados obtenidos, se determinará cual es la
mejor formulación para la elaboración de un
chocolate bajo en grasa y calorías.
En este contexto, el desarrollo de un chocolate
con bajo contenido de grasa con un sabor y
textura deseables, puede llenar el vacío actual
en el mercado de confitería y chocolates y
fomentará la innovación y el desarrollo de
nuevos procesos en esta industria.
1.5 Objetivos del proyecto
1.5.1 Objetivo General
Producir y evaluar la viabilidad de un chocolate
a base de una emulsión de agua en manteca de
cacao que conserve las características físicas y
sensoriales de un chocolate común.
1.5.1.1 Objetivos Específicos
• Crear un diseño de experimentos con el fin
de obtener la formulación óptima para la
emulsión del chocolate.
• Medir las propiedades microscópicas de las
diferentes muestras y escoger la emulsión
óptima para la elaboración del chocolate
completo.
• Elaborar un chocolate completo con la
emulsión escogida.
• Medir una propiedad macroscópica tanto
del chocolate creado como de un chocolate
convencional para hacer un análisis
comparativo.
• Analizar la viabilidad del chocolate en el
mercado mediante varios elementos de un
plan de negocios.
2. Materiales & Métodos
En primer lugar, se llevará a cabo el diseño de
experimentos para determinar una formulación
optima de la emulsión de agua y manteca de
cacao al definir el mejor porcentaje de agua,
PGPR y la velocidad de agitación. A partir de
este diseño se realizarán 8 pruebas en duplicado
de diferentes emulsiones y se medirán 2
variables microscópicas, el tamaño de la gota
de agua en la emulsión y la temperatura de
fusión
Posteriormente, con la formulación
seleccionada se llevará acabo la preparación del
chocolate completo. Para esto se mezcla la
emulsión con los ingredientes secos (cacao en
polvo, leche en polvo y azúcar glas) hasta
obtener una mezcla homogénea. Finalmente, se
debe moldear el chocolate y dejarlo enfriar a
una temperatura de 5°C.
Luego de obtener el chocolate completo, se
procederá a medir una de las propiedades
macroscópicas de este como: la dureza. Para
estos se empleará un texturometro. De igual
manera, se medirán estas propiedades de un
chocolate comercial comprado con anterioridad
para poder realizar un análisis comparativo
entre estos dos chocolates.
2.1 Materiales
Los materiales que se utilizarán en este
proyecto son principalmente aquellas materias
primas que se requieren para realizar chocolate:
la manteca de cacao, cacao en polvo, la leche en
polvo, azúcar y el emulsionante PGPR
(Polirricinoleato de Poliglicerol).
2.2 Métodos
2.2.1.1 Diseño de experimentos
Para realizar el diseño de experimentos se
decidió variar 3 factores que afectan las
propiedades microscópicas y macroscópicas de
la emulsión: el porcentaje de agua, la cantidad
de emulsionante PGRP y la velocidad de
agitación del agitador. Cada uno de estos
factores se evaluará en 2 niveles distintos por lo
cual se llevará a cabo un diseño factorial 23 con
duplicado en donde se evaluarán dos variables
de respuesta: el tamaño de la gota de agua en la
emulsión y la temperatura de fusión de la
emulsión. Estas variables se medirán utilizando
un analizador de tamaño de partículas
Mastersizer 3000 y un calorímetro diferencial
de barrido DSC respectivamente. Finalmente,
los resultados obtenidos se analizarán
utilizando la herramienta Minitab para
determinar cuál de todas las formulaciones es la
ideal para realizar el chocolate.
Antes de encontrar los niveles óptimos para el
chocolate, primero se desea comprobar si los
diferentes factores estudiados tienen un efecto
un significativo en las dos variables de
respuesta y su grado de importancia en el
modelo, por lo que se realizó un análisis de
varianza, donde las hipótesis se formularon
como se muestra a continuación:
2.2.1.1.1 Tamaño de partícula
Porcentaje de agua
Hipótesis nula: El porcentaje de agua no tiene
un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
Hipótesis alterna: El porcentaje de agua sí
tiene un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
μ1: media de tamaño de partícula para 40% de
agua.
μ2: media de tamaño de partícula para 20% de
agua.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Porcentaje de PGPR
Hipótesis nula: El porcentaje de PGPR no
tiene un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
Hipótesis alterna: El porcentaje de PGPR sí
tiene un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
μ1: media de tamaño de partícula para 5% de
PGPR.
μ2: media de tamaño de partícula para 0,05%
de PGPR.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Velocidad de agitación
Hipótesis nula: La velocidad de agitación no
tiene un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
Hipótesis alterna: La velocidad de agitación sí
tiene un efecto significativo sobre el tamaño de
partícula.
μ1: media de tamaño de partícula para 470
rpm.
μ2: media de tamaño de partícula para 1350
rpm.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Interacción
Porcentaje de agua y el porcentaje de PGPR
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de agua y el porcentaje de
PGPR no tiene un efecto significativo sobre el
tamaño de partícula.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de agua y el
porcentaje de PGPR sí tiene un efecto
significativo sobre el tamaño de partícula.
H0: µi=µj para
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
Porcentaje de agua y la velocidad de
agitación
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de agua y la velocidad de
agitación no tiene un efecto significativo sobre
el tamaño de partícula.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de agua y la
velocidad de agitación sí tiene un efecto
significativo sobre el tamaño de partícula.
H0: µi=µj para
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
Porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación no tiene un efecto significativo sobre
el tamaño de partícula.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de PGPR y la
velocidad de agitación sí tiene un efecto
significativo sobre el tamaño de partícula.
H0: µi=µj para
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
2.2.1.1.2 Temperatura de fusión
Porcentaje de agua
Hipótesis nula: El porcentaje de agua no tiene
un efecto significativo sobre la temperatura de
fusión.
Hipótesis alterna: El porcentaje de agua sí
tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
μ1: media de la temperatura de fusión para
40% de agua.
μ2: media de la temperatura de fusión para
20% de agua.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Porcentaje de PGPR
Hipótesis nula: El porcentaje de PGPR no
tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
Hipótesis alterna: El porcentaje de PGPR sí
tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
μ1: media de la temperatura de fusión para 5%
de PGPR.
μ2: media de la temperatura de fusión para
0,05% de PGPR.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Velocidad de agitación
Hipótesis nula: La velocidad de agitación no
tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
Hipótesis alterna: La velocidad de agitación sí
tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
μ1: media de la temperatura de fusión para
470 rpm.
μ2: media de la temperatura de fusión para
1350 rpm.
H0: µ1=µ2
H1: µ1 ≠ µ2
Interacción
Porcentaje de agua y el porcentaje de PGPR
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de agua y el porcentaje de
PGPR no tiene un efecto significativo sobre la
temperatura de fusión.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de agua y el
porcentaje de PGPR sí tiene un efecto
significativo sobre la temperatura de fusión.
H0: µi=µj para i ≠ j
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
Porcentaje de agua y la velocidad de
agitación
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de agua y la velocidad de
agitación no tiene un efecto significativo sobre
la temperatura de fusión.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de agua y la
velocidad de agitación sí tiene un efecto
significativo sobre la temperatura de fusión.
H0: µi=µj para
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
Porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación
Hipótesis nula: La media de las interacciones
entre el porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación no tiene un efecto significativo sobre
la temperatura de fusión.
Hipótesis alterna: La media de las
interacciones entre el porcentaje de PGPR y la
velocidad de agitación sí tiene un efecto
significativo sobre la temperatura de fusión.
H0: µi=µj para
H1: µi ≠ µj para i ≠ j
2.2.1.2 Descripción detallada del proceso
Para la elaboración de las diferentes
formulaciones del diseño de experimentos, se
llevará acabo la misma metodología cambiando
únicamente los porcentajes de agua y PGPR, y
la velocidad de agitación. En una primera
instancia se debe preparar la pre-emulsión. En
esta etapa se debe fundir la manteca de cacao a
una temperatura de 60°C para obtenerla en
estado líquido, se derrite aproximadamente 2
horas para garantizar que todos los cristales
estén derretidos. Luego se debe añadir el
emulsionante PGPR a la manteca de cacao
manteniendo la solución agitada con un
agitador magnético y a una temperatura entre
55°C y 65°C, en este caso e PGPR se varia en
dos niveles (0.05% y 5%). Paralelamente, se
debe prepararla fase acuosa que en este caso se
va a variar en 2 niveles (20% y 40%) donde
primero se debe calentar el agua a una
temperatura de 60°C y después adicionar
azúcar hasta que se disuelva completamente, se
utiliza un agitador magnético para garantizar la
disolución completa. Por último, se debe crear
la pre-emulsión al mezclar estas 2 soluciones
utilizando un agitador mecánico durante 5
minutos a 60 °C a 1350 rpm.
Una vez se tiene lista la pre-emulsión se
procederá a realizar el proceso de
emulsificación, para esto primero se debe
bombear la pre-emulsión a 60°C con una
bomba peristáltica con un flujo constante de 50
ml/min hasta la primera etapa de la
emulsificación donde se agita la solución con
un agitador mecánico a 20 °C para garantizar
que la emulsión tenga una temperatura de salida
de 35 °C, en esta etapa se varia la velocidad de
agitación en dos niveles (470 rpm y 1350 rpm).
A continuación, se bombea la emulsión a la
segunda etapa del proceso de emulsificación
donde se agita la muestra a 470 rpm a una
temperatura de 35°C para mantener una
temperatura constante. Posteriormente se lleva
la muestra a un recipiente de vidrio y se deja
enfriar a temperatura ambiente para más tarde
ser congelada a -5°C. Una vez obtenidas las
emulsiones, se procederá a medir las
propiedades macroscópicas y microscópicas
especificadas más adelante.
A continuación, se justificarán las elecciones de
parámetros y variables que se describieron
anteriormente en el proceso.
2.2.1.3 Azúcar
Se decidió incorporar azúcar en la fase acuosa
ya que en [14] se demostró que esta afecta la
microestructura de la emulsión al involucrar en
el proceso la cristalización del azúcar. La
adición de este, por un lado, reduce el punto de
fusión y congelación de la mezcla, el cual se ve
elevado por la adición de agua, y por otro lado,
gracias a su viscosidad y efectos osmóticos
también confiere una mayor estabilidad a la
emulsión.[14] No obstante la adición de azúcar
también puede aumentar el tamaño de gota [11
y 15], en [15] se estudió el cambio en el tamaño
de gota al variar entre 1% y 20% de azúcar en
la solución acuosa, donde se encontró que un
incremento de la cantidad de azúcar aumenta el
tamaño de gota, pues se obtuvo una variación
entre 0.6-4.9 μm. En consecuencia, se decidió
fijar el porcentaje de azúcar en 1% para
garantizar sus beneficios sin aumentar el
tamaño de la partícula.
2.2.1.4 Temperatura de etapas 1 y 2
La temperatura de las etapas 1 y 2 de la línea de
margarina son esenciales en los resultados del
proceso, pues estas influyen en la cristalización
de la emulsión y su forma deseada V. La
temperatura en la primera etapa se fijó a 25 C y
en la segunda etapa a 35 C para todas las
muestras. [15] Esto por varias razones, por un
lado, según los resultados de a3 la primera etapa
determina la forma del cristal, pues allí se
empieza la cristalización, y la segunda etapa
mantiene estos cristales formados o en su
defecto los derrite. Según [13] temperaturas
muy altas (50-60° C) resulta en formas
polimórficas inestables III o IV que tienen un
punto de fusión menor (25-26° C) dado que la
cristalización únicamente se da en el
almacenamiento y no en el proceso. Por otro
lado, [13] también sugiere que para crear la
emulsión deseada la primera etapa debe
funcionar a una temperatura baja, menor a 35
C, pues estas dan como resultado puntos de
fusión de 30-34 C, característicos de a forma
polimórfica V. No obstante, se decidió fijar en
25 porque una temperatura muy baja puede
causar que la manteca de cacao se solidifique al
pasar por la bomba y cause problemas en el
flujo por acumulación. [13]
2.2.1.5 Emulsionante PGPR
Dado que el producto es un alimento, la
seguridad y normatividad del emulsionante es
un factor decisivo a la hora de escogerlo. Tanto
el PGPR como la lecitina son emulsionantes
que se usan normalmente en el proceso de
producción del chocolate. No obstante, en [15]
y [12] se pudo demostrar que en cuanto a las
emulsiones de agua en manteca de cacao el
PGPR parece ser superior al garantizar que el
100% de las gotas tuvieran un tamaño más
pequeño que el resultante con la lecitina. Según
[12] y [13] el PGPR permite una rápida
cobertura de gotas, una mejor adsorción de los
cristales en la interfase, y, por ende, una mejor
estabilidad y menor tamaño de gota.
En [13] se estudió la variación de 0.1 a 5% de
PGPR, no obstante, no se encontró una
diferencia significativa en el tamaño de gota,
pues esta diferencia estaba dentro de un error
experimental de 0,1%. En este caso todos los
datos obtenidos estaban dentro del rango
esperado (menor a 10 μm). Dado que las
regulaciones de PGPR en la industria
alimentaria son estrictas y no se permite más de
un 0.5% de este emulsionante en el chocolate
completo, y que, además, este implica un costo
en el proceso, en este estudio se decidió
investigar un porcentaje de PGPR menor a
0.1% para comprobar si existe una diferencia
significativa con 5% de emulsionante. Por esta
razón se decido variar el PGPR en 0.05% y 5%.
2.2.1.6 Agua
Es evidente que el porcentaje de agua en la
emulsión tiene una gran influencia tanto en las
propiedades macroscópicas como
microscópicas, y al mismo tiempo se sabe que
entre mayor sea el remplazo de manteca de
cacao por agua, menor serán las calorías de este
producto, por esta razón, se decide variar el
porcentaje de agua en la mezcla para encontrar
el máximo valor de porcentaje de agua en la
emulsión donde el chocolate conserve las
propiedades organolépticas esperadas por el
consumidor (sabor, textura, olor y color). Es
importante determinar este punto porque un
mayor porcentaje de agua da lugar a una mayor
área interfacial para estabilizar por el
surfactante, dando como resultado un mayor
tamaño de gota de agua. [11] Además de esto,
una mayor cantidad de fase dispersa da lugar a
una cristalización demasiado rápida, esto
debido a que el agua tiene una mayor
conductividad térmica, y por ende disminuye la
temperatura de fusión y cambian las formas
polimórficas de los cristales. [11] De anteriores
estudios [11] se sabe que al aumentar la
fracción de agua a 50% se obtienen formas
polimórficas no deseadas IV, por lo que se cree
que el máximo porcentaje de fase dispersa es
40%.
2.2.1.7 Velocidad de agitación
Según [13], la velocidad de agitación tiene un
gran impacto en el tamaño de gota de agua, pues
una mayor velocidad da lugar a un menor
tamaño de gota. Además, también se encontró
que cuando la velocidad de agitación en la etapa
1 de la línea de margarina es alta, la velocidad
de agitación de la etapa 2 tiene poca influencia
en el tamaño de gota. Por lo que en esta
investigación se decidió variar únicamente la
velocidad de agitación de la unidad 1. En varios
estudios [11], [12] y [13] se han utilizado
velocidades dese 170 a 1350 rpm demostrando
que, a mayor velocidad, menor tamaño de gota
de agua, sin embargo, falta información
concluyente a cerca de la influencia de la
velocidad de agitación en la cristalización de la
grasa por lo que este es uno de los propósitos de
esta investigación.
2.2.2 Mediciones Microscópicas
Ahora bien, como ya fue mencionado
anteriormente, las variables de respuestas que
se tendrán en cuenta para determinar cuál es la
mejor formulación de la emulsión, son el
tamaño de la gota de agua, la temperatura y
entalpia de fusión y congelación. Estas dos
propiedades se medirán para cada una de las
muestras realizadas utilizando dos equipos
diferentes.
2.2.2.1 Mastersizer 3000
En primer lugar, para medir el tamaño de gota
de agua se utilizará el equipo Mastersizer 3000.
Este equipo tiene la capacidad de medir el
tamaño de las partículas por medio de
difracción laser, ofreciendo una distribución de
tamaño de partículas rápidas y precisas para
dispersiones tanto húmedas como secas [20]. El
Mastersizer 3000 mide la intensidad de la luz
que se dispersa cuando el haz del láser pasa a
través de una muestra de partículas dispersadas.
Luego, estos datos se analizan para calcular el
tamaño de las partículas que crearon el patrón
de dispersión [20].
En este caso, debido a que se pretende realizar
la medición de las gotas de agua en la emulsión,
se debe tomar un par de gotas de la muestra
realizada y añadirlas a una unidad o celda con
aceite mineral del Mastersizer 3000. El aceite
mineral actuará como un disolvente debido a la
naturaleza de la emulsión (W/O) y permitirá
que la difracción laser detecte las partículas de
diferente polaridad como el agua.
2.2.2.2 Calorímetro diferencial de
barrido
La calorimetría diferencial de barrido evalúa el
efecto de la temperatura sobre la capacidad
calorífica de una muestra. Para esto la muestra
se somete a cambios de temperatura para
analizar los cambios que se dan en la muestra
con el flujo de calor. De esta manera el
calorímetro diferencial de barrido se convierte
en una herramienta muy útil para el análisis
térmico donde se pueden medir diferentes
variables [19].
En este caso se utilizó un calorímetro ya que
este brinda información tanto del tipo de
cristalización como de la granulometría de la
emulsión, a través de termogramas de
calorimetría diferencial de barrido. En este caso
se va a medir la temperatura de fusión, ya que
brinda información sobre la constitución de la
emulsión y su estabilidad. Por un lado, la
temperatura de difusión nos indica la forma
polimórfica de la emulsión, y por otro lado la
temperatura, la forma y el ancho de los picos de
congelación da información sobre la
distribución del tamaño de las partículas y sobre
su degradación estructural. [14]
Se realizo una muestra para cada prueba (en
total 16 muestras) de aproximadamente 2mg
cada una donde se varió la temperatura desde
10˚C a 50˚C a una velocidad de 5˚C/min.
2.2.3 Preparación del chocolate completo
Una vez determinada la formulación óptima de
la emulsión, se procederá a realizar la barra de
chocolate completo. Para este proceso, se
utilizará una batidora industrial con el fin de
mezclar adecuadamente la emulsión creada con
los ingredientes secos del chocolate, es decir: la
leche en polvo, la cocoa en polvo y el azúcar.
Una vez se obtenga una mezcla homogénea, se
procederá a moldear el chocolate en el tamaño
y forma que se desee y finalmente se dejara
enfriar a una temperatura de 5°C.
2.2.4 Mediciones Macroscópicas
Finalmente, se midió la dureza del chocolate ya
que esta es parte de las características
organolépticas más importantes de un chocolate
cuando se evalúa como un posible producto del
mercado. La dureza de un chocolate
normalmente se evalúa por el consumidor en la
boca, en la primera mordida cuando el producto
se sitúa entre los molares y se presiona
ligeramente (115), si este producto cumple con
el comportamiento mecánico esperado en la
boca del consumidor es más probable que este
producto pueda tener una aceptación en el
mercado. Además, esta es influenciada tanto
por las propiedades del material [26], que son
determinadas por los diferentes factores que se
variaron en este estudio como por la tasa de
mordedura, que normalmente es de 10 mm s −1
o mayor [26]. Adicional a esto, se midió esta
característica para un chocolate convencional
del mercado, de tal manera que se pudiera hacer
un análisis comparativo.
2.2.4.1 Texturometro TA. HD plusC Texture
Analyser
Para realizar la medición de la dureza de los
chocolates, se utilizará un texturometro. Este
equipo, también llamado TA. HDplusC Texture
Analyser, es capaz de medir la dureza de los
alimentos sometiéndolos a una tensión
suficiente para que se rompa y se mide la fuerza
necesaria para hacerlo [21]. Para esta medición
se utilizó una geometría de aguja P:2 (diámetro
50 mm y grosor 5 mm) y se midió la dureza
como una fuerza de penetración máxima (N)
requerida para que la aguja penetre la muestra
de chocolate sobre una distancia de 2 mm a una
velocidad constante de 10 mm/s. Se evaluaron
dos repeticiones por unidad experimental.
3. Resultados de emulsión
Para empezar, se creó un diseño factorial 23en
MiniTab 18 donde se aleatorizaron las corridas
para equilibrar el efecto de algunos factores
externos no controlables en el experimento
como la temperatura, humedad, experticia en el
experimento, etc., reduciendo el sesgo en la
experimentación.
En la tabla 3 se puede observar el orden de las
corridas.
Tabla 3. Orden de corridas aleatorizadas.
Posteriormente, se realizaron cada una de las
emulsiones en el laboratorio según el orden de
aleatorización definido por Minitab, siguiendo
estrictamente el proceso descrito en la sección
2.2.1.2 del documento, para cada una de las
muestras. Después de realizar las muestras, se
procedió a medir el tamaño de gota del agua de
cada una de las emulsiones utilizando en
Mastersizer 3000. Es importante mencionar
que, se realizaron alrededor de 4 muestras por
día y estas fueron medidas en el Mastersizer 3
días después para garantizar la estabilidad en
las muestras antes de medir el tamaño de gota.
Los resultados obtenidos para el tamaño de gota
de cada muestra se ilustran en la Tabla 4.
Posteriormente, las muestras se almacenaron a
una temperatura de 5 °C hasta que se realizó la
siguiente medición. En una primera instancia,
la mayoría de las emulsiones eran estables
debido a que no se presentó ninguna separación
visible de las dos fases, incluso días después de
realizar las muestras. Consecuentemente, las
muestras se solidificaron y se realizaron las
mediciones de la temperatura de fusión
utilizando el calorímetro de barrido diferencial
DSC. Los resultados obtenidos para el tamaño
de gota y la temperatura de fusión de cada una
de las muestras se ilustran en la Tabla 4.
Tabla 4. Orden de corridas aleatorizadas.
Orden Agua
(%)
PGPR
(%)
Velocidad
(rpm)
D
(μm)
T peak
(C)
2 20 0,05 470 2,34 30,55
4 40 0,05 470 3,11 27,87
13 20 5 470 1,49 33,11
1 40 5 470 1,11 30,87
7 20 0,05 1350 2,51 34,47
9 40 0,05 1350 2,74 29,54
6 20 5 1350 1,13 34,73
5 40 5 1350 1,34 34,11
8 20 0,05 470 2,38 31,55
15 40 0,05 470 3,25 29,29
14 20 5 470 1,69 33,29
3 40 5 470 1,22 31,11
11 20 0,05 1350 2,15 30,22
12 40 0,05 1350 2,75 28,57
16 20 5 1350 1,11 33,69
10 40 5 1350 1,31 34,14
Una vez realizadas las mediciones
microscópicas, se ingresaron los resultados
obtenidos a Minitab, siendo el tamaño de gota
y la temperatura de fusión las variables de
respuesta. En Minitab, se realizaron varios
procedimientos con el fin de evidenciar la
influencia o efecto de cada uno de los factores,
y para obtener la muestra o emulsión más
adecuada para la elaboración del chocolate
completo.
Orden Agua (%) PGPR
(%)
Velocidad
(rpm)
1 40 5 470
2 20 0,05 470
3 40 5 470
4 40 0,05 470
5 40 5 1350
6 20 5 1350
7 20 0,05 1350
8 20 0,05 470
9 40 0,05 1350
10 40 5 1350
11 20 0,05 1350
12 40 0,05 1350
13 20 5 470
14 20 5 470
15 40 0,05 470
16 20 5 1350
Tabla 5. Análisis de Varianza de regresión
factorial para el tamaño de gota
Fuente GL SC
Ajust
MC
Ajust.
Valor
F
Valor
P
Modelo 7 8,55 1,22 95,7 0,000
Lineal 3 7,73 2,57 202,01 0,00
0
Agua 1 0,25 0,25 20,17 0,002
PGPR 1 7,33 7,33 574,1 0,000
Velocidad 1 0,15 0,15 11,76 0,009
Interacciones de 2
términos
3 0,54 0,18 14,3 0,001
Agua*PGPR 1 0,52 0,52 41,45 0,000
Agua*Velocidad 1 0,01 0,01 0,99 0,349
PGPR*Velocidad 1 0,01 0,01 0,47 0,512
Interacciones de 3
términos
1 0,26 0,26 20,97 0,002
Agua*PGPR*Velocidad 1 0,26 0,26 20,97 0,002
Error 8 0,1 0,01
Total 15 8,65
Primero se realizó un análisis de varianza para
comprobar numéricamente que factores e
interacciones afectaban las medias de las
variables de respuesta y su grado de
importancia o efecto en el modelo. En la Tabla
5 se puede evidenciar en análisis de varianza
realizado por Minitab para la primera variable
de respuesta del diseño de experimentos:
Tamaño de gota. Teniendo en cuenta que el
valor de significancia que se tuvo en cuenta
para este diseño fue del 5%, se puede evidenciar
que los tres factores (Porcentaje de agua,
Porcentaje de PGPR, Velocidad de agitación)
son significativos o tienen un efecto en el
tamaño de gota debido a que todos presentan un
pvalue menor al valor de significancia. Esto
indica que se rechazan sus respectivas hipótesis
nulas y que con un 95% de probabilidad, el
porcentaje de agua, el porcentaje de PGPR y la
velocidad de agitación, influyen o afectan en el
tamaño de gota de la emulsión.
Ahora bien, en la Tabla 5 también se puede
analizar el efecto que tienen cada una de las
interacciones entre los factores en el tamaño de
gota. Por un lado, podemos evidenciar que las
interacciones entre AGUA*VELOCIDAD y
PGPR*VELOCIDAD, no tienen un efecto
significativo en la variable de respuesta debido
a que el pvalue de estas dos interacciones es
mayor al valor de significancia (0,05). Esto
quiere decir, que las respectivas hipótesis nulas
para estas dos interacciones no se rechazan y
con un 95% de probabilidad de puede decir que
la media de las interacciones entre el porcentaje
de agua y la velocidad de agitación, y la media
de las interacciones entre el porcentaje de
PGPR y la velocidad de agitación no tienen un
efecto significativo sobre el tamaño de partícula
de la emulsión. Sin embargo, en cuanto a la
interacción entre AGUA*PGPR se puede ver
que, por el contrario, esta interacción si es
significativa en la primera variable de respuesta
ya que el pvalue de dicha interacción es menor
al valor de significancia. Esto indica que la
media de las interacciones entre el porcentaje
de agua y el porcentaje de PGPR tienen un
efecto significativo sobre el tamaño de gota en
la emulsión. De igual manera, se puede
evidenciar que la interacción triple entre los tres
factores del diseño es significativa en la
variable de respuesta y por lo tanto su hipótesis
nula se rechaza.
Figura 3. Grafica de Pareto de efectos
estandarizados del tamaño de gota
Adicionalmente, se realizó un diagrama de
Pareto para determinar los valores absolutos de
los efectos estandarizados desde el efecto más
grande hasta el efecto más pequeño. El
diagrama también grafica una línea de
referencia que indica cuáles efectos son
estadísticamente significativos según el nivel
de significancia del 5% escogido para este
diseño de experimentos. Como era de
esperarse, tanto en el análisis de la varianza
como en el diagrama de Pareto se obtuvieron
los mismos resultados. Ya que, en el caso de los
tres factores, la interacción entre el porcentaje
de agua y de PGPR y de la interacción triple
entre los tres factores, el p value es menor que
el valor de la significancia (0,05), se puede
decir que con un 95% de probabilidad estos
tienen un efecto significativo en el tamaño de
gota de agua. En el diagrama de Pareto se puede
confirmar esta información y además se puede
ver que el porcentaje de PGPR es el efecto más
significativo en el modelo al tener un mayor
efecto estandarizado, luego estaría el porcentaje
de agua, la velocidad de agitación, la
interacción doble y, por último, la interacción
triple.
Figura 1. Análisis de Varianza de regresión
factorial para el tamaño de gota
Por otro lado, en la Figura 1 se realizó una
gráfica de efectos principales para analizar la
tendencia de cada uno de los factores y sus
respectivos niveles en la variable de respuesta.
Como se puede evidenciar, el factor del
porcentaje de PGPR abarca el mayor y el menor
diámetro del tamaño de gota de agua con 0,5%
y 5% de PGPR. Si se analiza
independientemente este factor, se podría decir
que es preferible optar por una formulación
para realizar la emulsión con un porcentaje de
5% de PGPR ya que con este se obtiene el
menor tamaño de gota de agua en la emulsión.
Ahora bien, al analizar los otros dos factores, se
puede ver que ambos oscilan en un tamaño de
gota parecido, entre 1,8 𝜇𝑚 y 2,2 𝜇𝑚
aproximadamente. Teniendo en cuenta que se
desea obtener el menor tamaño de gota posible,
si se analiza cada uno de los factores
independientemente, se podría decir que es más
favorable realizar una emulsión con un
porcentaje de agua del 20% y con una velocidad
de agitación de 1350 rpm.
Sin embargo, es necesario analizar las
interacciones de cada uno de los factores en
conjunto para determinar si el efecto que tienen
en la variable de respuesta es favorable o no.
Por esta razón, se realizó la gráfica de
interacción Figura 2.
Figura 2. Grafica de interacción para el
tamaño de gota
A partir de la Figura 2, se puede evidenciar en
una primera instancia como las interacciones
entre dos factores afectan el tamaño de la gota
de agua en la emulsión. Como se mencionó
anteriormente, la interacción entre el porcentaje
de agua y porcentaje de PGPR es la única
interacción doble significativa, donde
efectivamente podemos ver que el tamaño de
gota disminuye a medida que aumenta la
cantidad de PGPR en la emulsión ya que en los
dos niveles del porcentaje de agua (20% y 40%)
se obtiene el menor tamaño de gota siempre y
cuando el porcentaje de PGPR sea del 5%. Sin
embargo, es importante resaltar que cuando hay
un porcentaje de 5% de PGPR el agua pierde un
poco su efecto en el tamaño de gota y el cambio
entre 20% y 40% de agua es mucho menor, e
incluso 40% logra tener un tamaño de gota más
pequeño. Por otro lado, al observar la
interacción entre el porcentaje de agua y la
velocidad de agitación, y la interacción entre el
porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación, se puede evidenciar lo mismo que
con los efectos aislados: con una velocidad
mayor (1350 rpm) y un porcentaje de agua
menor (20%) se obtiene el menor tamaño de
gota.
Tabla 6. Análisis de Varianza de regresión
factorial para la temperatura de fusión
Fuente GL SC
Ajust.
MC
Ajust.
Valor
F
Valor
P Modelo 7 65 9,28 6,41 0,009
Lineal 3 58 19,33 13,34 0,002
Agua 1 16,22 16,22 11,19 0,01
PGPR 1 33,03 33,03 22,79 0,001
Velocidad 1 8,74 8,7468 6,03 0,04
Interacciones de 2
términos 3 4,83 1,6125 1,11 0,399
Agua*PGPR 1 3 3 2,07 0,188
Agua*Velocidad 1 0,42 0,42 0,29 0,603
PGPR*Velocidad 1 1,41 1,41 0,97 0,353
Interacciones de 3 términos
1 2,16 2,16 1,5 0,256
Agua*PGPR*Velocidad 1 2,16 2,16 1,5 0,256
Error 8 11,59 1,44
Total 15 76,6
En la Tabla 6 se puede evidenciar el análisis de
varianza realizado por Minitab para la segunda
variable de respuesta del diseño de
experimentos: Temperatura de fusión. Se puede
evidenciar que los tres factores (Porcentaje de
agua, Porcentaje de PGPR, Velocidad de
agitación) son significativos o tienen un efecto
en el tamaño de gota debido a que todos
presentan un pvalue menor al valor de
significancia. Esto indica que se rechazan sus
respectivas hipótesis nulas y que con un 95% de
probabilidad, el porcentaje de agua, el
porcentaje de PGPR y la velocidad de
agitación, influyen o afectan en el tamaño de
gota de la emulsión.
Ahora bien, en la Tabla 5 también se puede
analizar el efecto que tienen cada una de las
interacciones entre los factores en el tamaño de
gota. Donde podemos evidenciar que ninguna
interacción doble ni triple tienen un efecto
significativo en la variable de respuesta debido
a que el pvalue de es mayor al valor de
significancia (0,05). Esto quiere decir, que las
respectivas hipótesis nulas para estas dos
interacciones no se rechazan y con un 95% de
probabilidad de puede decir que la media de las
interacciones n no tienen un efecto significativo
sobre el tamaño de la temperatura de fusión.
Figura 5. Grafica de Pareto de efectos
estandarizados la temperatura de fusión
Como era de esperarse, tanto en el análisis de la
varianza como en el diagrama de Pareto se
obtuvieron los mismos resultados, donde se
puede ver como los tres factores son
significativos y sus interacciones no, no
obstante, en este diagrama también se puede ver
qué factores son más significativos que otros,
donde se evidencia nuevamente que el
porcentaje de PGPR es el factor que más altera
la temperatura de transferencia, después el agua
y por último la velocidad de agitación.
Figura 6. Análisis de Varianza de regresión
factorial para la temperatura de fusión
Ahora en cuanto a los efectos de los factores
principales, podemos ver que nuevamente el
factor del porcentaje de PGPR es el que crea
una brecha mayor entre la temperatura de cada
nivel, pues abarca la mayor y la menor
temperatura de fusión con 0,5% y 5% de PGPR,
siendo 0,05% el porcentaje optimo, como era de
esperarse. Sin embargo, en este caso también
hay una diferencia grande entre la temperatura
de los niveles de los otros dos factores, pues
podemos ver que las pendientes de las rectas
son bastante pronunciadas. Donde nuevamente
podemos ver que un porcentaje de agua de 20%
y una velocidad de 1350 rpm nos acercaría más
a la temperatura de fusión deseada de 34˚C, no
obstante, podemos ver que al analizar los
factores aisladamente no se logra llegar a esta
temperatura, por lo que a continuación se
analizan las gráficas de interacción entre dos
factores.
Figura 7. Graficas de interacción para la
temperatura de fusión
De las gráficas de interacción podemos
evidenciar nuevamente los niveles óptimos para
la temperatura de fusión, no obstante, aquí si se
evidencia como estos permiten llegar a una
temperatura optima de 34˚C la cual es esencial,
pues en este caso, a diferencia del tamaño de
gota, no se busca maximizar la temperatura,
sino que se desea que llegue a este valor exacto,
por lo que quedan totalmente descartados los
niveles que evidentemente no lo permiten (40%
de agua, 0,05% de PGPR y 470 rpm).
4. Análisis de emulsión
4.1 Efecto del porcentaje de agua en el
tamaño de gota
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos de
las 16 muestras para el tamaño de gota y la
temperatura de fusión de la emulsión, se puede
analizar el efecto del porcentaje de agua en la
emulsión en diferentes aspectos. En primer
lugar, según algunos autores [11], el tamaño de
la gota tiene un efecto importante en las
propiedades de textura ya que, si el tamaño de
gota es muy grande, no solamente alcanza a ser
detectado por el umbral de la boca, sino
también puede considerarse como un defecto en
la estructura ya que las gotas de agua
emulsionadas y estructuradas dentro de la
matriz de grasa actúan como impurezas
catalíticas (22). Por esta razón, es importante
determinar con cuál de los dos niveles
escogidos para este factor en el diseño
experimental se obtiene el menor tamaño de
gota posible.
Con base en los resultados obtenidos en la
figura 1, en donde se ilustra el efecto individual
de cada uno de los factores, se puede evidenciar
en una primera instancia que el porcentaje de
agua con el cual se obtiene un menor tamaño de
gota es 20%. Esto concuerda con la literatura,
ya que se esperaba que con una mayor cantidad
de agua se formaran gotas más grandes al no
haber la cantidad suficiente de PGPR para
estabilizar el área interfacial que generarían una
mayor cantidad de gotas más pequeñas [11].
Adicionalmente, al tener un porcentaje de agua
menor y, por ende, disminuir el tamaño de las
gotas se favorecen a las fuerzas repulsivas y se
disminuyen las fuerzas atractivas, lo que
asegura estabilidad en la dispersión [30], esto
porque las fuerzas de atracción dependen del
volumen de las gotas y las fuerzas de repulsión
dependen del surfactante adsorbido por lo que
finalmente dependen del área superficial de las
gotas, entre un menor volumen de gotas, menor
fuerza de atracción entre estas. Teniendo esto
en cuenta, se evidencia que efectivamente
existe una relación directa entre la proporción
de agua en la fase dispersa de la emulsión y el
tamaño de gota obtenido, de manera que con un
porcentaje de 20% se obtiene el menor tamaño
de gota.
Ahora bien, teniendo en cuenta que uno de los
objetivos es reducir la mayor cantidad de
manteca de cacao, sería mucho más factible
realizar la emulsión con un mayor porcentaje de
agua para así reducir más las calorías que aporta
el chocolate. En la figura 1 podemos evidenciar
que a medida que aumenta el porcentaje de
agua en la emulsión, también va aumentando el
tamaño de gota. En este caso, la diferencia entre
los dos niveles (20% y 40%) es de
aproximadamente 0.3 μm, siendo 40% el nivel
con el que se obtiene un mayor tamaño de gota.
No obstante, podemos ver que esta diferencia es
mucho menor en comparación con la diferencia
entre los dos niveles del porcentaje de PGPR,
en donde se obtiene una diferencia de
aproximadamente 1.4 μm en el tamaño de gota,
y, además es importante señalar que en todas las
muestras de las emulsiones se obtuvo un
tamaño de gota promedio por debajo de 10 μm,
lo cual indica que ninguna de las emulsiones
que se realizaron en las 16 corridas tendrán un
tamaño de gota lo suficientemente grande para
ser detectado por el umbral de la boca del
consumidor [11],[12],[15]. Por lo que a pesar
de que existe una diferencia estadísticamente
significativa, si lo evaluamos con miras a la
práctica y a la creación de un producto para el
mercado, realmente se pueden realizar
formulaciones de emulsiones con un 20% o un
40% de agua en la emulsión y para futuras
investigaciones se podría optar por determinar
un punto máximo en donde se pueda
reemplazar la mayor cantidad de manteca de
cacao sin comprometer la estabilidad de la
emulsión, ni el tamaño de gota de agua.
Por otro lado, es importante tener en cuenta que
el valor que se consideró como el tamaño de
tamaño de gota hace referencia al valor de D
(3,2), es decir el diámetro medio ponderado que
se encuentra en un mayor porcentaje en cada
una de las muestras que se midió. Sin embargo,
también es importante analizar cuál fue el
porcentaje de “Agua libre” que se obtuvo en las
diferentes muestras, ya que este porcentaje hace
referencia a la cantidad de gotas que se
obtuvieron en la emulsión con un tamaño
mayor a 100 μm.
Figura 8. Grafica del porcentaje de densidad
en volumen vs tamaño de gota en μm
A partir de la figura 8, se puede evidenciar el
comportamiento del tamaño de gota que se
obtuvo en la gran mayoría de las muestras
tomadas. En primer lugar, se puede evidenciar
en donde se concentra el mayor porcentaje de
densidad en volumen de los diferentes tamaños
de gota de agua que fueron identificados por el
Mastersizer 3000, en este caso el diámetro
medio ponderado es de aproximadamente en
3,25 μm. Ahora bien, a medida que aumentan
los diámetros del tamaño de gota en la figura 8,
disminuye el porcentaje de densidad en
volumen, por lo que las gotas de agua que se
encontraron en la muestra con un diámetro
mayor a 20 μm tienen un porcentaje de
aproximadamente 0%. Esto indica porcentaje
de agua libre en la muestra es nulo, o no existe
un tamaño de gota de agua mayor a 100 μm.
Esto se vio reflejado en algunas de las
propiedades que presentaron las muestras de las
emulsiones. Se pudo evidenciar en la
estabilidad y el equilibrio que se presentó entre
la fase oleosa y la fase acuosa en la emulsión,
pues en ningún momento ocurrió un fenómeno
de decantación ni separación de fases en el
tiempo en el que se realizó toda la
experimentación. Esto sucede como resultado
del tamaño tan pequeño que tomaron las gotas
de agua, pues se estará favoreciendo a las
fuerzas repulsivas y disminuyendo las fuerzas
atractivas, lo que asegura la estabilidad de la
emulsión, como ya fue mencionado
anteriormente.
Adicionalmente, la carencia de agua libre en las
muestras se evidenció en las propiedades físicas
de las emulsiones ya que tenían una apariencia
de color blanco muy claro a pesar de que la
manteca de cacao fuera de color amarillo y
estuviera en una mayor cantidad. En algunos
estudios realizado de micro y nano emulsiones
se evidencio este mismo comportamiento y se
explicó que cuando las gotas que están
dispersas son del orden de las micras el aspecto
de la emulsión es lechoso, pero a medida que
disminuye el tamaño de gota, entre las 10
micras hasta llegar a una medida de
nanómetros, el aspecto de la emulsión se va
aclarando hasta que llega a un color translúcido
o transparente [30].
Finalmente, se puede evidenciar que es
aceptable variar el factor del porcentaje de agua
en los dos niveles escogidos ya que, por un
lado, no se llegan a tener porcentajes de agua
libre significativos y, por otro lado, se mantiene
un tamaño de gota dentro del rango aceptado.
Sin embargo, en este caso se considera que el
nivel óptimo para la formulación del chocolate
completo es del 20% debido a que con este
valor se alcanzan a tener tamaños de gota de
agua más pequeños.
4.2 Efecto del porcentaje de PGRP en el
tamaño de gota
Para comenzar podemos resaltar que el PGPR
parece ser el factor más influyente en el tamaño
de gota, lo cual es un resultado inesperado, pues
Norton y Fryer (2012) encontraron que no
existía una diferencia significativa entre 0,1% y
5% de PGPR, por lo que sugirieron estudiar un
porcentaje menor a 0,1%, como se realizó en
esta investigación [13]. La importancia de
estudiar este porcentaje reside en que, además
de disminuir los costos de un posible producto,
también disminuye el porcentaje en el
chocolate completo, lo cual es muy importante
por lo que las regulaciones permiten máximo
0,5% de PGPR en el chocolate completo, y en
el caso se hacerlo con 0,5% el chocolate tendría
un porcentaje mayor al permitido (0,11%) [13].
En este caso pudimos confirmar que al bajar el
porcentaje a 0,05% si existe una diferencia
significativa en el diámetro medio ponderado
en superficie (d (3,2)), pues varía entre 1,3 a 2,9
μm aproximadamente. Esto se puede deber a
que como demostraron Garti y col. (1998) el
PGPR causa un aumento en la viscosidad de la
fase acuosa y elasticidad interfacial, lo que
limita la coalescencia o la unión de las
pequeñas gotas entre sí [13]. Se cree que estas
emulsiones actúan como emulsiones de
Pickering (Norton et al., 2009) [13] por lo que
las gotas de agua son rodeadas por cristales de
grasa que evita que las gotas de agua floculen
en medios no polares (Dedinaite y Campbell,
2000). Esto, gracias a que el PGPR logra
modificar los cristales de grasa y su superficie
al aumentar su polaridad, de manera que logra
que los cristales se adsorban o adhieran a la
interfase agua-aceite, al tener propiedades
ambifílicas y orientarse en la posición correcta
para reducir la tensión superficial de dicha
interfase. Esta red de cristales también limita el
movimiento o inmoviliza a la fase dispersa
confiriéndole a la emulsión una mayor
estabilidad. [12].
Ahora, es importante resaltar que, dado que la
interacción entre PGPR y velocidad no es
significativa, independientemente de la
velocidad de agitación, un porcentaje de PGPR
de 5% da un menor tamaño de gota. Sin
embargo, puesto que la interacción entre agua y
PGPR es significativa, podemos resaltar un
fenómeno distintivo, en este caso cuando el
porcentaje de 20% de fase acuosa no siempre
da el menor tamaño de gota pues cuando existe
un porcentaje de PGPR de 5% el menor tamaño
de gota resulto ser con el 40%. Dado que, como
se mencionó anteriormente, no es lo que se
esperaría puesto que diferentes [11] [12] [13]
[14] [15] han demostrado lo contrario y,
además, se sabe que, entre una mayor cantidad
de agua, hay una mayor probabilidad de
coalescencia entre las gotas de agua, no se
descarta que pueda ser un error experimental ya
que únicamente se hicieron 2 réplicas por lo que
existe una gran probabilidad. No obstante,
Ushikubo y Cunha (2014) encontraron que las
emulsiones con mayor contenido de agua tenían
gotas más pequeñas y una mayor estabilidad
[12] lo cual puede ser gracias al aumento
general de la viscosidad que, al incrementar la
energía de activación para la coalescencia, evita
la misma después del procesamiento.
Por consiguiente, sería de esperar que la
elección para la formulación optima del
chocolate seria del 5% del PGPR, de manera
que además de proporcionar el menor tamaño
de gota, también nos abre la posibilidad de
poder usar un mayor porcentaje de agua y por
ende reducir el contenido calórico del chocolate
en mayor medida. Sin embargo, también es
importante mencionar que con el 0,05% el
diámetro medio ponderado en superficie sigue
siendo significativamente menor a 10 μm (2,9
μm) por lo que, al analizarlo como un futuro
producto del mercado, dadas las regulaciones
de la industria a cerca de este emulsionante, y
los costos que esto podría llegar a disminuir, se
decide que el porcentaje con el cual se hará el
chocolate completo será de 0,05% de PGPR.
4.3 Efecto del agua y el PGRP en la
temperatura de fusión
A pesar de que el análisis factorial DOE nos
arroja que todos los factores son significativos
para la temperatura de fusión, se debe tener en
cuenta que en este caso lo que se busca
exactamente es la forma polimórfica V, pues su
relación con la calidad del chocolate ha sido
bastante estudiada en los últimos años y es la
que confiere una de las características
principales del chocolate y es su capacidad de
fusionarse en la boca, además que otras formas
polimórficas menos inestables pueden causar
manchas blancas al transformarse en formas
más estables [12]. Por esta razón, si la
diferencia entre temperaturas no se sale del
rango de esta forma polimórfica, entonces en
este estudio es considerada como
insignificante. Por esta razón, podemos ver que
la diferencia de temperatura entre los niveles
tanto de fracción de agua como de velocidad de
agitación no es significativa pues está dentro de
un rango de temperatura de 30˚C-34 ˚C.
En varias investigaciones previas se ha
estudiado el efecto de la fracción de agua en la
forma polimórfica y tampoco se ha encontrado
un efecto significativo [12 y 13]. En este caso
sabemos de [13] que uno de los factores más
influyentes en la forma polimórfica es la
temperatura de las dos etapas de la línea de
margarina, por lo que era de esperar que, al
controlar y optimizar estas dos temperaturas, la
gran mayoría de las muestras resultaran con la
forma polimórfica deseada. Esto sucede ya que
en la primera etapa del proceso a 25 ˚C, la
agitación, mediante la orientación de la cadena
de triglicéridos, acelera la transformación de los
cristales a la forma polimórfica V (La más
estable), y después en la segunda etapa, al tener
una temperatura de 35 ˚C, los cristales menos
estables se vuelven a fundir dejando
únicamente la forma V.
No obstante, de las gráficas podemos ver que,
si existe una gran diferencia entre las
temperaturas de fusión de los diferentes niveles
del PGPR, pues con un nivel de 0,5 la
temperatura se sale del rango llegando hasta
27.87˚C por lo que se sabe que tiene una forma
polimórfica indeseada IV. Este es un resultado
un poco inesperado ya que en el estudio que
hicieron [13] demostraron que con un cambio
de 0,1 a 5% de PGPR no hubo un cambio
significativo, no obstante, dado que nuestra
variación de PGPR entre cada uno de los
niveles es más amplia, esta puede ser la razón
de que en este caso si exista un cambio
significativo. Este fenómeno se puede explicar
como la hipótesis que V. Di Bari, W.
Macnaughtan, J. Norton, A. Sullo, y I. Norton
(2014), denominaron como “mecanismo de
reordenamiento estructural de TAG facilitado”,
donde se explica que la presencia de cadenas de
PGPR en la interfaz de las gotas de agua puede
aumentar la evolución polimórfica a formas
más estables, al mejorar la movilidad molecular
y reordenación estructural [22].
El mecanismo de reordenamiento estructural de
TAG facilitado sucede en la interfaz molecular,
pues, como se dijo anteriormente, las gotas de
agua están rodeadas de PGPR, la cual, mediante
reacciones estéricas, proporciona estabilidad.
En este caso la capa que rodea las gotas es
líquida puesto que a esta temperatura no
cristaliza el PGPR, sin embargo, este se
organiza de la tal manera que la cabeza
hidrófila interactúa con el agua y la cabeza
hidrófoba con la manteca de cacao. En
consecuencia, se crea cierta estructura a pesar
de que el PGPR este líquido, y puede
correctamente interactuar con los
triacilglicéridos de la manteca de cacao.
Además de esto, se sabe que, al disminuir la
temperatura, la forma A es la primera en
cristalizar, creando cadenas saturadas que se
organizan en dominios, las cuales coexisten con
cadenas insaturadas de forma líquida. Se sabe
que estas cadenas insaturadas de TAG, al ser
más tensoactivas gracias a su estructura amorfa
con cadenas alifáticas oscilantes, pueden
interactuar con los grupos ricinoleicos de
PGPR. Por esta razón existe la hipótesis de que
hay una interacción en la interfase, se dice que
el PGPR actúa como un puente entre el agua y
el aceite, la cual promueve un reordenamiento
estructural de las moléculas de TAG y
generando una transición polimórfica
mejorada, por lo que un aumento de PGPR
podría aumentar la cantidad de cristales en
forma V, y por ende generar la diferencia que
se presentó en este caso.
Adicional a esto en [22] también se estudió una
emulsión con 1% de PGPR y no se encontraron
diferencias significativas en la evolución
polimórfica con la manteca de cacao pura, por
lo que era de esperar que, con una cantidad
menor, como la que se trabajó en este estudio,
tampoco existiría esa mejora en la forma
polimórfica. Para próximos estudios sería útil
investigar la cantidad mínima de PGPR con la
cual se presentan estas mejoras para no caer en
problemas con la reglamentación de esta
sustancia.
En consecuencia, por lo que se dijo
anteriormente sería de esperar que se escogiera
un 5% de PGPR para realizar el chocolate y
garantizar la forma polimórfica V, no obstante,
nos encontramos con el mismo problema
anterior, la reglamentación de esta sustancia en
la industria alimenticia. Sin embargo, de la
gráfica de interacciones es posible notar que
cuando se utiliza un porcentaje de 0,05% de
PGPR y 20% de fase acuosa, la temperatura de
fusión de la emulsión si logra estar dentro del
rango deseado. A pesar de que en [22] se llegó
a la conclusión de que un 1% de PGPR no
mejoraba la evolución polimórfica, en dicho
estudio no se varió el porcentaje de fase acuosa,
por lo que no sabemos si realmente lo que
influye en esta evolución polimórfica es la
proporción entre la fase acuosa y el PGPR, y no
el porcentaje de PGPR evaluado como un factor
individual. Pues si existe un menor número de
gotas de agua, se esperaría que se necesite un
menor número de moléculas de PGPR para
interactuar con las cadenas insaturadas de los
TAG, por lo que existe la posibilidad de que un
0,05% de PGPR sea suficiente para mejorar la
movilidad molecular y reordenación estructural
con un 20% de agua.
Por esta razón, si se tiene en cuenta la
temperatura de fusión, se escogería un 20% de
agua y 0,05% de PGPR para realizar la muestra
final de chocolate, obtener la forma polimórfica
deseada y cumplir con las reglamentaciones de
la industria.
4.4 Efecto de la velocidad de agitación
Por otro lado, también es importante analizar el
efecto que tiene la velocidad de agitación en la
primera etapa del proceso en el tamaño de gota
resultante del agua y en la temperatura de
fusión de la emulsión.
Como se puede evidenciar en la figura 3, el
factor de la velocidad de agitación es el que
tiene un menor efecto estandarizado en
comparación con los otros dos factores
analizados en el tamaño de gota, sin embargo,
en la figura 1, podemos evidenciar la relación
existente entre los diferentes niveles de
velocidad y el tamaño de gota. Por un lado, se
puede ver que a medida que aumenta la
velocidad de agitación el tamaño de gota
disminuye, pues a una velocidad de 1350 rpm
se obtuvo un tamaño de gota de
aproximadamente 1,9 μm, mientras que con
una velocidad de 470 rpm se obtuvo un tamaño
de gota de 2,1 μm. Esta diferencia que se da
entre los dos niveles del diseño experimental
radica principalmente en la energía utilizada
para romper o separar las gotas de la fase
dispersa. En el caso de las velocidades de
agitación bajas, la energía requerida para
romper las gotas de agua en tamaños más
pequeños es muy baja y por ende se obtiene
tamaños de gota más grandes. Ahora bien,
cuando la velocidad de agitación es mayor
sucede lo contrario lo cual conlleva a un tamaño
de gotas más pequeño y un mejor
empaquetamiento de la fase dispersa en la fase
continua, mejorando la estabilidad y
aumentando la viscosidad de la emulsión [32].
Teniendo esto en cuenta, para la formulación de
la emulsión se podría considerar utilizar una
velocidad de agitación en la primera etapa del
proceso de 1350 rpm ya que esta velocidad
genera un menor tamaño de gota de agua.
Ahora bien, en cuanto a la temperatura de
fusión, en la figura 5 podemos ver que la
velocidad de agitación es el factor que menos
influye en esta variable de respuesta. En la
figura 6 podemos evidenciar la relación
existente entre la velocidad y la temperatura de
fusión, pues a medida que aumenta la velocidad
de agitación también incrementa la temperatura
de fusión de la emulsión obtenida.
Sin embargo, la figura 6 también se puede
evidenciar que el rango en el cual varia la
temperatura de fusión es justamente el rango
indicado para que la manteca de cacao adopte
una forma polimórfica V deseada, entre 30°C -
34°C. Esto indica, que con cualquiera de los dos
niveles utilizados en el diseño de experimentos
para la velocidad de agitación se obtendrá una
temperatura adecuada para obtener una forma
polimórfica V y así garantizar que el chocolate
formulado cumpla con las características
organolépticas de un chocolate tradicional.
Teniendo esto en cuenta, se puede concluir que
a pesar de que la velocidad de agitación influya
en la temperatura de fusión, el rango de
variación es aceptable para las condiciones
deseadas en este proyecto. Por lo cual se
considera que cualquiera de los dos niveles
escogidos seria óptimos para la formulación de
la emulsión. Sin embargo, cuando se analiza la
influencia de la velocidad en el tamaño de gota,
se puede ver que es preferible utilizar una
velocidad de agitación mayor para garantizar el
menor tamaño de gota posible. Siendo así, la
velocidad de agitación más favorable para la
elaboración del chocolate completo seria de
1350 rpm.
4.5 Formulación de emulsión final
Teniendo en cuenta el efecto que tiene cada uno
de los factores del diseño experimental que se
realizó, y considerando que este estudio esta
hecho con miras a ser un producto en el
mercado se puede concluir que según el anterior
análisis la formulación que permite la mayor
sustitución de grasa, un tamaño de gota
pequeño, sin agua libre, cristales de grasa en la
forma polimórfica V y por ende una
temperatura de fusión adecuada es:
Tabla 7. Formulación de emulsión final
Factor Nivel
Porcentaje de Agua 20%
Porcentaje de PGPR 0,05%
Velocidad de agitación 1350 rpm
5. Resultados y análisis del chocolate
completo
Después de determinar la formulación más
optima, se realizó la elaboración del chocolate
completo para finalmente obtener un chocolate
en barra, tal cual como se expone en el apartado
2.2.1.2. Adicionalmente, se pudo evidenciar de
manera visual la apariencia del chocolate
completo elaborado. En una primera instancia,
la textura del chocolate elaborado a partir de la
emulsión se pudo moldear fácilmente en
diferentes recipientes y después de un par de
minutos quedó compacto y solido como un
chocolate tradicional.
Figura 9. Resultado de barras de chocolate
con la emulsión optima
Una vez obtenidas las barras de chocolate, se
realizaron medidas de la dureza para el
chocolate obtenido y para un chocolate en barra
del mercado utilizando el equipo TA. HDplusC
Texture Analyser. Para esta medición se utilizó
una geometría de aguja P:2 y se midió la dureza
como una fuerza de penetración máxima (N)
requerida para que la aguja penetre la muestra
de chocolate (diámetro 50 mm y grosor 5 mm)
sobre una distancia de 2 mm a una velocidad
constante de 2 mm/s. Se evaluaron dos
repeticiones por unidad experimental. Los
resultados obtenidos se muestran a
continuación:
Tabla 8. Resultados de la Dureza (N)
obtenidos del texturometro
Muestra Dureza (N)
Ref.1 20,98
Ref.2 20,90
7.1 10,97
7.2 9,84
11.1 12,14
11.2 11,27
Como se puede evidenciar en la tabla 8, cada
par de muestras presentan valores de dureza
ligeramente diferentes entre sí a pesar de tener
la misma formulación de la emulsión. Esto se
pudo haber presentado como consecuencia de
algún error experimental en el proceso de la
elaboración del chocolate completo o de la
emulsión como tal. También podemos observar
que los valores de dureza tomados para el
chocolate de referencia del mercado están en el
mismo orden de magnitud que las dos muestras
de chocolate elaboradas a partir de la emulsión.
Ahora bien, al observar los valores obtenidos
para las dos muestras seleccionadas, se puede
evidenciar que estas tienen una menor dureza
en comparación con el chocolate de referencia
medido. Esta diferencia es de aproximadamente
10 N, lo cual indica que el chocolate del
mercado requiere de una mayor fuerza para
penetrar el chocolate. En otras palabras, esto se
traduce en la fuerza que realiza un consumidor
o la fuerza necesaria para comprimir el
chocolate totalmente con su mandíbula a la hora
de masticar el chocolate teniendo en cuenta la
sensación en la primera mordida [29]. En este
orden de ideas, a partir de los resultados
obtenidos se puede llegar a la conclusión de que
la formulación escogida para realizar el
chocolate completo presenta una dureza menor
a la de un chocolate en barra tradicional.
Se sabe que la dureza de un chocolate está
relacionada con su formulación y tratamiento
posterior, atemperado, conchado, enfriamiento,
entre otros. En la literatura normalmente se ha
investigado la diferencia en la dureza entre los
chocolates amargos, o con un mayor porcentaje
de cacao y los chocolates con leche, donde
según [23], [24], [25] el chocolate amargo en
promedio siempre presenta un valor de dureza
mayor a comparación de los chocolates con
leche, donde el porcentaje de cacao resulta ser
un factor significativo. Por otro lado, los
chocolates amargos también presentan en
promedio una mayor fragilidad y un modelo
elástico menor [25]. Este efecto, como era de
esperar, es gracias a la presencia de grasa láctea
y contenido de agua, lo que altera tanto la
composición de ácidos grasos como el
contenido de solidos grasos [24] los cuales
producen un efecto de disminución de
viscosidad y ablandamiento [25]. El chocolate
amargo presenta mayores niveles de dureza
gracias a su porcentaje de manteca de cacao, el
cual le confiere ciertas características de
cristalización, pues normalmente se forma una
red fuerte y compacta entre los ácidos grasos
presentes en la manteca de cacao [25].
Estas investigaciones previas sobre chocolates
con menor porcentaje de manteca de cacao dan
indicios del efecto que puede tener la emulsión
en la dureza de los chocolates, pues
nuevamente es la disminución del contenido
graso. Sin embargo, es evidente que existe una
gran diferencia con las emulsiones estudiadas,
pues allí las gotas de agua son consideradas
como defectos estructurales dispersos dentro de
la matriz de ácidos grasos, haciendo de la
emulsión un material compuesto. [26] A pesar
de que no hay muchos estudios evaluando la
dureza en emulsiones, si existen algunos donde
se obtuvo el mismo resultado. Wan, W, Abdul.
A, y otros, estudiaron la dureza del chocolate
que contenía emulsiones de agua en manteca de
cacao donde se encontró que existía una
correlación inversa entre la dureza del
chocolate y la cantidad de emulsión agregada,
entre mayor cantidad de emulsión, menos
dureza tenía el chocolate [27]. Lo mismo
sucedió en un estudio hecho por Di Bari. V,
Sullo. A y otros, donde se evaluaron las
propiedades de la emulsión en respuesta a la
fase dispersa y la velocidad de compresión, y se
concluyó que la dureza del material dependía de
la cantidad total de la fase dispersa, pues la
deformabilidad del material se vio afectada por
el tamaño de gota, el material se deformaba más
rápidamente y necesitaba menor energía
mecánica cuando el tamaño de gota era más
grande, de manera que, la manteca de cacao
pura tuvo un valor más alto para la dureza a
cualquier tasa de compresión. Por lo que se
sugirió que la adición de gotas de agua
debilitaba la estructura de manteca de cacao,
dando como resultado una reducción en la
resistencia del material. [26]
Para explicar esto, es importante recordar que
esta emulsión se trata de un material
viscoelástico, donde se incorporan elementos
viscosos que en este caso es la parte liquida y
elementos elásticos que hacen referencia a la
parte sólida. Es por esto que, cuando se le
suministra al sistema energía mecánica, parte
de esta se almacena y parte se disipa,
normalmente se almacena en los componentes
elásticos y se disipa a través del flujo viscoso y
la fricción entre las estructuras. Sin embargo,
no es fácil hacer un estudio sobre estos
mecanismos ya que a pesar de que la disipación
de energía depende de la tasa de deformación,
cada mecanismo se relaciona de una manera
diferente con este mecanismo por lo que no es
fácil llegar a análisis concluyentes. [26] No
obstante se cree que la energía elástica puede
propagar las fracturas y se puede almacenar en
el sistema, de manera que tanto el número de
defectos microestructurales como los
mecanismos de disipación de energía pueden
causar diferencias en la dureza. En este caso las
gotas actúan como defectos microestructurales
y por ende pueden debilitar la estructura al no
permitir el almacenamiento de energía y
aumentar su disipación. Se dice que las gotas
actúan como defectos microestructurales
puesto que, por un lado, causa un menor
número de enlaces solidos dentro de la red de
cristales al dificultar el proceso de agregación
cristal- cristal [26] y por otro lado, estas gotas
únicamente están parcialmente unidas a esta
red, por lo que da lugar a la presencia de
rellenos inactivos. En consecuencia, estas gotas
logran el debilitamiento de la red estructura,
disminuyendo la resistencia del chocolate.
Adicional a esto, también se especula que la
disminución de la dureza puede ser gracias al
aumento de tamaño de partículas el cual reduce
la fuerza de las interacciones entre partículas y
hace que el material pueda ser penetrado con
mayor facilidad. [26]
En resumen se sabe que al aumentar el
contenido de agua en un chocolate, aumenta el
número de defectos estructurales, de manera
que se facilita la deformación y se necesita
menos energía para fracturar la muestra
[26].Por esta razón, se infiere que la elección
del porcentaje de agua adecuado para el
chocolate, que en este caso fue de 20%, fue la
correcta puesto que probablemente, según la
literatura, un mayor porcentaje de agua sería
equivalente a una medida de dureza lo
suficientemente diferente para notar una
incomodidad en el chocolate. No obstante,
según [23], la dureza para chocolate oscuro se
encuentra entre 15.0 ± 0.7 N a 38.3 ± 1.9 N [23],
por lo que, en cuanto al chocolate como nuevo
producto en el mercado, es posible que un valor
fuera de este rango pueda causar una molestia
en el consumidor, como sucedió en este caso.
Por esta razón se sugiere para próximos
estudios encontrar el porcentaje de agua
máximo para el cual la dureza del chocolate a
base de la emulsión no se sale del rango
sugerido, ya que, al ser un producto alimenticio,
sus características organolépticas juegan un rol
importante en el éxito del producto.
6. Análisis de oportunidad en el mercado
Teniendo en cuenta la formulación final
obtenida del chocolate completo y la
comparación realizada con un chocolate del
mercado, se decide analizar si existe o no una
oportunidad en el mercado para lanzar este
producto de manera exitosa en el mercado. Para
esto se decidió realizar en primer lugar un
diseño de la marca del chocolate. En segundo
lugar, se determinó el perfil del consumidor del
producto. Posteriormente se analizó el modelo
de negocio más adecuado para el producto y
finalmente se realizó un análisis de la
competencia.
6.1 Diseño de marca
En primer lugar, definimos un diseño para la
marca en donde definimos el logo, slogan y
diseño de empaque. El nombre escogido para el
producto fue Kakaowa, ya que la parte Kakao
hace referencia a la manteca de cacao y en sí al
chocolate como tal, y la parte wa hace
referencia a la palabra agua en inglés “wáter”.
Es decir que la palabra Kakaowa representa de
cierta manera que este producto es elaborado a
partir de una emulsión de agua en manteca de
cacao. Por otro lado, el slogan de la marca se
escogió de tal forma que sonara llamativo para
el consumidor y mostrara el objetivo principal
del chocolate: reducir las calorías que este
aporta. Por esta razón el slogan escogido fue:
“Kakaowa: El doble de placer, la mitad de las
calorías”.
Por otro lado, la aprobación del diseño de la
marca fue medida mediante una encuesta a 30
personas aleatorias en donde se les pidió
evaluar el concepto de la marca, el logo, slogan
y diseño, y con base a esto se obtuvo un 90% de
aprobación por parte de los encuestados. En la
figura 10 se puede ver el diseño del empaque
escogido junto con el del diseño del logo.
Figura 10. Diseño de empaque del
chocolate Kakaowa
6.2 Definición del perfil del consumidor
Por otro lado, se realizó un análisis del perfil del
consumidor potencial de nuestro producto y se
concluyó que el consumidor de Kakaowa se
caracteriza principalmente por tener
gran gusto al chocolate. Son hombres y
mujeres de 15 a 50 años, de estratos
3, 4, 5 y 6. Sin embargo, para hacer más clara
esta caracterización, se decidido dividir al
consumidor en dos perfiles:
Consumidor Fitness
El primer consumidor es aquel con un interés y
una alimentación balanceada, que
normalmente busca alcanzar un objetivo físico
sin dejar de
disfrutar su alimentación. Normalmente es una
persona que hace ejercicio todos los días,
buscando así en Kakaowa una forma de comer
chocolate sin descuidar su salud.
Amantes del Chocolate
El segundo consumidor, es aquel que es amante
del sabor y la textura del chocolate. Tiende a
consumir este producto varias veces al año,
siendo este su primera elección cuando se trata
de decidir qué postre comer. Por ello también
está dispuesto a comprar Kakaowa, pues
obtiene las
mismas características organolépticas de un
chocolate normal, pero puede comer este sin
remordimientos por sus niveles bajos de grasa
y calorías.
6.2.1 Variables perfil de consumidor:
Recopilando la definición del perfil del
consumidor, se definieron concretamente las
variables MICA (Motivación, Intención de
compra, Capacidad de compra y Acceso) del
perfil del consumidor de nuestro producto:
Motivación/Interés:
• Interés por productos
saludables.
• Interés por el chocolate.
Intención de compra:
• Buscar alcanzar un objetivo
físico.
• Disfrutar de alimento.
• Rico y de calidad con un bajo
aporte de calorías.
Capacidad de compra:
• Pertenecer a estratos de 3 en
adelante.
• Contar con un dispositivo con
conexión a internet.
Acceso para sus consumidores:
• Lugar de residencia en
Colombia.
• Personas dispuestas a pagar
envío a en caso de adquirir el producto
online.
6.3 Modelo de negocio
En este orden de ideas, se decidió estructurar el
modelo de negocio que se busca obtener con
Kakaowa. Nuestro modelo de negocio se
plantea mediante la venta directa ya que
buscamos poder comercializar nuestro
producto directamente a nuestro consumidor
final (B2C). En un principio se planeta con un
vendedor independiente para generar una
relación de confianza con nuestros potenciales
clientes. Después de darnos a conocer y
posicionarnos, se podría migrar a los
intermediarios (B2B) tales como Fitchoices,
Fitmarket, Gastronomy Market, entre otros. Y
así a largo plazo poder llegar a supermercados
de cadena como Carulla, Jumbo o Éxito. Todo
lo anterior, con el propósito de incentivar la
compra de chocolates saludables donde se
suplan las diferentes necesidades del
consumidor.
Este modelo de negocio es el más apropiado
para nuestro producto, ya que nos permite
conocer de primera mano el tipo de cliente con
el cual estaríamos tratando para así poder
conocer y suplir sus necesidades. A su vez, este
modelo de negocio nos permite construir una
relación más cercana con la cliente basada en la
confianza, en donde el cliente tenga la certeza
de que la propuesta de valor se lleva acabo y
que el producto será fiel a lo que propone,
cuidando de la salud sin dejar a un lado el sabor
y la calidad del chocolate.
Dentro de nuestro modelo de negocio es
esencial mantener nuestro proceso productivo
fiel a su planteamiento, teniendo en cuenta es
un desarrollo con características especiales y
diferentes a las de las demás empresas de
chocolates, lo que hace que este aspecto tenga
especial cuidado. Sin embargo, lo ideal sería
mantenernos en el canal de ventas directas para
mantener nuestras relaciones con los clientes,
pero de ser necesario este canal de ventas
podría migar a un modelo de negocio de
publicidad donde sea por medio de personas
reconocidas en el mundo fit, como deportistas
o influencers, para brindarle un mayor
reconocimiento y posicionamiento a la marca
en un mercado especifico.
La representación gráfica de este modelo de
negocio se puede encontrar en anexos.
6.4 Análisis de competencia
Teniendo en cuenta la información encontrada
en la base de datos Passport acerca de la
Industria de Confitería de chocolate en
Colombia para el 2020 [31], fue posible realizar
una estimación aproximada del tamaño del
mercado potencial, disponible y objetivo de
nuestro producto. En primer lugar, se determina
como mercado potencial al mercado total de
chocolates en Colombia debido a que en este
mercado se encuentran consumidores de
chocolates tradicionales que cuentan con un
interés y capacidad de compra similar al de
nuestro perfil de consumidor. Según el reporte
de Passport, el tamaño de mercado de
chocolates en Colombia para el 2020 es de
aproximadamente 722 billones de pesos
colombianos en donde 306,7 billones
corresponde a la venta de barras de chocolates,
por lo cual se fijó este valor como el tamaño de
nuestro mercado potencial.
Por otro lado, se determinó como
mercado disponible al mercado de chocolates
saludables en Colombia, debido a que en este se
encuentran los consumidores que cumplen con
las 8 características mencionadas
anteriormente de nuestro perfil de consumidor
en cuanto a la motivación o interés, intención
de compra, capacidad de compra y acceso al
producto. Para calcular el tamaño de este
mercado disponible, se tomaron los porcentajes
de participación de las marcas de chocolates
saludables en el mercado total de chocolates, es
decir en el mercado potencial, y con estos, se
determinó la cantidad total de ventas para cada
una de estas marcas. La suma total de las ventas
de las marcas que hacen parte de este
mercado determina el tamaño del mercado
disponible, siendo este de 9,385 billones de
pesos colombianos. Ahora bien, para calcular el
tamaño de nuestro mercado objetivo,
se estimó la cantidad de participación en el
mercado potencial que se busca tener con
nuestro producto y así se determinó que el
tamaño de nuestro mercado objetivo es de
aproximadamente 1,22 billones de pesos
colombianos.
Tabla 9. Tamaño de mercado y participación
en el mercado de competencia directa
Tamaño del mercado de chocolates en barra
en Colombia 2020
306,
7
Bill
one
s
Marca Porcentaje de participación
mercado de chocolates total
Total de
ventas en
billones
Participación
mercado chocolates
saludables
JetLyne
1,20% 3,6804 39,2%
ChocoL
yne
0,80% 2,4536 26,1%
Lök 0,33% 1,01211 10,8%
WakeU
p
0,33% 1,01211 10,8%
Kakao
wa
0,4% 1,2268 13,1%
Tamaño de mercado de
chocolates saludable 2020
9,38502
Teniendo esto en cuenta, se puede concluir que
existe una gran oportunidad en el mercado de
chocolates saludables ya que hoy en día son
muy pocas las marcas de chocolates que están
ofreciendo una alternativa baja en calorías y
aun no existe un chocolate elaborado a partir de
una emulsión en el mercado. Adicionalmente,
Kakaowa puede llegar a alcanzar una
participación en el mercado relativamente alta
en comparación con las otras marcas que ya
existen en el mercado llegando a obtener un
total de ventas de aproximadamente 1,2
billones de pesos.
7. Conclusiones
A partir del estudio realizado se demostró que
es posible crear una emulsión estable de agua
en manteca de cacao donde el tamaño de gota
de la emulsión no supere los 10 μm y esta
cristalice en una forma polimórfica V. Se puede
concluir que el porcentaje de PGPR en la
emulsión es el factor más determinante a la hora
de evaluar tanto el tamaño de gota de agua en la
emulsión, como al evaluar la temperatura de
fusión. Así mismo la interacción que existe
entre el PGPR y el agua es de vital importancia
ya que sí existe un menor número de gotas de
agua, se necesita un menor número de
moléculas de PGPR para interactuar con las
cadenas insaturadas de los TAG.
Adicional a esto, se llegó a la conclusión de que
la formulación de la emulsión óptima para este
estudio se obtiene con un porcentaje de agua del
20%, un porcentaje de PGPR del 0,05% y una
velocidad de agitación de 1350 rpm. Y
posteriormente se demostró que mediante esta
emulsión de agua en manteca de cacao es
posible reemplazar parcialmente la grasa del
chocolate de manera efectiva sin afectar
drásticamente las características microscópicas
del chocolate convencional, pues con esta
formulación se logró un tamaño de gota y una
temperatura de fusión adecuada. Sin embargo,
no se obtuvo la dureza característica de un
chocolate tradicional. Al comparar el chocolate
elaborado a partir de este estudio con un
chocolate tradicional se pudo evidenciar que la
adición de agua en la formulación disminuye la
dureza del chocolate ya que el agua aumenta el
número de defectos estructurales, de manera
que se facilita la deformación y se necesita
menos energía para fracturar la muestra. Sin
embargo, con la formulación desarrollada no se
alcanza a entrar dentro del rango de dureza
esperado para un chocolate convencional
oscuro. Por esta razón, es indispensable validar
a futuro con un grupo de estudio determinado,
si la textura del chocolate realizado es aceptable
o no por el paladar del consumidor.
Finalmente, a partir de este estudio fue posible
determinar que efectivamente existe una gran
oportunidad en el mercado de lanzar este
producto a un segmento de mercado especifico
ya que cuenta con una propuesta de valor
diferente e innovadora. Además, se identificó
que existe una oportunidad debido al gran
porcentaje de participación que podría tomar la
marca dentro del mercado de chocolates
saludables, el cual se estima que siga
aumentando drásticamente en los próximos
años.
8. Trabajo futuro
En los estudios futuros se buscará determinar el
punto máximo de agua y el punto mínimo de
PGPR en donde se pueda reemplazar la mayor
cantidad de manteca de cacao sin comprometer
la estabilidad de la emulsión, ni el tamaño de
gota de agua. Además de esto, también se podrá
determinar los porcentajes óptimos de las
variables para no comprometer la dureza y
acercarla más a los chocolates convencionales
del mercado. Adicionalmente, se podrían
estudiar algunas propiedades macroscópicas
alternas a la dureza, tales como el color, el sabor
y la validación sensorial del chocolate con un
consumidor y algunas variables alternas a las
estudiadas en esta investigación tales como la
temperatura de las etapas y los tiempos de
agitación.
9. Bibliografía
[1] “Beckett’s Industrial Chocolate
Manufacture and Use - Beckett’s Industrial
Chocolate Manufacture and Use - Wiley
Online Library.” https://onlinelibrary-wiley-
com.ezproxy.uniandes.edu.co:8443/doi/pdf/10.
1002/9781118923597 (Accedido en Mar. 20,
2021).
[2] A. Valenzuela B., “El chocolate, un
placer saludable,” Revista Chilena de
Nutrición, vol. 34, no. 3. Sociedad Chilena de
Nutrición, Bromatología y Toxicología, pp.
180–190, Sep. 2007, doi: 10.4067/s0717-
75182007000300001.
[3] “(PDF) CHOCOLATE
PROCESSING.”
https://www.researchgate.net/publication/3301
71165_CHOCOLATE_PROCESSING
(Accedido en Mar. 20, 2021).
[4] “Chocolate Confectionery Market
Size, Share, Growth & Trends, 2027.”
https://www.fortunebusinessinsights.com/indu
stry-reports/chocolate-confectionery-market-
100539 (Accedido en Mar. 20, 2021).
[5] “Análisis del mercado de comida
saludable en Bogotá.” [Online]. Available:
https://1library.co/document/yje2d7kq-
analisis-del-mercado-de-comida-saludable-en-
bogota.html?utm_source=related_list.
[Accedido en: 20-Mar-2021].
[6] “Obesidad y sobrepeso.”
https://www.who.int/es/news-room/fact-
sheets/detail/obesity-and-overweight
(Accedido en Mar. 20, 2021).
[7] J. O. Hill, H. R. Wyatt, and J. C.
Peters, “Energy balance and obesity,”
Circulation, vol. 126, no. 1, pp. 126–132, Jul.
2012, doi:
10.1161/CIRCULATIONAHA.111.087213.
[8] J. Muñoz and M. del Carmen Alfaro
Isabel Zapata, “Avances en la formulación de
emulsiones.”
[9] “Vista de EMULSIONES EN
ALIMENTOS Y SUS APLICACIONES.”
http://presenciauniversitaria.uanl.mx/index.ph
p/pu/article/view/33/32 (Accedido en Mar. 20,
2021).
[10] “Food Emulsions: Principles,
Practices, and Techniques, Third Edition -.”
https://www.routledge.com/Food-Emulsions-
Principles-Practices-and-Techniques-Third-
Edition/McClements/p/book/9781498726689
(Accedido en Mar. 20, 2021)
[11] V. Prosapio and I. T. Norton,
“Development of fat-reduced chocolate by
using water-in-cocoa butter emulsions,” J.
Food Eng., vol. 261, no. June, pp. 165–170,
2019, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2019.06.018.
[12] A. Sullo, M. Arellano, and I. T. Norton,
“Formulation engineering of water in cocoa -
Butter emulsion,” J. Food Eng., vol. 142, pp.
100–110, 2014, doi:
10.1016/j.jfoodeng.2014.05.
[13] J. E. Norton and P. J. Fryer,
“Investigation of changes in formulation and
processing parameters on the physical
properties of cocoa butter emulsions,” 2012,
doi: 10.1016/j.jfoodeng.2012.05.025.
[14] J. C. M. Rivas, K. Zelga, Y. Schneider,
and H. Rohm, “Phase Transition Stability of
Cocoa Butter Emulsions,” Food Biophys., vol.
11, no. 4, pp. 361–369, 2016, doi:
10.1007/s11483-016-9450-7.
[15] J. E. Norton, P. J. Fryer, J. Parkinson,
and P. W. Cox, “Development and
characterisation of tempered cocoa butter
emulsions containing up to 60% water,” J.
Food Eng., vol. 95, no. 1, pp. 172–178, 2009,
doi: 10.1016/j.jfoodeng.2009.04.026.
[16] “Jet lyne - Chocolates JET.”
https://www.chocolatesjet.com/productos/jet-
lyne/ (Accedido en Mar. 20, 2021).
[17] “Food Label Claims and Guidelines ::
Provided by MyFoodDiary.com.”
https://www.myfooddiary.com/Resources/labe
l_claims.asp (Accedido en Mar. 20, 2021).
[18] R. P. Aidoo, F. Depypere, E. O.
Afoakwa, and K. Dewettinck, “Industrial
manufacture of sugar-free chocolates -
Applicability of alternative sweeteners and
carbohydrate polymers as raw materials in
product development,” Trends in Food
Science and Technology, vol. 32, no. 2. pp.
84–96, Aug. 2013, doi:
10.1016/j.tifs.2013.05.008.
[19] “Calorimetría Diferencial de Barrido
(DSC) – guíalab.” [Online]. Available:
https://www.guialab.com.ar/notas-
tecnicas/calorimetria-diferencial-de-barrido-
dsc/. [Accedido en: 20-Mar-2021].
[20] “Mastersizer | Laser Diffraction
Particle Size Analyzers | Malvern Panalytical.”
https://www.malvernpanalytical.com/en/produ
cts/product-range/mastersizer-
range?campaignid=32743320&adgroupid=110
6979900&creative=328687395069&keyword=
mastersizer&matchtype=e&network=g&devic
e=c&gclid=Cj0KCQjwutaCBhDfARIsAJHWn
HuPyAbF3h9prCOL-xx95f2-Hfa9UK-
E7PmDaEJdcn3lVFWsQKU9xo0aAuKzEAL
w_wcB (Accedido en Mar. 20, 2021).
[21] “Fracture and Bend Testing | Texture
Analyser.”
https://www.stablemicrosystems.com/fracture-
and-bend-testing.html (Accedido en Mar. 20,
2021).
[22] V. Di Bari, W. Macnaughtan, J.
Norton, A. Sullo, and I. Norton,
“Crystallisation in water-in-cocoa butter
emulsions: Role of the dispersed phase on fat
crystallisation and polymorphic transition,”
Food Struct., vol. 12, pp. 82–93, 2017, doi:
10.1016/j.foostr.2016.10.001.
[23] G. C. Chire-Fajardo, M. O. Ureña-
Peralta, S. M. García-Torres, and R. W.
Hartel, “Optimización de la formulación de
chocolate oscuro a partir de la mezcla de
granos de cacao y contenido de cacao
aplicando método de superficie de respuesta,”
Enfoque UTE, vol. 10, no. 3, pp. 42–54, Sep.
2019, doi: 10.29019/ENFOQUE.V10N3.432.
[24] G. C. Chire-Fajardo et al.,
“Assessment of physical and physicochemical
quality of main chocolates traded in Peru,”
Acta Agronómica, vol. 66, no. 2, pp. 164–171,
2017, doi: 10.15446/ACAG.V66N2.53779
[25] A. Alvis, L. Pérez, and G. Arrazola,
“Determinación de las Propiedades de Textura
de Tabletas de Chocolate Mediante Técnicas
Instrumentales,” Inf. tecnológica, vol. 22, no.
3, pp. 11–18, 2011, doi: 10.4067/S0718-
07642011000300003.
[26] V. di Bari, A. Sullo, J. Norton, and I.
Norton, “Material properties of cocoa butter
emulsions: Effect of dispersed phase droplet
size and compression speed on mechanical
response,” Colloids Surfaces A Physicochem.
Eng. Asp., vol. 575, pp. 292–298, Aug. 2019,
doi: 10.1016/J.COLSURFA.2019.04.028.
[27] W. I. W. Aidah, A. A. Azis, K.
Roselina, and S. Sabariah, “Development and
Characterisation of Thermo-Resistant Milk
Chocolate Containing Cocoa Butter
Emulsion,” Middle-East J. Sci. Res., vol. 21,
no. 6, pp. 968–974, 2014, doi:
10.5829/idosi.mejsr.2014.21.06.21550.
[28] M. Codini, F. Díaz Vélez, M. Ghirardi,
and I. Villavicencio, “Obtención y utilización
de la manteca de cacao,” Invenio, vol. 7, no.
12, pp. 143–148, 2004.
[29] “(PDF) Factores que inciden en la calidad
sensorial del chocolate.”
https://www.researchgate.net/publication/2366
06348_Factores_que_inciden_en_la_calidad_s
ensorial_del_chocolate (Accedido en jul. 06,
2021).
[30] A. Gomez, “Formulación y
caracterización de nano-emulsiones de aceite
de parafina tipo agua-en-aceite (W/O)”, mayo
2014
[31]Euromonitor, “Chocolate Confectionery in
Colombia: Country report”, 2020. [conjunto de
datos]. https://www-portal-euromonitor-
com.ezproxy.uniandes.edu.co:8443/portal/anal
ysis/tab
[32] “Estudio de la Estabilidad Temporal de
Emulsiones Inversas Altamente Concentradas
Mediante la Variación de la Relación Aceite:
Tensoactivo y la,” 2009.
Anexos
1. Canvas del modelo de negocio de Kakaowa