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vector Manizales (Colombia) Vol. 10 122 p. enero - diciembre 2015 ISSN 1909 - 7891

Comité técnico:

Juan David Giraldo MárquezCoordinador comité técnico

Raúl Andrés Jaramillo EchavarríaCorrector de estilo

Silvia L. SpaggiariTraductora

Juan David López GonzálezDiagramación

Carlos Eduardo Tavera PinzónSoporte Tecnológico

Editado por:Universidad de Caldas

Vicerrectoría de Investigaciones y Postgrados

E-mail:[email protected]

[email protected]://vector.ucaldas.edu.co

Manizales, Colombia

La responsabilidad de lo expresado en cada artículo es exclusiva del autor y no expresa ni compromete la posición de la revista. El contenido de esta publicación puede reproducirse citando la fuente.

Revista

ISSN 1909-7891 Fundada en 2006

Periodicidad AnualTiraje 50 ejemplaresVolumen 10, 122 p.

enero - diciembre, 2015Manizales - Colombia.

RectorFelipe Cesar Londoño López

Vicerrector AcadémicoOrlando Londoño Betancourt

Vicerrectora de Investigaciones y Postgrados

Luisa Fernanda Giraldo Zuluaga

Vicerrectora AdministrativaPatricia Elena Cárdenas Atehortúa

Vicerrector de ProyecciónAndrés Felipe Betancourth López

DirectorIng. Julio César Caicedo-Eraso, Ph.D.

Universidad de Caldas

Comité Editorial

Ph.D. Victor Manuel Gelvez OrdoñezUniversidad de Pamplona

Ph.D. Jorge Alberto Jaramillo Garzón

Instituto Tecnológico Metropolitano

Mg. Félix Octavio Díaz ArangoUniversidad de Caldas

Mg. Marcelo Herrera González


Comité Científico

Ph.D. Cristian Iván Pinzón TrejosUniversidad Tecnológica de Panamá

Ph.D. Antonio Gonzalez Torres

Universidad Latinoamericana de Ciencia y Tecnología (Costa Rica)

Ph.D. Paola Andrea Gómez Buitrago

Universidad del Cauca

Mg. John Jairo Ramírez EcheverryUniversidad Nacional de Colombia

Ph.D. Luis Fernando Castillo Ossa


Ph.D. Marcelo López TrujilloUniversidad de Caldas

Ing. Diana Rocio Varón Serna


REVISTA VECTOR

La revista Vector sale a la luz en noviembre del año 2006 como un órgano de difusión de las actividades docentes, científicas y tecnológicas llevadas a cabo por el talento humano de la comunidad ingenieril nacional e internacional.

Tienen cabida en estas páginas escritos relacionados con investigaciones científicas, desarrollos tecnológicos originales e inéditos, así como los artículos de revisión y actualización, reportes de casos, y demás trabajos en diferentes disciplinas relacionadas con la ingeniería y las ciencias aplicadas que contribuyen a su desarrollo.

La presente publicación está dirigida a la comunidad global interesada en la investigación, desarrollo, aplicación y difusión del conocimiento, por lo que los artículos aquí publicados pueden ser reproducidos total o parcialmente por cualquier medio, siempre y cuando se de el crédito respectivo a su autor.

Editorial

Ingeniería de Alimentos

Viabilidad de levaduras y bacterias conservadas por liofilización: efecto de agentes lioprotectoresViability of yeast and bacteria preserved by lyophilization: Effect of lyoprotectant agentsLuis C. Ávila Rincón, Javier M. Naranjo Vasco, Juan C. Higuita Vásquez

Evaluación instrumental de los parámetros de textura de galletas de limónInstrumental evaluation of lemon cookies texture parametersJosé David Torres González, Ramiro Torres Gallo, Diofanor Acevedo Correa, Luis Alberto Gallo-García

Caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionalesCharacterization of sausages made from non-traditional raw materialsLuis Alberto Gallo-García, Piedad Margarita Montero Castillo, Diofanor Acevedo Correa, Diego Felipe Tirado Armesto, José David Torres González

Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, VenezuelaMicrobiological quality of homemade ice cream sold outside educational institutions in Ciudad Bolívar, VenezuelaCarmen Rodríguez, Paola Reyes, Edermar Arrieta

Diseño de un sistema de aseguramiento de la inocuidad en una empresa procesadora de leches en el departamento de CaldasDesign of a safety assurance system in a milk processing company in the department of CaldasFélix Octavio Díaz-Arango, Julio César Caicedo-Eraso, Luis Fernando Mejía-Gutiérrez

Análisis del proceso de innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de ManizalesAnalysis of product innovation process in MSMEs of the Fondo Emprender in the food sector of ManizalesGloria Patricia Castillo Ossa

Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el municipio de AránzazuPhysicochemical and sensory characterization of Andean blackberry (Rubus glaucus Benth) liquor produced in the municipality of AranzazuLuis Fernando Mejía-Gutiérrez, Félix Octavio Díaz-Arango, Julio César Caicedo-Eraso

Ingeniería Química

Design of a production plant of LDPE in ColombiaDiseño de una planta de LDPE en ColombiaCristian Felipe Jimenez-Varon, Reinel Tabares Soto

Sistemas fotocatalíticos para el tratamiento de VOCs en corrientes gaseosas: aspectos básicos y aplicacionesPhotocatalytic systems for the treatment of VOCs in gaseous streams: basic aspects and applications (review)Fidel Granda, Gina Hincapié Mejía

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TABLA DE CONTENIDO Pág.

vector Manizales (Colombia) Vol. 10 122 p. enero - diciembre 2015 ISSN 1909 - 7891

Ingenierías Eléctrica y Electrónica

Análisis del comportamiento de la densidad de electrones en la ionosfera durante un terremotoAnalysis of the behavior of electron density in the ionosphere during an earthquakeSebastián Orjuela, Daniel A. Molina, Frank Y. Zapata

Generador eólico como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENAWind Power Generator Project as Cultural and Technological Exchange between Flathead Valley Community College in Montana and Industrial Automation Center at SENARubén Darío Cárdenas Espinosa

Sistema de control de variables de temperatura y humedad relativa para el laboratorio de agromática del SENA CartagoTemperature and relative humidity variables control system for the agromatic laboratory at SENA, CartagoRubén Darío Cárdenas Espinosaa*, Diana Yamileth Velásquez Maldonadob, Carlos Andrés Rodríguez Pérez

Ingeniería de Sistemas y Computación

Somatic MarkerBot - bots con emociones artificiales basados en CBR y la teoría de DamasioSomatic MarkerBot - Bots with artificial emotions based on CBR and the theory of DamasioJavier Olmos Lanzeta, Manuel Glez Bedia, Luis F. Castillo, Gustavo A. Isaza, Jeferson Arango

Ingeniería Logística

Infraestructuras y turismo de salud: desafíos de la industria hoteleraInfrastructure and health tourism: Challenges for the hotel industryAgustin Arieu

Instrucciones para la publicación de artículosGuide for authors

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La Revista Vector se complace en presentar catorce artículos de su volumen 10 correspondientes a temas en ingeniería de alimentos, ingeniería química, ingeniería eléctrica y electrónica, ingeniería de sistemas y computación e ingeniería administrativa.

En la sección de ingeniería de alimentos presentamos siete artículos, iniciamos con: “Viabilidad de levaduras y bacterias conservadas por liofilización: efecto de agentes lioprotectores”, donde se analizan cuatro formulaciones de lioprotectores para la conservación de levaduras y bacterias. En el siguiente artículo: “Evaluación instrumental de los parámetros de textura de galletas de limón”, se evalúan los parámetros de textura de galletas de limón provenientes del municipio de Cereté (Córdoba) a través de pruebas instrumentales, composición proximal y análisis sensorial. Como tercer artículo tenemos: “Caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales”, donde se revisa la importancia de la carne, la producción, el bienestar animal y la caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales. Continuamos con: “Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela”, donde se determinó los microorganismos indicadores de calidad sanitaria en helados artesanales, expendidos en las afueras de instituciones educativas de Ciudad Bolívar. En quinto lugar, se presenta el artículo: “Diseño de un sistema de aseguramiento de la inocuidad en una empresa procesadora de leches en el departamento de Caldas”, donde se muestra el proceso de certificación en el sistema HACCP, mejorando las condiciones higiénicas de producción y procesamiento de leche cruda y leche pasteurizada, perfeccionando la calidad del producto terminado y la competitividad de la empresa en el mercado regional y nacional de los procesadores de leche. Continuamos con: “Análisis del proceso de innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de Manizales”, donde se determina cuáles son las categorías que contribuyen a la innovación en producto de las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de la ciudad de Manizales. Finalizamos la sección de artículos de ingeniería de alimentos con: “Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el municipio de Aránzazu”, que propone la industrialización de los excedentes de un producto autóctono, haciendo uso del conocimiento tradicional de los productores y técnico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Caldas, a través de la realización de ensayos de obtención de licores con mostos a diferentes proporciones de pulpa, los cuales fueron evaluados sensorialmente por un panel semientrenado con el fin de decidir qué tipo de formulación debe utilizarse en el proceso que se desarrollará en la bodega que actualmente tienen para dicho fin los mencionados productores.

Continuamos con la sección de ingeniería química, donde presentamos dos artículos. En primer lugar: “Design of a production plant of LDPE in Colombia”, que muestra un estudio sobre la producción de polietileno como un producto de la reacción de polimerización del monómero de etileno, un análisis exhaustivo de su producción, materias primas y del catalizador necesario para llevar a cabo esta reacción. En segundo lugar: “Sistemas fotocatalíticos para el tratamiento de VOCs en corrientes gaseosas: aspectos básicos y aplicaciones”, presenta los aspectos básicos de la fotocatálisis heterogénea en fase gaseosa, el concepto de fotorreactores y el desarrollo de los mismos tanto en sus inicios como su evolución en la búsqueda de mejores eficiencias de remoción y optimización de fuentes de irradiación.

La sección de ingenierías eléctrica y electrónica incluye tres artículos. Inicia con: “Análisis del comportamiento de la densidad de electrones en la ionosfera durante un terremoto”, el cual apoyado en el análisis del comportamiento de los electrones en la ionosfera durante los terremotos ocurridos en Sichuan (2008), Samoa (2009) y Haití (2010) muestra cómo identificar patrones que permitan intuir el comportamiento de los electrones antes, durante y después de un terremoto presentando el futuro en la predicción y el entendimiento de estos fenómenos naturales. En segundo lugar: “Generador eólico como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENA”, donde se analiza

Cómo citar este artículo:Caicedo-Eraso J.C. (2015). Editorial. Revista Vector, 10: 5-6.

EDITORIAL

el diseño de un sistema de generación de energía eólica, utilizando máquinas. Se finaliza esta sección con el artículo: “Sistema de control de variables de temperatura y humedad relativa para el laboratorio de agromática del SENA Cartago”, donde se diseñó un sistema de control de invernadero con tecnología Arduino para el monitoreo y el control de temperatura, así como la humedad relativa para el cultivo de tomate.

La sección de ingeniería de sistemas y computación cuenta con el artículo: “Somatic MarkerBot, bots con emociones artificiales basados en CBR y la teoría de Damasio”, el cual presenta el diseño de los bots virtuales con redes neuronales recurrentes de tiempo continuo como controladores de los personajes no controlados en el marco de un videojuego específico.

Finalizamos con la sección de ingeniería logística, la cual presenta el artículo: “Infraestructuras y turismo de salud: desafíos de la industria hotelera”, que presenta el análisis sobre la consolidación del rubro salud como segmento turístico que genera oportunidades para los actores de esta industria, en especial para la industria hotelera; la cual requerirá de ciertas adecuaciones particularmente en términos edilicios y de servicio.

Ing. Ph.D. Julio César Caicedo-ErasoEditor Revista Vector

Profesor Asociado, Universidad de Caldas.

1. Introducción

La liofilización es un método que se usa con gran frecuencia para la conservación y almacenamiento de muestras biológicas. Consiste fundamentalmente en extraer por sublimación, bajo condiciones de alto vacío, el agua de las células congeladas para detener su metabolismo y así poder ser conservadas a temperatura ambiente por largos períodos de tiempo.

Vector 10 (2015) 7 - 13ISSN 1909 - 7891

Viabilidad de levaduras y bacterias conservadas por liofilización: efecto de agentes lioprotectores

Luis C. Ávila Rincóna*, Javier M. Naranjo Vascob, Juan C. Higuita Vásquezc

a Ingeniero Físico, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.b Ingeniero Químico, Ph.D. Programa de Ingeniería Ambiental, Universidad Católica de Manizales.

c Microbiólogo, Ph.D. Departamento de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.

Recibido: 23/09/2015. Aprobado: 10/11/2015.

* Autor de correspondencia. E-mail: [email protected] (L. Ávila)

ResumenLa liofilización es un método ampliamente utilizado para la conservación de microorganismos debido a que permite que estos manten-gan su viabilidad a temperatura ambiente por largos períodos de tiempo con una buena estabilidad genética. Dado que es un proceso físico de deshidratación, donde el agua pasa por diferentes fases, las células pueden verse afectadas estructuralmente disminuyendo su viabilidad. Es por esto que es muy importante el uso de agentes lioprotectores y condiciones de liofilización adecuadas para cada tipo de microorganismos. En este artículo se analizan cuatro formulaciones de lioprotectores reportadas en la literatura para la conservación de levaduras y bacterias, comprobando el efecto lioprotector de la leche descremada más trehalosa en cepas de Saccharomyces cerevisiae y Pichia stipitis, así como de la miel de abejas en cepas de Bacillus megaterium y Cupriavidus necator, con porcentajes de viabilidad entre 85 % y 94 % después de la liofilización. Además, de establecer las mejores condiciones de liofilización para dichos microorganismos, se presenta una discusión sobre las diferentes teorías del mecanismo de acción de los lioprotectores y su interacción con las células buscando posibles explicaciones sobre el desempeño de los agentes lioprotectores utilizados (inositol, miel de abejas, leche descremada y trehalosa).

Palabras clave: conservación, liofilización, lioprotectores, bacterias, levaduras.

Viability of yeast and bacteria preserved by lyophilization: Effect of lyoprotectant agentsAbstractLyophilization is a widely used method for preserving microorganisms because it allows them to maintain their viability at room temperature for long periods of time with good genetic stability. Since it is a physical process of dehydration where the water passes through different phases, cells may be affected structurally decreasing viability. This is why it is very important to use lyoprotectant agents and lyophilization conditions for each type of microorganisms. Four lyoprotectant formulations reported in the literature for the conservation of yeast and bacteria are analyzed in this article checking the lyoprotectant effect of skim milk plus trehalose on Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis strains as well as the protective effect of bee honey on Bacillus megaterium and Cupriavidus necator strains, with viability percentages for both yeast and bacteria between 85 % and 93 % after lyophilization. Besides establishing the best lyophilization conditions for these microorganisms, a discussion for the different theories of the lyoprotectors mechanism of action and their interaction with cells for possible explanations of the performance of lyoprotectant agents used (inositol, bee honey, skim milk and trehalose) is presented.

Key words: preservation, lyophilization, lyoprotectant, bacteria, yeasts.

Cómo citar este artículo:Ávila Rincón L.C., Naranjo Vasco J.M., Higuita Vásquez J.C. (2015). Viabilidad de levaduras y bacterias conservadas por liofilización: efecto de agentes lioprotectores. Revista Vector, 10: 7-13.

Sin embargo, este método presenta efectos indeseados en las células preservadas tales como destrucción de su estructura celular debido a la formación de cristales de hielo intracelular y extracelular, daño por deshidratación excesiva, daño celular por incremento en la concentración de solutos dentro de la célula gracias a la pérdida de agua provocando un gradiente osmótico perjudicial entre otros (Morgan et al., 2006; Berny y Hennebert, 1991; MacKenzie, 1977).

Para controlar estos efectos, además de la selección de una rampa de congelación y sublimación adecuadas, se emplean diferentes sustancias denominadas

Luis C. Ávila Rincóna, Javier M. Naranjo Vasco, Juan C. Higuita Vásquez / Vector 10 (2015) 7-13

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lioprotectores los cuales protegen a las células de los daños causados durante la liofilización. Algunos disacáridos (trehalosa, lactosa, maltosa y sacarosa) (Leslie et al., 1995; Muñoz-Rojas et al., 2006; Palmfeldt et al., 2003), la leche descremada y diversos polialcoholes, han mostrado gran eficacia como agentes lioprotectores (Berny y Hennebert, 1991; MacKenzie, 1977).

Hasta el momento se han propuesto diferentes teorías sobre el mecanismo de acción de los lioprotectores en las células liofilizadas. En el caso de los disacáridos, se plantea que estos protegen a las células al sustituir a las moléculas de agua durante el proceso de liofilización (Leslie et al., 1995; Crowe et al., 2003). De esta forma las células no pasan de su estado de cristal líquido a la fase de gel y mantienen su estructura celular intacta (Leslie et al., 1995), lo cual posibilita que la membrana no sufra rupturas durante el proceso de liofilización y/o rehidratación.

La efectividad de los agentes lioprotectores varía de acuerdo al microorganismo a preservar sin embargo, aunque se han propuesto diferentes teorías sobre el mecanismo de protección de las diferentes sustancias, aún no hay un consenso en la literatura científica sobre el mecanismo de acción de estos agentes; por tanto, no hay una última palabra en cuanto a la designación de un lioprotector efectivo para una cepa microbiana determinada (Morales-García et al., 2010).

En este artículo se analizan cuatro de los principales agentes lioprotectores en diferentes formulaciones reportados en la literatura para la conservación de las bacterias Bacillus megaterium y Cupriavidus necator, así como las levaduras Saccharomyces cerevisiae y Pichia stipitis, por medio de liofilización, verificando su efecto en el porcentaje de viabilidad de estas cepas después de ser sometidas a un proceso de secado por liofilización.

2. Materiales y métodos

Crecimiento microbianoCada microorganismo a evaluar fue tomado de la

colección del laboratorio de microbiología del Instituto de Biotecnología y Agroindustria de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Estos fueron crecidos a 31 °C por 24 horas para levaduras y 48 horas para bacterias, con agitación magnética a 120 rpm en dos medios formulados: caldo extracto de malta para levaduras y caldo nutritivo para bacterias.

Microorganismos a evaluar

Saccharomyces cerevisiae: levadura de amplio uso como modelo biológico y como agente para la

producción de bioetanol, cerveza, pan y vino, gracias a su capacidad de generar dióxido de carbono y etanol durante el proceso de fermentación (Madrigal et al., 2013).

Pichia stipitis: también conocido como Scheffersomyces stipitis, levadura empleada en la producción de etanol a través de la fermentación de xilosa y producción de ácido láctico (Martínez et al., 2008).

Bacillus megaterium: bacteria Gram-positiva utilizada en la producción de piruvato, vitamina B12, fármacos con propiedades fungicidas y antivirales, enzimas y deshidrogenasas de aminoácidos y polihidroxialcanoatos (Foster y Litchfield, 1964; Naranjo et al., 2013).

Cupriavidus necator: también conocida como Ralstonia eutropha , bacter ia Gram-negativa utilizada en la producción de biopolímeros de tipo polihidroxialcanoato (PHA), hidrogenasas e isobutanol (Foster y Litchfield, 1964; Naranjo, 2010).

Agentes lioprotectores a evaluarCuatro medios de suspensión fueron evaluados

como agentes lioprotectores, su composición expresada en % (p/v) en agua desionizada es la siguiente:

Miel de abejas 10 %.Leche descremada en polvo 10 %.Trehalosa 10 %.Inositol 10 %.

La elección de los agentes lioprotectores a evaluar y su composición en peso volumen fueron determinadas por los datos reportados por Berny y Hennebert (1991) y Day y Staecy (2007), los cuales presentan estas formulaciones y concentraciones específicas como los mejores candidatos para agentes lioprotectores de levaduras y bacterias.

Preparación de viales

Una vez crecidos los microorganismos se procede a separarlos del medio de cultivo. Para ello se tomaron muestras de cada microorganismo en sus respectivos medios formulados en un tubo eppendorf de 1,5 ml y se sometieron a centrifugación a una velocidad de 12000 rpm a una temperatura de 4 °C durante 12 minutos. Luego de precipitada la biomasa en dichos tubos, se retiró el sobrenadante y se suspendió por segunda vez en 1,5 ml del medio formulado con la misma clase de microorganismo presente y se centrifugó nuevamente. Después de retirado el sobrenadante se obtuvo la biomasa concentrada equivalente a 3 ml de medio formulado con microorganismos.


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Al retirar el sobrenadante, se suspendieron los microorganismos precipitados en 3 ml de las diferentes formulaciones de liopreservantes a evaluar; las cuales se esterilizaron previamente de la siguiente forma: la leche descremada, la miel de abejas y una solución de inositol fueron esterilizadas por medio de autoclave a 115 oC por 15 minutos. Con la premisa de que tanto el inositol como la trehalosa son compuestos termolábiles; una segunda solución de inositol y la solución de trehalosa fueron esterilizadas por medio de filtración al vacío con membrana (tamaño de poro 0.2 µm). Para diferenciar las dos soluciones de inositol, de ahora en adelante, se referenciará la solución esterilizada por medio de autoclave como inositol A 10 % y la solución esterilizada por filtración al vacío con membrana como inositol M 10 %.

Se procede a suspender los microorganismos en 3 ml de cada formulación, de los cuales se tomaron 0,5 ml para su siembra en agar a fin de tener una referencia inicial para medir su viabilidad después del proceso de liofilización.

Los viales a liofilizar terminan con 2,5 ml de la formulación de lioprotector a evaluar con microorganismos suspendidos en ella, volumen elegido al mostrar los mejores resultados en el estudio realizado por Berny y Hennebert (1991).

El anterior procedimiento se realizó en cada microorganismo y en cada proceso de liofilización efectuado, variando las formulaciones a evaluar dependiendo del microorganismo.

Liofilización

El proceso de liofilización se llevó a cabo en un liofilizador piloto VirTis Genesis 25L propiedad del Instituto de Biotecnología y Agroindustria de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, con una rampa de congelación de -3 ºC/min hasta alcanzar los -30 oC, para luego iniciar la sublimación con una rampa de calentamiento de 0,5 oC/min sin exceder los -20 ºC a una presión de 1200 mTorr aproximadamente. La rampa de congelación fue elegida después de comparar las distintas rampas evaluadas por Berny y Hennebert (1991), de las cuales la rampa de congelación de -3 oC/min es la que reporta mejores resultados. La rampa de sublimación y la presión de trabajo se obtuvieron de datos suministrados por Berny y Hennebert (1991).

Determinación de las células viables

Se tomaron muestras de los viales con los microorganismos antes del proceso de liofilización y

con base en un conteo celular, en cámara de Neubauer realizado para las levaduras, se efectuaron diluciones de 1:10000 (10-4), 1:100000 (10-5), 1:1000000 (10-6) y 1:10000000 (10-7) para cada formulación, las cuales se sembraron por extensión en superficie utilizando un volumen de 0,15 ml en cajas de petri con agar extracto de malta. Para la siembra de bacterias se mantuvieron las medidas de diluciones y de igual forma se sembraron por extensión en superficie utilizando un volumen de 0,15 ml en cajas de petri con agar nutritivo. Los microorganismos se incubaron a 31 oC durante 24 horas para levaduras y 48 horas para las bacterias.

Una vez crecidas las colonias, se realizó un conteo de unidades formadoras de colonias (UFC) y se procedió a calcular su concentración sobre mililitro (UFC/ml) mediante la ecuación 1.

Número de (1)

Después del proceso de liofilización se rehidrata el contenido de los viales en 2,5 ml del medio en el que se creció previamente el microorganismo (extracto de malta para levaduras y caldo nutritivo para bacterias) y se repite el mismo procedimiento descrito previamente para realizar el cálculo de UFC/ml.

Se calcula el porcentaje de viabilidad de los microorganismos en cada formulación de acuerdo a la ecuación 2.

(2)

Donde,

Xi: corresponde al número de UFC/ml antes de la liofilización.

Xf: corresponde al número de UFC/ml contadas después de la liofilización.

3. Resultados y discusión

Determinación del tiempo de liofilizaciónPara determinar el tiempo de liofilización adecuado

para los microorganismos se realizó un primer proceso de liofilización antes de evaluar los efectos de los lioprotectores sobre las cepas. El microorganismo para esta primera prueba fue la levadura S. cerevisiae y la formulación elegida fue la de miel de abejas 10 % + leche descremada 10 %, formulación reportada por Berny y Hennebert (1991) para la lioprotección de levaduras. La figura 1 muestra el histograma del proceso de liofilización.


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En la figura 1 se puede observar que el proceso de liofilización solo requirió 16 horas y 40 minutos (1000 minutos), momento en que las líneas de presión se interceptan, lo que significa que el proceso de sublimación ha terminado. De esta manera se establece un tiempo de liofilización de 17 horas, tiempo que se utilizó como referencia en las liofilizaciones posteriores.

Figura 1. Perfil de liofilización para la S. cerevisiae.

Tabla 1Porcentajes de viabilidad de los 4 microorganismos liofilizados bajo el efecto de las 4 formulaciones de lioprotectores evaluadas

Formulación S. cerevisiae P. stipitis B. megaterium C. necator

Miel 10 % - - - 91,33

Trehalosa 10 % - - 92,24 85,33

Inositol A. 10 % - - 5,96 -

Inositol M. 10 % - - 52,08 -

Miel 10% + Leche descremada 10 % 14,56 59,62 94,88 79,97

Trehalosa 10 % + Leche descremada 10 % 93,74 80,87 21,26 -

Los espacios con el símbolo (-) indican que esa formulación no fue evaluada como lioprotector para dicho microorganismo.

Liofilización de microorganismosPara la liofilización de las cepas microbianas se

sometieron a prueba 5 formulaciones con combinaciones de los 4 agentes lioprotectores a evaluar basadas en los datos reportados por Berny y Hennebert (1991) y por observaciones en procesos previos de liofilización (S. cerevisiae). En la tabla 1 y la figura 2 se muestran los porcentajes de viabilidad de las levaduras y las bacterias conservadas por liofilización en este trabajo.


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Figura 2. Porcentaje de viabilidad de los 4 microorganismos liofilizados bajo el efecto de las 4 formulaciones de lioprotectores evaluadas.

La formulación de trehalosa al 10 % + leche descremada al 10 % fue la más efectiva tanto para la S. cerevisiae como para la P. stipitis (93 % y 80 % de viabilidad, respectivamente).

La leche descremada es un lioprotector ampliamente utilizado para proteger células eucariotas, especialmente las levaduras, ya que cuando se congela presenta una temperatura de transición vítrea (Tg) de -18 °C, lo que facilita la liofilización al contener una mezcla de macromoléculas (lactoalbúmina y caseína) y un disacárido. Estas macromoléculas a la vez sirven como agentes de carga y los aminoácidos contenidos en las macromoléculas ayudan a reparar el daño causado durante la liofilización (Crowe et al., 1984, 1985, 1986).

Para el B. megaterium se obtuvieron resultados favorables con 2 formulaciones, la miel al 10 % + leche descremada al 10 % y la trehalosa al 10 %, formulaciones con las cuales el B. megaterium presentó una viabilidad del 94 % y 92 %, respectivamente. En el caso del C. necator las formulaciones de miel al 10 % y trehalosa al 10 %, presentaron los resultados más favorables con una viabilidad del 91 % y 85 %, respectivamente.

Con estos resultados se puede apreciar que si bien la leche descremada funciona como agente lioprotector para células eucariotas, su desempeño como lioprotector para las bacterias Gram-positivas varía de acuerdo al disacárido con el que se complemente en la formulación del lioprotector. A diferencia de la formulación de miel

al 10 % + leche descremada al 10 %, las cepas de B. megaterium protegidas con la formulación de trehalosa 10 % + leche descremada 10 %, reportaron un porcentaje de viabilidad del 21 %. Dado que los resultados con la formulación de trehalosa al 10 % fueron mejores (92,24 %), se puede suponer que la leche descremada es el agente responsable de la pérdida de viabilidad. Un efecto similar se evidencia cuando se emplea leche descremada con C. necator mostrando una disminución del 11 % en la viabilidad, comparado con el uso de la miel como único agente lioprotector.

Los disacáridos son lioprotectores altamente reconocidos en la literatura para la conservación de bacterias y se han propuesto diversas teorías sobre su mecanismo de acción. Por un lado, Israeli (1995) propone que los disacáridos (en general los azúcares) reemplazan el agua estructural en las membranas después de la deshidratación y evitan el despliegue y la agregación de las proteínas por enlaces de hidrógeno con los grupos polares de estas. Por otro, Morales (2010) sugiere que el efecto protector de los disacáridos se debe a que al sustituir las moléculas de agua al interior de la célula durante el proceso de liofilización, las células no pasan de su estado de cristal líquido a la fase de gel y mantienen su estructura celular intacta, lo cual posibilita que la membrana no sufra rupturas durante el proceso de liofilización y rehidratación.

Sin embargo, según López y García (2006), para que


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los disacáridos puedan proteger una bicapa líquida es necesario que se encuentren a ambos lados de la capa; de igual manera para reemplazar las moléculas de agua dentro de la célula deben estos atravesarla, lo cual se consideraría poco probable, ya que los disacáridos debido a su masa molecular son considerados agentes no penetrantes; es decir, que solo pueden ofrecer protección al exterior de la célula. Para ello, Israeli (1995) ofrece una explicación del mecanismo de penetración de los disacáridos durante el proceso de liofilización. Él postula que cuando las células comienzan a entrar en la transición de fase, la membrana se vuelve permeable y el disacárido fluye hacia el interior de las células y debido al poco tiempo antes de la congelación y el secado, así como a la gran cantidad de azúcar que entra en la célula, la cantidad pérdida con el metabolismo es extremadamente pequeña, por lo que pueden proteger de manera efectiva tanto a la membrana como a las estructuras celulares internas. Estas conclusiones las determina Israeli (1995), observando el comportamiento de células de E. coli (bacteria Gram-negativa) y B. thuringiensis (bacteria Gram-positiva) con disacáridos (trehalosa y sacarosa) como protectores para el proceso de liofilización.

En el caso de los disacáridos evaluados en este trabajo, se presenta una acción similar en las cepas bacterianas. Sin embargo se esperaría una mayor diferencia en el efecto de los disacáridos en cada microorganismo procariota, ya que el B. megaterium posee una pared celular tipo Gram-positiva la cual está conformada por una capa de peptidoglicano muy gruesa (alrededor del 90 % de su estructura), diferente a las de C. necator que presenta una pared celular tipo Gram-negativa la cual consta de una bicapa líquida formada por una capa fina de peptidoglicano adyacente a la membrana citoplasmática constituyendo solo el 10 % de la pared celular y una capa adicional compuesta de lipopolisacárido (Madrigan et al., 2003).

Los resultados obtenidos muestran que la trehalosa 10 % ofrece protección a bacterias sin importar su pared celular, corroborando de esta manera el postulado de Israeli (1995) sobre el efecto de los disacáridos en bacterias Gram-positivas y Gram-negativas con porcentajes de viabilidad de 92,24 % para el B. megaterium y de 85,33 % para el C. necator.

En el caso del inositol, polialcohol que según Day y Staecy (2007) sería un lioprotector efectivo para bacterias Gram-positivas, los porcentajes de viabilidad obtenidos en este trabajo fueron extremadamente bajos. Para la solución de inositol esterilizada por autoclave el resultado tiene sentido, ya que el inositol es un producto

termolábil (sensible a cambios de temperatura), por lo que la esterilización de la solución de inositol por medio de autoclave afectaría considerablemente las propiedades físicas y químicas de este, teniendo como resultado que su efecto como agente lioprotector (esterilizado por este método) sea prácticamente nulo. No obstante, este compuesto esterilizado por filtración al vacío, a pesar de que muestra mejores resultados con respecto a la solución esterilizada por autoclave, no presentó los resultados esperados de lioprotección para bacterias como sugiere la literatura; es decir, porcentajes de viabilidad cercanos al 80 % después de liofilización (Day y Staecy, 2007).

Una posible causa del pobre desempeño del inositol es que este polialcohol presenta nueve posibles estereoisómeros, de los cuales el más común y más extendido en la naturaleza es cis-1, 2, 3, 5, trans-4, 6, ciclohexanohexol o mioinositol. Sin embargo, también se pueden encontrar en la naturaleza los isómeros naturales scyllo-, muco-, D-chiro- y neo-inositol (González Alcaraz, 1991), de los cuales no se especifica en la literatura cual es el usado como agente lioprotector y puesto que el origen y la clase de estereoisómero del inositol proporcionado para este trabajo se desconoce, no se puede saber con certeza si fue el mismo estereoisómero empleado en la literatura de referencia.

4. Conclusiones

En este trabajo se determinaron las mejores condiciones de liofilización y lioprotectores para la conservación de S. cerevisiae, P. stipitis, B. megaterium y C. necator. Para el C. necator no se encuentra mucha información sobre agentes lioprotectores y protocolos para su conservación por liofilización en la literatura; por lo que estos resultados son de gran valor. Se concluye que la trehalosa y los carbohidratos presentes en la miel de abejas muestran un muy buen desempeño como lioprotectores en bacterias Gram-negativas y Gram-positivas con porcentajes de viabilidad alrededor del 92 %; además ofrece una excelente protección para levaduras durante la liofilización ya que, con la adición adecuada de leche descremada, mantienen la viabilidad de las levaduras entre un 85 % y un 93 %. El proceso de liofilización implica fenómenos complejos que, incluso después de décadas de investigación, no se comprenden por completo porque cada nuevo estudio que se realiza aporta elementos para entender los mecanismos de acción de los lioprotectores y el fenómeno de la conservación por liofilización.


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1. Introducción

La textura es un factor importante en la aceptabilidad de los alimentos (Kim et al., 2012; Chen y Linus, 2013; Torres et al., 2015b). Incluye un número de sensaciones físicas diferentes; aunque es más conveniente utilizar el término “parámetros texturales” (Foegeding et al., 2011;

Akwetey y Knipe, 2012; Zhuab et al., 2013). Los cuales son el grupo de características físicas que dependen de los elementos estructurales del material y se relacionan con la deformación, desintegración, flujo por la aplicación de una fuerza y se miden objetivamente como una función de masa, tiempo y distancia (Paula y Conti-Silva, 2014). De acuerdo a Szczesniak (2002), la textura es “el conjunto de los atributos mecánicos, geométricos y de superficie de un producto que son perceptibles por medio de receptores mecánicos,

Cómo citar este artículo:Torres González J.D., Torres Gallo R., Acevedo Correa D., Gallo-García L.A. (2015). Evaluación instrumental de los parámetros de textura de galletas de limón. Revista Vector, 10: 14-25.

Vector 10 (2015) 14 - 25ISSN 1909 - 7891

Evaluación instrumental de los parámetros de textura de galletas de limón

José David Torres Gonzáleza*, Ramiro Torres Gallob, Diofanor Acevedo Correac, Luis Alberto Gallo-Garcíad

aIngeniero de Alimentos, M.Sc, Ph.D (c). Facultad de Ingeniería, Universidad de Cartagena.bIngeniero Químico, M.Sc, Departamento de Ingeniería de Alimentos, Facultad de Ingenierías, Universidad de Córdoba.

cIngeniero de Alimentos, Ph.D, Facultad de Ingeniería, Universidad de Cartagena.dIngeniero de Alimentos, Universidad de Cartagena.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (J.D. Torres)

ResumenEl objetivo de la investigación fue evaluar los parámetros texturales de galletas provenientes del municipio de Cereté (Córdoba). Se analizó la composición proximal de las muestras, se aplicaron ensayos de compresión unidireccional y quiebre en tres puntos, utilizando un analizador de textura, asimismo se realizó una evaluación sensorial. Se utilizó un diseño experimental unifactorial completamente al azar y un análisis de varianza para determinar la influencia del espesor de las galletas en los parámetros proximales, de textura y sen-soriales. Las muestras de mayor espesor presentaron menor contenido de humedad; el espesor no influyó en el contenido de proteínas, cenizas, grasa, fibra, carbohidratos y aporte calórico. Las galletas de mayor espesor presentaron valores más altos de firmeza, consistencia, fuerza máxima y rigidez. Entre la firmeza, consistencia, fracturabilidad, se presentó una correlación directa y altamente significativa. El espesor influyó en la variación de los parámetros de textura; dichas variaciones fueron explicadas a partir de los cambios después del tratamiento térmico tales como gelatinización de almidones, desnaturalización proteica y reducción del contenido de humedad. Los resultados coincidieron con los reportados por otros autores en galletas elaboradas con harinas vegetales. Las galletas mostraron buena aceptación sensorial, las de mayor espesor presentaron la mejor aprobación en la dureza.

Palabras clave: Quiebre en tres puntos, galletas de limón, firmeza, consistencia.

Instrumental evaluation of lemon cookies texture parametersAbstractThe objective of this research was to evaluate the textural parameters of cookies from the municipality of Cerete (Cordoba). Proximate composition of the samples was analyzed, unidirectional compression and break tests on three points using a texture analyzer were applied, and a sensory evaluation was conducted. A univariate completely randomized experimental design and analysis of variance to determine the influence of the thickness of the cookies in the proximal, texture and sensory parameters was used. Thicker samples showed lower moisture content; thickness did not influence the content of protein, ash, fat, fiber, carbohydrates and calories. Thicker cookies showed higher values of firmness, consistency, maximum strength and stiffness. Between firmness, consistency, fracturability, a direct and highly significant correlation was presented. Thickness influenced the variation of texture parameters; such variations were explained from changes after heat treatment such as starch gelatinization, protein denaturation and reduction of moisture content. The results were consistent with those reported by other authors in cookies made with vegetable flour. Cookies showed good sensory ac-ceptance, and the thicker presented the best hardness approval.

Key words: Three break points, lemon cookies, firmness, consistency.


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táctiles, visuales y auditivos”. Los parámetros de textura pueden ser considerados de gran importancia en el control de calidad de los alimentos (Hleap et al., 2010; Milde et al., 2014). Específicamente la dureza en los productos amiláceos indica su grado de frescura, mientras que la crujencia arroja información sobre su estructura interna y características composicionales (Castro et al., 2003; Granados et al., 2014).

La determinación de parámetros texturales en productos alimenticios de alto contenido de carbohidratos, es particularmente difícil debido a su composición heterogénea y a su estructura poco uniforme (Rodríguez et al., 2005). Usualmente este tipo de alimentos no fluyen frente a esfuerzos de presión, pero son frágiles y quebradizos (Romero et al., 2014). Para determinar los parámetros texturales de forma instrumental, en este tipo de productos, se emplean técnicas tales como la compresión y la prueba de quiebre en tres puntos (Milde et al., 2014); las cuales son técnicas de carácter destructivo y se basan en la aplicación de fuerzas a la muestra para obtener cuantificaciones deducibles de gráficos, derivados de los software instalados en los equipos universales de ensayo y texturómetros (Torres et al., 2015b). En estas pruebas se evalúa la fuerza máxima necesaria para producir un quiebre o fractura total de la estructura del producto, así a valores más altos de fuerza se entiende que mayor será la resistencia del alimento (Rosenthal, 2010; Zhuab et al., 2013; Milde et al., 2014). La prueba de quiebre en tres puntos corresponde a ensayos de flexión, también es conocida como puente de ruptura; en la industria alimentaria es utilizada para evaluar la dureza y fracturabilidad principalmente de galletas, barras de chocolate y demás productos amiláceos (Castro et al., 2003; Alvis et al., 2011).

Investigaciones realizadas por Mancebo et al. (2015) evaluaron el efecto de las propiedades de la harina de trigo y maíz libre de gluten en la formulación de galletas tipo snap; estos autores reportaron que el tamaño de partícula afectó la dureza, donde las galletas de harina de trigo más finas requerían de una fuerza máxima significativamente mayor que las galletas elaboradas con harina de maíz, siendo el tamaño de partícula igual en los dos tipos de harinas; esto pudo ser debido a una cierta funcionalidad de las proteínas de trigo en comparación con otro tipo de proteínas, lo que afecta la textura de las galletas; la dureza de las galletas es causada por la interacción de las proteínas y el almidón por enlaces de hidrógeno (Gupta et al., 2011).

En la Región Caribe colombiana existen diversos productos alimenticios artesanales (Torres et al., 2015a) entre ellos encontramos las galletas de limón, popularmente conocidas como galletas duras; las cuales se elaboran con harina de maíz, agua, leche, azúcar, clara de huevo, aceite vegetal, canela y ralladuras de limón y se someten al proceso de horneado. A pesar de que las galletas de limón se caracterizan por tener una alta demanda y son conocidas, no se encuentran publicaciones científicas registradas sobre sus parámetros de textura siendo de vital importancia desde el punto de vista tecnológico. Por ello el objetivo del presente trabajo fue evaluar a través de pruebas instrumentales los parámetros de textura de galletas de limón provenientes del municipio de Cereté (Córdoba), analizar su composición proximal y evaluarlas sensorialmente.


Identificación de insumos en la elaboración de galletas de limón

Para conocer el procedimiento en la formulación de galletas de limón se visitó una famiempresa en el municipio de Cereté (Córdoba), se observó que los ingredientes utilizados en la preparación de las galletas fueron: harina de maíz, azúcar, huevo, epidermis de limón, leche, mantequilla, canela, y bicarbonato sódico. La formulación de las galletas es diversa, pero en general la proporción de agua en la masa es baja, y las concentraciones de azúcar y grasas son altas. El azúcar compite tanto con el almidón y gluten para atrapar la pequeña cantidad de agua que está presente (Penfield y Campbell, 1990).

Preparación de la galleta en la famiempresaEn primer lugar se mezcla la harina con la

mantequilla y el azúcar en forma homogénea; luego se agrega epidermis de limón, huevo, canela y bicarbonato sódico, al instante se adiciona leche hasta dar consistencia a la masa. Una vez obtenido esto, se realizan moldes en formas circulares de 5 cm de diámetro a las galletas. Posteriormente se lleva a cocción en un horno convencional entre 150 a 160 °C, durante 15 a 25 min. Las galletas se dejan reposar para ser empacadas en bolsas de plástico y ser comercializadas de manera inmediata. En la tabla 1, se observa la formulación que se utilizó para elaborar las galletas de limón en la famiempresa.

José David Torres González, Ramiro Torres Gallo, Diofanor Acevedo Correa, Luis Alberto Gallo-García / Vector 10 (2015) 14-25

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Tabla 1.Formulación de las galletas elaboradas en la famiempresa

Componente (%) Cantidad (g)Harina de maíz 80,0 1000Agua 5,0 62,5Leche entera 10,0 125Azúcar común 2,0 25,0Clara de huevo 2,0 25,0Aceite vegetal 0,5 6,3Canela 0,2 2,5Ralladuras de limón 0,15 1,9Bicarbonato de Sodio 0,15 1,9Total 100 1250

Obtención del producto

Las galletas de limón horneadas fueron compradas en pequeñas famiempresas del mercado local del municipio de Cereté (Córdoba), teniendo en cuenta el cumplimiento de los requisitos mínimos higiénico-sanitarios y que las galletas estuvieran empacadas en bolsas plásticas selladas de 25 unidades tal como son comercializadas por los vendedores. Para realizar los análisis respectivos, en este trabajo, fueron compradas seis bolsas enteras para un total de 150 galletas.

Análisis bromatológicos de las muestras de galletas

Las muestras de galletas se mantuvieron a 15 ºC. Se siguió la metodología de la Asociación Oficial de Química Analítica (AOAC, 2005). Donde la humedad fue determinada mediante secado por estufa hasta peso constante (934.01); las cenizas por incineración total a 550 ºC (942.05); proteínas totales por el método Kjeldahl, utilizando un factor N = 6.25 (990.03); grasa usando éter de petróleo como disolvente en el equipo extractor Soxhlet (920.39); la fibra dietaría total por el método enzimático-gravimétrico con amilasas, proteasa y amiloglucosidasa, por sucesivos tratamientos (991.43) y los carbohidratos por diferencia. El valor calórico se calculó considerando los coeficientes de 4 kcal/g para carbohidratos y proteínas, 2 kcal/g para la fibra dietética y 9 kcal/g para los grasas (Moscatto et al., 2004). Se utilizó un diseño experimental unifactorial completamente al azar (DCA) y se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) para analizar el efecto del espesor de las galletas sobre la variación de la composición proximal. Todos los ensayos se realizaron por triplicado, empleando diez gramos en cada caso. Los datos se procesaron utilizando el programa estadístico Minitab Inc. ® versión 16.0, en un computador personal.

Pruebas de textura

Ensayos de compresión unidireccionalA las muestras enteras de galletas de limón se les

aplicó una prueba de compresión unidireccional con la finalidad de medir los parámetros de fracturabilidad: fuerza a la que el alimento empezó a quebrarse (kg.m2.s-2); y dureza: fuerza máxima a la que el producto se quebró totalmente (kg.m2.s-2). Se utilizó un analizador de textura TA.TX2i ®. Plus, Stable Micro System, acoplado al software Texture Expert Exceed versión 2.64; provisto de una plataforma de aluminio, sobre la cual se colocaron las muestras, con una celda de carga de hasta 500 N; la velocidad del proceso fue determinada mediante ensayos previos y se fijó en 5 mm/s.

Pruebas de quiebre en tres puntosSe realizaron en galletas de limón enteras, utilizando

un analizador de textura; lo cual se esquematiza en la figura 1. Las muestras fueron apoyadas sobre dos soportes verticales paralelos, con bordes redondeados para minimizar las tensiones provocadas durante los ensayos, separados a una distancia de 4 cm; siendo escogida en ensayos previos, teniendo en cuenta los diámetros de las galletas; un tercer eje paralelo se desplazó verticalmente, a una velocidad fijada previamente de 5 mm/s, ejerciendo una fuerza hasta que se produjo un quiebre total en la estructura de las galletas de limón. Los parámetros texturales se determinaron a partir de las curvas fuerza-tiempo: firmeza (F), punto máximo de la sección lineal de la curva; consistencia (g.s), área bajo la curva en el gráfico fuerza-tiempo; distancia (mm), a la que el producto se desplazó en cada ensayo; rigidez (Nmm-1), Fmáx/distancia; deformación máxima de ruptura (Nmm-2), rigidez/altura inicial.

Diseño experimental y estadísticoPara las pruebas de compresión unidireccional y

quiebre en tres puntos se utilizó un diseño unifactorial (espesor de las galletas) completamente al azar (DCA), con cuatro niveles (4 mm, 6 mm, 8 mm y 10 mm) y nueve repeticiones, para un total de treinta y seis unidades experimentales en cada tipo de prueba. Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) y el test HSD de Tukey, con un nivel de significancia del 5 %, para determinar la influencia del espesor de las galletas en los parámetros texturales. Además, se realizó una correlación a partir de la prueba de r-Pearson entre cada uno de los parámetros de textura instrumental. La correlación se consideró altamente significativa al nivel de 0,01 (bilateral). Los datos se procesaron utilizando el programa estadístico Minitab Inc. ® versión 16.0, en un computador personal.


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Figura 1. Analizador de textura utilizado durante los ensayos de textura en las galletas de limón. Fuente: Grupo GIPAVE,

Universidad de Córdoba.

Análisis sensoriales a las galletas

Las pruebas se llevaron a cabo con 15 panelistas no entrenados, en una habitación apropiada con adecuaciones de luz y humedad ambiente. Se utilizó una escala hedónica preferencial de 5 puntos (5 = excelente, 4 = buena, 3 = neutral, 2 = regular, 1= mala) para evaluar el producto en cuanto a las características de olor, color, sabor y dureza. Se utilizó un diseño experimental unifactorial completamente al azar (DCA), donde se aplicó un análisis de varianza (ANOVA), para evaluar el efecto del espesor de las muestras sobre la aceptabilidad de las mismas. Los datos se recogieron en una planilla, según lo establecido por González et al. (2012) y Torres et al. (2015a), luego se transformaron en puntajes numéricos para su análisis.


Composición proximal de las muestras de galletasEn la tabla 2 se puede observar los análisis

proximales realizados a las galletas, teniendo en cuenta

el espesor, comparándolos con una muestra de galleta comercial hecha con 100 % harina de trigo (utilizada como patrón).

Tabla 2.Composición química de las galletas, respecto a una comercial en 100 g de muestra

ParámetroEspesor de las Galletas (EG) Comercial ANOVA

4 mm 6 mm 8 mm 10 mm 7 mm p-valorHumedad 9,55±1,02a 8,75±1,05ab 8,41±1,07ab 8,18±0,66b 8,11±1,19b p=0,02<0,05Cenizas 1,56±0,62a 1,98±0,54a 1,92±0,63a 1,97±0,70a 2,05±0,62a p=0,88>0,05Proteína 7,19±1,05a 7,16±0,56a 7,21±0,67a 6,89±0,60a 7,15±0,64a p=0,97>0,05Grasa 8,23±0,25a 8,14±0,23a 8,38±0,17a 8,52±0,30a 8,68±0,51a p=1,83>0,05

Fibra Cruda 3,54±0,12a 3,48±0,04a 3,52±0,13a 3,37±0,10a 2,96±1,13a p=2,55>0,05Carbohidratos 70,03±2,39a 70,49±2,43a 70,56±2,34a 71,07±3,39a 71,41±2,67a p=1,77>0,05Calórico (Kcal) 343,67±5,69a 345,87±6,32a 348,79±6,26a 359,42±4,46a 442,43±2,22b p=0,04<0,05

Test-HSD de Tukey. *Los datos representan la media de tres determinaciones con su respectiva desviación estándar, los superíndices diferente en una misma fila indican que los promedios fueron estadísticamente diferentes (p<0,05).

En cuanto a la humedad se observó que fue más alta en las muestras de menor espesor, presentando diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) en las de 4 mm, respecto a las de 10 mm y la comercial. Lo que probablemente influyó en la dureza más baja de estas galletas, ya que las moléculas de agua al estar presentes en dicha matriz alimentaria posiblemente provocaron un ablandamiento y suavidad en dicha estructura. Estos resultados se encuentran por encima

de los reportados por Rebolledo et al. (1999), Quienes analizaron galletas enriquecidas con germen de maíz con un 2,85 % de humedad; por su parte, Maldonado y Pacheco (2000) determinaron un contenido de humedad del 2,73 % en galletas con una mezcla de harina de trigo y plátano verde; mientras que García y Pacheco (2007) hallaron un valor de 3,10 % de humedad en galletas dulces tipo wafer elaboradas con harina de trigo y arracacha.


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Las muestras de galletas mostraron un bajo contenido de grasa, similar a la comercial; es decir, entre filas no hubo diferencias estadísticamente significativas en los diferentes espesores (p>0,05). Resultados que coincidieron con los reportados por Chim et al. (2003), Jacob y Leelavathi (2007), quienes formularon galletas con bajos contenidos de grasa; señalando que esta característica resulta de importancia no solo desde el punto de vista de conservación del producto, por la menor tendencia a la rancidez oxidativa durante el período de almacenamiento, sino también en el procesamiento al considerar que el bajo contenido de grasa favorece la formación de una textura adecuada en las galletas horneadas. Estos resultados no coinciden con los presentados por Rebolledo et al. (1999), donde la grasa presentó un valor del 21,01 %; mientras que Cori y Pacheco (2004) encontraron valores de grasa del 16,90 % en galletas dulces a base de harina de trigo y harina de girasol. Maldonado y Pacheco (2000) reportaron valores de grasa del 9,42 % en galletas con mezcla de harina de trigo y plátano verde; asimismo, García y Pacheco (2007) encontraron valores de grasa de 0,56 %; evidentemente, inferiores a los obtenidos en el presente estudio.

En el contenido de proteínas no se presentaron diferencias estadísticamente significativas entre las muestras de galletas, teniendo en cuenta el espesor (p>0,05), por lo que se infiere que el procesamiento al cual es sometido este producto no afecta la cantidad de proteínas. Los valores promedio de proteína de las galletas del presente trabajo fueron básicamente aportados por la incorporación de la leche entera a la formulación, más que por el aporte de las yemas de huevo o la harina de maíz. Estos resultados fueron similares a los obtenidos por Rebolledo et al. (1999), quienes reportan un 12,7 % de proteínas; mientras que Maldonado y Pacheco (2000) encontraron un porcentaje de proteína del 9,68 %; a su vez Cori y Pacheco (2004), en galletas dulces, reportaron un contenido de proteínas del 9,35 %; mientras que Roman y Valencia (2006) encontraron valores de 8,15 %; García y Pacheco (2007) obtuvieron un 4,38 % de proteínas, los cuales se encuentran por debajo de los registrados en la presente investigación.

Badui (2006), afirma que la importancia de las proteínas en los sistemas alimenticios se debe a las propiedades nutricionales puesto que de sus componentes se obtienen moléculas nitrogenadas que permiten conservar la estructura y el crecimiento del que las consume; además pueden ser ingredientes de productos alimenticios que, por sus propiedades funcionales, ayudan a establecer la estructura y propiedades finales del alimento. Con relación a lo anterior, se evidencia que las galletas del presente

trabajo constituyen una fuente importante de proteínas; por tanto, pueden ser consumidas de manera habitual por aquellos que carecen de estos nutrientes.

En cuanto al contenido de cenizas de las galletas no hubo diferencias estadísticamente significativas entre los diferentes espesores, siendo similar al reportado en la literatura para galletas elaboradas con harina de trigo y otros cereales (Roman y Valencia, 2006; Fustier et al., 2007). Estos coinciden a los registrados por Maldonado y Pacheco (2000), con un porcentaje de 2,69 %, en galletas de harina de trigo y plátano verde, y con los de Cori y Pacheco (2004) quienes encontraron un 1,47 % en galletas dulces con harina de trigo y girasol. Mientras que García y Pacheco (2007) registraron valores de 0,86 % de cenizas. Desde el punto de vista nutricional, se observó que la formulación en estudio aportó un contenido de minerales similar al de las galletas comerciales elaboradas con 100 % de harina de trigo. A nivel del procesamiento, este contenido favorece los cambios funcionales porque los minerales pueden retardar la gelatinización y retrogradación del almidón (Maldonado y Pacheco, 2000; Pacheco y Testa, 2005). La fibra dietaría cruda presente en las galletas estuvo en un rango de 3,37 al 3,54 %, relativamente más alto que los reportados para la muestra patrón de harina de trigo 2,96 %. Diversas investigaciones señalan que la fibra tiene varias implicaciones en la elaboración de las galletas. Por un lado, dada su influencia sobre la viscosidad y los requerimientos de la masa para la formación y textura de la galleta durante el horneado, un mayor contenido de fibra en la harina de los cereales tiende a variar las propiedades reológicas al aumentar la absorción de agua, al espesar y reducir el volumen de las masas, tal como lo evidenció Pacheco y Testa (2005) en una formulación para galletas con harina compuesta de plátano verde y trigo; igual que lo hallado por Villarroel et al. (2003), en la formulación de productos de panadería enriquecidas con fibra.

Por otro lado, el aporte de fibra puede tener efectos positivos en el bienestar de la salud del consumidor por su intervención en los procesos de control de estreñimiento, mejora del control de la glucemia, protección contra el cáncer de colon, menor riesgo de enfermedad cardiovascular (Cabrera y Cárdenas, 2006). Otros estudios sugieren que el consumo de fibra dietaría entre 20 a 35 gramos por día en niños, adolescentes y adultos puede disminuir el riesgo de padecer problemas de salud relacionados con el sistema digestivo (Cabrera y Cárdenas, 2006). Por su parte, García y Pacheco (2007) encontraron un porcentaje de fibra dietaría de 3,09 %; mientras que Cori y Pacheco (2004) registraron un valor de 3,95 % en fibra dietaría presente en galletas a base de trigo suplementadas con harina de girasol.


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En este trabajo se evidenció que un aumento del espesor condujo a un mayor contenido de carbohidratos, aunque no fue estadísticamente significativo (p>0,05). Dichos resultados son superiores a los reportados por Rebolledo et al. (1999), los cuales registraron valores del 49,8 % de carbohidratos solubles en galletas dulces enriquecidas con germen de maíz. Las galletas comerciales en el presente trabajo presentaron mayor valor calórico debido a que posiblemente fueron elaboradas con harina de trigo cuyo contenido de carbohidratos es más alto.

Ensayos de textura a las muestras de galletasEn la tabla 3, se muestra el análisis de varianza de

los parámetros texturales de las galletas. Las muestras de espesor de 10 mm presentaron mayor firmeza y consistencia. En cuanto a los datos de fracturabilidad, estos mostraron que las galletas de 4 mm de espesor requirieron de una menor fuerza para quebrarse. Además se pudo observar que las galletas de limón de 10 mm de espesor presentaron la mayor dureza, así como una rigidez más alta. Lo cual indica que el espesor en este producto alimenticio si influye de manera significativa en la resistencia de las cargas y fuerzas externas (p<0,05).

Tabla 3Análisis de varianza de los parámetros texturales de las galletas de limón

Parámetros de TexturaEspesor de las Galletas (EG)

Análisis de Varianza4 mm 6 mm 8 mm 10 mm

Firmeza (g) 6900,95 ±1450,36a

10826,91 ±1332,02b

14380,77 ±1070,65c 16657,26 ±1172,83d p=0,004<0,05

Consistencia (g*s) 5744,35 ±1790,24a

8609,18 ±1152,96b

15460,86 ±3278,24c 26305,61 ±166941d p=0,006<0,05

Fracturabilidad (N) 3,58 ±0,86a 5,55 ±0,54b 8,53 ±1,30c 10,27 ±1,69d p=0,017<0,05Fuerza máxima (Dureza, N) 6,97 ±1,38a 10,94 ±1,27b 14,53 ±1,02c 16,83±1,12d p=0,002<0,05

Rigidez (N/mm) 3,78 ±0,79a 5,93 ±0,73b 7,88 ±0,59c 9,12±0,64d p=0,009<0,05Deformación de ruptura (N/mm2) 0,94 ±0,19a 0,98 ±0,12a 0,98 ±0,07ª 0,91 ±0,06a p=0,516>0,05

*Los datos indican la media (±) de las nueve repeticiones, con su respectiva desviación estándar. Letras distintas en una misma fila indican diferencias estadísticamente significativas (p<0,05), según test HSD de Tukey al 5 %.

El análisis de varianzas mostró que el espesor del producto tuvo un efecto significativo (p<0,05) sobre la firmeza, consistencia, fracturabilidad, fuerza máxima (dureza) y rigidez, entretanto la deformación de ruptura no presentó efecto significativo (p>0,05) y los valores máximos se observaron en los niveles 2 y 3, mientras que los mínimos en el producto de mayor espesor. Las galletas al horno con mayor frecuencia son tiernas y crujientes puesto que se produce poco o nada de gelatinización del almidón y el azúcar (Penfield y Campbell, 1990).

En las figuras 2, 3, 4, 5, 6 y 7, se esquematiza el comportamiento de cada uno de los parámetros texturales v. el espesor de las galletas de limón. Se observó que en la firmeza, fuerza máxima (dureza) y rigidez hubo una tendencia similar, es decir un aumento proporcional con el espesor de la muestra; siendo las galletas de 10 mm las que presentaron, en todos los casos, los mayores valores; mostrando a la vez una dispersión parecida. Por su parte, el comportamiento de la consistencia y la fracturabilidad

fueron semejantes a las antemencionadas; es decir mayor en las galletas de 10 mm de espesor, aunque se observó más dispersión en los datos respecto a los promedios al comparar los tamaños de las cajas. En cuanto a la deformación sobresalió una gran dispersión de los valores, especialmente en las galletas de 4 mm de espesor; donde se observó que algunas muestras necesitaron de una menor fuerza por unidad de área para ser deformados; pero en general no hubo una tendencia definida en cuanto a la influencia del espesor sobre este parámetro textural. Las características texturales de las galletas de limón pueden ser atribuidas al proceso de fabricación, horneado, los ingredientes utilizados durante la elaboración de la misma y a la variación de la composición proximal en especial de la humedad de las muestras.

Los datos de la dureza, fracturabilidad y firmeza de las muestras de galletas de limón indicaron un buen grado de frescura del producto; mientras que la consistencia evidenció información sobre la estructura interna de las galletas horneadas (Gaines, 1994; Castro et al., 2003). En


[ 20 ]

otros estudios se han reportado valores de esfuerzo de corte de 38,41 N en promedio para galletas elaboradas con barrilete negro (Euthynnus Lineatus) siendo menor

cuando las muestras contenían un menor contenido de proteínas y una mayor proporción de lípidos (Delgado-Vidal et al., 2013).

10mm8 mm6 mm4 mm

17500

15000

12500

10000

7500

5000

Espesor Galletitas de Limón

Firm

eza (

g)

Gráfica de caja de Firmeza (g)

10mm8 mm6 mm4 mm

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

Espesor Galletitas Limón

Cons

isten

cia (g

*s)

Gráfica de caja de Consistencia (g*s)

Figura 2. Firmeza v. espesor de las galletas. Figura 3. Consistencia v. espesor de las galletas.

10mm8 mm6 mm4 mm

14

12

10

8

6

4

2


Frac

tura

bilid

ad (N

)

Gráfica de caja de Fracturabilidad (N)

10mm8 mm6 mm4 mm

17,5

15,0

12,5

10,0

7,5

5,0


Fuerz

a máx

ima (

Durez

a, N)

Gráfica de caja de Fuerza máxima (Dureza, N)

Figura 4. Fracturabilidad v. espesor de las galletas. Figura 5. Fuerza máxima (dureza) v. espesor de las galletas.

Figura 6. Rigidez v. espesor de las galletas. Figura 7. Deformación de ruptura v. espesor de las galletas.

En la tabla 4, se esquematizan las correlaciones realizadas entre los parámetros de textura de las galletas de limón. Se pudo observar que entre la firmeza, consistencia, fracturabilidad y fuerza máxima (dureza) hubo una correlación directa y altamente

significativa (p<0,01). Entre la rigidez con la firmeza, consistencia, fracturabilidad y fuerza máxima (dureza) hubo una ligera correlación directa, pero que no fue estadísticamente significativa (p>0,05).


[ 21 ]

Tabla 4Correlaciones entre los parámetros de textura de las galletas de limón

Correlación Firmeza (g) Consistencia (g*s) Fracturabilidad (N) Fuerza máxima (Dureza, N)

Rigidez (N/mm)

Firmeza (g)r-Pearson 1

p-valor

Consistencia (g*s)r-Pearson 0,933** 1

p-valor 0,010

Fracturabilidad (N)r-Pearson 0,973** 0,983** 1

p-valor 0,001 0,000Fuerza máxima (Dure-

za, N)r-Pearson 1,000** 0,933** 0,983** 1

p-valor 0,000 0,000 0,017

Rigidez (N/mm)r-Pearson 0,432 0,565 0,405 0,232 1

p-valor 0,356 0,210 0,344 0,335

*Correlación significativa (p<0,05). **Correlación altamente significativa (p<0,01).

Los datos de la deformación de ruptura no fueron considerados en las correlaciones, ya que según lo encontrado el espesor de las muestras de galletas de limón no influyó en este parámetro textural. Las galletas de limón al ser un producto horneado presentaron una estructura con poca humedad lo que las hizo muy resistentes, duras, rígidas y compactas. Resultados similares fueron hallados por Castro et al. (2003), Granito et al. (2010), Barrera et al. (2012) y Gani et al. (2014), en galletas horneadas, quienes indicaron que dentro de los factores que más contribuyeron e influyeron en los parámetros

texturales están la gelatinización de los almidones, la reducción del contenido de humedad del producto durante el tratamiento térmico, la desnaturalización de las proteínas y la cristalización del azúcar con la temperatura de horneado.

En las figuras 8, 9, 10 y 11, se observó detalladamente el comportamiento de una muestra tomada al azar de galleta de limón para cada espesor durante los respectivos ensayos de quiebre en tres puntos. Así, los picos más altos estuvieron en las muestras de mayor espesor; mientras que la mayor consistencia se presentó en la muestra de galleta de 8 mm.

Figura 8. Prueba de fractura galleta de limón de 4 mm de espe-sor, fuerza v. tiempo.

Figura 9. Prueba de fractura galleta de limón de 6 mm de espe-sor, fuerza v. tiempo.


[ 22 ]

Figura 10. Prueba de fractura a una galleta de limón de 8 mm, fuerza v. tiempo.

Figura 11. Prueba de fractura a una galleta de limón de 10 mm de espesor, fuerza v. tiempo.

Velásquez et al. (2014), afirman que una de las características más representativas que debe tener una harina para la elaboración de galletas es la de ser muy extensible para procesos sin fermentación. Este parámetro se puede medir en laboratorios e industrias con equipos robustos, no obstante en condiciones prácticas se plantea utilizar una metodología usual en geles (extensibilidad lineal), como referente ligado a la textura, la cual debe ser medida porque al reemplazar harina de trigo por otras harinas se puede obtener galletas con mejor textura. Bastardo et al. (2015) indicaron que al llevarse a cabo la retrogradación y la gelatinización del almidón de la harina de maíz aumentó la rigidez, la firmeza y la consistencia de las galletas; lo cual puede explicar el incremento de estos parámetros texturales en las galletas de limón horneadas de diferentes espesores en la presente investigación. En concordancia con estos resultados, De simas et al. (2009) evaluaron la dureza instrumental en galletas horneadas y encontraron que las muestras cuyo contenido de humedad fue mayor se fracturaron más fácilmente; mientras que las de menor humedad fueron más duras.

En este trabajo se encontró variabilidad en los datos de deformación de ruptura, especialmente en las galletas de 4 mm de espesor, donde se apreciaron distintos puntos máximos dentro de la curva arrojadas por el analizador de textura. Lo que fue atribuido principalmente a la irregularidad de la superficie de las muestras cuyo diámetro osciló entre 4 y 6 cm, así como al contenido de aire al interior de la estructura del producto que posiblemente opuso una resistencia parcial a las fuerzas ejercidas sobre las respectivas galletas y produjo importantes fluctuaciones en las gráficas correspondientes a los resultados de

las mediciones de textura. Resultados similares fueron reportados por Castro et al. (2003), Ranasalva y Visvanathan (2014) y Park et al. (2015), quienes encontraron que el error y la variabilidad de los datos en los parámetros texturales de galletas fermentadas y horneadas se relacionó principalmente con las bolsas de aire presentes en la estructura interna de los productos; asimismo, señalaron que si durante las pruebas de fractura la fuerza ejercida sobre las muestras no es la apropiada y si no se ejerce sobre la parte central del producto, esto puede llevar a que las galletas experimenten un rompimiento inadecuado, induciendo una mayor dispersión de los valores en los parámetros texturales calculados en los equipos universales de ensayos.

En concordancia con estos resultados, Yılmaz et al. (2015) encontraron que el aire del interior de las galletas ocasiona distorsión en la lectura de los instrumentos de medida debido a que las fuerzas que el aire opone alteran la pendiente de la curva en su parte ascendente, produciendo mayor error en los datos experimentales. Por su parte Duta y Culetul (2015) evaluaron las propiedades reológicas, fisicoquímicas, térmicas y mecánicas de las galletas sin gluten a base de avena con un porcentaje de participación de salvado de avena (OB) del 30, 50, 70 y 100 %. En cuanto a las mediciones de textura las galletas preparadas con 100 % de OB mostraron menor dureza que las otras formulaciones, entretanto las que contenían menor cantidad de OB no presentaron diferencias estadísticamente significativas en relación al control. La estructura del control fue más compacto y homogéneo debido a la mayor proporción de las fracciones con menor tamaño de la harina de avena.


[ 23 ]

En una investigación realizada por Chauhan et al. (2015), quienes elaboraron galletas con harina de amaranto crudo y germinado, se reportó que la dureza de las galletas fue significativamente afectada por la incorporación de este tipo de harina en las dos formas en las que se utilizó; ambos tipos de galletas mostraron menor fuerza para romperse en comparación con el control. La disminución de la dureza se podría atribuir a la deformación estructural del almidón y la proteína inducida por la germinación. La degradación

de las macromoléculas contribuyó a la formación de una matriz más débil en la galleta dando lugar a una textura más suave, resultados que fueron similares a los encontrados por Chung et al. (2014).

Análisis sensorial de las muestras de galletasEn la tabla 5, se observan los datos promedios que

arrojaron las pruebas sensoriales en las muestras de galletas y se comparan con una comercial realizada con 100 % de harina de trigo.

Tabla 5Análisis sensorial realizado a las muestras de galletas, respecto a una muestra comercial

Espesor Galleta (EG)Percepciones Sensoriales de Panelistas

Color Olor Sabor Dureza4 mm 3,57±1,09a 3,43±0,97a 4,14±0,38a 3,14±0,21a6 mm 3,71±0,75a 3,58±0,78a 4,29±0,34a 3,57±0,92a8 mm 3,86±0,89a 3,75±0,75ab 4,43±0,77ab 3,71±0,11a

10 mm 4,15±0,69ab 4,04±0,37ab 4,58±0,53ab 4,57±0,54bComercial (7 mm) 4,67±0,52b 4,62±0,71b 4,74±0,48b 4,66±0,83b

ANOVA p=0,009<0,05 p=0,042<0,05 p=0,044<0,05 p=0,002<0,05

*Los datos indican la media (±) de los 15 panelistas en cada parámetro con su respectiva desviación estándar, teniendo en cuenta el espesor. *Letras distintas en una misma columna indican diferencias estadísticamente significativas (p<0,05), según test HSD de Tukey al 5 %.

Se puede apreciar que hubo una buena aceptación para las características de color, olor, sabor y dureza, sobrepasando el umbral mínimo de 3,0. Por lo que se infiere que el proceso de horneado realizado no afectó significativamente estas características de las galletas elaboradas a base de harina de maíz. En general los panelistas indicaron que el color, olor, sabor, fueron mejores en las muestras de mayor espesor, es decir las de 10 mm. Asimismo, en cuanto a la dureza se observaron diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) dado que los panelistas señalaron que fue mejor en las muestras de 10 mm; lo cual fue ocasionado posiblemente por el menor contenido de agua en dichas muestras y un mayor contenido de sólidos como carbohidratos. Resultados similares a los encontrados en este trabajo fueron reportados por Bello et al. (2000) durante la evaluación sensorial de dos tipos de galletas elaboradas con almidón de plátano, al igual que los hallados por Canett et al. (2004) durante la caracterización sensorial de galletas elaboradas con cascarilla de orujo de uva. En tanto Cori y Pacheco (2004) también evaluaron sensorialmente galletas dulces tipo oblea con harina desgrasada de girasol y encontraron buena aceptabilidad en cuanto a los parámetros de olor, color, sabor y dureza. En esta misma línea García y Pacheco (2007) evaluaron

sensorialmente varias formulaciones de galletas tipo wafer a base de harina de arracacha y lo compararon con un patrón elaborado con harina de trigo comercial. Dichos autores indicaron que las nuevas formulaciones fueron agradablemente percibidas en cuanto al olor, color y sabor por parte de los panelistas consultados. Estos autores reportaron que el uso de la harina de arracacha en una relación de 12 % resultó un ingrediente adecuado en la elaboración de galletas con altas preferencias sensoriales, constituyéndose una alternativa alimentaria.

4. Conclusiones

Las muestras de mayor espesor presentaron menor contenido de humedad. El espesor no influyó en el contenido de proteínas, cenizas, grasa, fibra, carbohidratos y aporte calórico. Las galletas de mayor espesor presentaron los valores más altos de firmeza, consistencia, facturabilidad, fuerza máxima y rigidez. Entre la firmeza, la consistencia, fracturabilidad y la fuerza máxima, se presentó una correlación directa y altamente significativa. El espesor de las muestras influyó significativamente en la variación de los parámetros de textura de las galletas de limón horneadas. Las variaciones fueron explicadas a partir


[ 24 ]

de los cambios del producto después del tratamiento térmico de horneado tales como gelatinización de almidones, desnaturalización de las proteínas y la reducción del contenido de humedad. Las galletas mostraron buena aceptación en cuanto a las características de olor, sabor, color, sobrepasando el umbral mínimo de 3,0 en la escala utilizada. Las muestras de mayor espesor presentaron la mejor aprobación sensorial por los panelistas, especialmente en la dureza.

Agradecimientos

Al grupo de invest igac ión “Procesos y Agroindustrias de Vegetales”, del programa de Ingeniería de Alimentos y la Maestría en Ciencias Agroalimentarias de la Universidad de Córdoba, por su apoyo y colaboración en la parte técnica.

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1. Introducción

La carne y los productos cárnicos aportan importantes nutrientes para la salud humana, proporcionando todos los aminoácidos esenciales tales como lisina, treonina, metionina, fenilalanina, triptófano, leucina, isoleucina y valina; además provee una buena cantidad de vitaminas, minerales y diferentes micronutrientes esenciales para el crecimiento y el desarrollo (Cabrera et al., 2009; McAfee et al., 2010; Mamani-Linares y Gallo, 2011);

también es una fuente importante de hierro, zinc y selenio, así como de vitaminas B6, B12 y D; al igual que significativas cantidades de ácidos grasos esenciales como omega 3 (n-3) y ácido linoleico conjugado (CLA) (Ferguson, 2010; McAfee et al., 2010; Shah et al., 2014).

Si se excluye la carne de la dieta humana, y no se reemplaza con otros alimentos similares, se puede afectar la salud por deficiencias de nutrientes. Aunque los hábitos alimenticios y las preferencias son muy diferentes entre regiones, la industria solo tendrá que proporcionar más proteína de calidad bilógica con el fin de mantener el suministro de una alimentación adecuada. Proteínas de alta calidad

Vector 10 (2015) 26 - 32ISSN 1909 - 7891

Caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales

Luis Alberto Gallo-Garcíaa, Piedad Margarita Montero Castilloa, Diofanor Acevedo Correaa*, Diego Felipe Tirado Armestoa, José David Torres Gonzáleza

a Facultad de Ingeniería, Universidad de Cartagena, Bolívar, Colombia. Grupo de Investigación Nutrición, Salud y Calidad Alimentaria (NUSCA).


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (D. Acevedo)

ResumenEsta revisión tiene como objetivo mostrar la importancia de la carne, la producción, el bienestar animal y la caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales. La importancia de la carne como fuente de alimentación para el ser humano data de tiempos muy primitivos tal como lo demuestran todas las investigaciones que se han realizado al respecto. En la actualidad el estudio de la carne y su calidad constituyen una de las principales áreas que integran la investigación y la tecnología de los alimentos. Como alimento, la carne contiene una fuente importante de proteínas de alta calidad biológica, ácidos grasos, vitaminas y minerales, variando según la especie, edad o sexo. La carne de res es quizás la más consumida; no obstante carnes como la de pollo, cerdo, oveja, también son muy apreciadas en el mundo. En países asiáticos, carnes que para nosotros son poco tradicionales, para ellos son conven-cionales. Según las deducciones, la producción mundial de carne se habrá duplicado para el año 2050 y se prevé que la mayor parte del crecimiento se concentrará en los países en desarrollo.

Palabras clave: Historia de la carne, producción, conejo, avestruz, búfalo.

Characterization of sausages made from non-traditional raw materialsAbstractThis review aims to show the importance of meat, production, animal welfare, and the characterization of sausages made from non-traditional raw materials. The importance of meat as a source of food for humans dates back to very early times as evidenced by all the investigations that have been made in this regard. Presently the study of meat and its quality is one of the main areas that integrate research and food technology. As food, meat contains an important source of protein of high biological quality, fatty acids, vitamins and minerals, which vary depending on the species, age or sex. Beef is perhaps the most consumed but meats such as chicken, pork, sheep are also highly valued in the world. In Asian countries, meats which are untraditional for us are conventional for them. According to deductions, world meat production will double by 2050 and is expected that most of the growth will focus on developing countries.

Key words: History of meat, production, rabbit, ostrich, buffalo.

Cómo citar este artículo:Gallo-García L.A., Montero Castillo P.M., Acevedo Correa D., Tirado Armesto D.F., Torres González J.D. (2015). Caracterización de sal-chichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales. Revista Vector, 10: 26-32.


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no deben necesariamente proceder de animales de granja, alternativas de plantas, así como insectos y carne cultivada en el laboratorio, se están discutiendo como fuentes de proteína nutritiva (Post, 2012; Van et al., 2013).

Es así como en Colombia la carne proveniente de otro tipo de animal diferente a los ya mencionados, conforman carnes no tradicionales. Caso contrario a lo que ocurre en países como India, en donde es muy apetecida la carne de búfalo; de hecho, este país es el principal productor y demandante de los derivados de dicha especie. En América Latina, Brasil se presenta como el pionero en la producción de carne bufalina siguiéndole al paso Venezuela y Argentina (Daniel, 2009). Polawska (2011) afirma que una de las razones de este interés fue la aparición, en Europa hace varios años, de la encefalopatía bovina y los problemas de la fiebre aftosa en animales de granja; por tanto, los consumidores comenzaron a buscar formas alternativas a la carne roja en otras especies no tradicionales.

El objetivo de esta revisión es presentar los avances en la elaboración y caracterización de salchichas elaboradas a partir de materias primas no tradicionales tales como carne de conejo, avestruz o búfalo, como una manera de variar los productos y ofrecerles a los consumidores nuevas tecnologías para suplir la demanda y las necesidades de los mismos.

2. Historia de la tecnología de la carne

Es interesante observar las tecnologías claves e importantes de las décadas anteriores en esta perspectiva histórica. En la década de 1950, la tecnología de enlatado era floreciente, la industria de la carne había encontrado una manera de preservar un alimento tan perecedero como este, permitiendo el acceso a los mercados y los consumidores distantes, por lo que muchos aspectos de la utilización de esta tecnología fueron explorados (Hinrichsen, 2010).

En la década de 1960, la calidad de la carne era el área de enfoque. Color, pérdida por goteo, el pH y la ternura fueron objeto de una intensa investigación en materia de tecnologías de optimización, así como la calidad general de alimentación y reducir al mínimo la pérdida de producción. Defectos de calidad tales como PSE (pálida, suave y exudativa) y DFD (oscura, firme y seca) fueron estudiados; además de una comprensión de los efectos de la cría, alimentación, manejo de animales y refrigeración surgieron (Hinrichsen, 2010; Yang et al., 2015).

El desarrollo tecnológico se aceleró en la década de 1970, las plantas de beneficio comenzaron a medir

la calidad de la canal en línea (Yang et al., 2015). En la carne de cerdo, la simple regla fue sustituida por el equipo basado en mediciones de la impedancia y la luz óptica. Hoy en día, la calidad se mide en línea mediante el uso de equipos de ultrasonido. El conocimiento de los factores importantes en la determinación de la calidad de la carne y la creciente preocupación por el manejo adecuado de los animales llevaron al desarrollo de CO2, impresionante en la década de 1980. Esto tuvo un impacto beneficioso al reducir la frecuencia de defectos de PSE y hemorragia intramuscular, por lo que estos sistemas se han desarrollado e instalado en los mataderos (Choi et al., 2014).

En la década de 1990, la atención se atribuyó a la manipulación de animales y experiencias con aturdimiento de cerdos mostrando buenos resultados. Por otra parte, fue importante abrir los ojos a los mataderos considerando que el bienestar animal era también un buen negocio en términos de mejora de calidad de la carne y de los rendimientos (Christensen et al., 1991; Choi et al., 2014). En la década de 2000, había llegado el momento de efectivamente reducir el costo de producción en los mataderos, por lo que un muy amplio programa de automatización se inició dentro de la producción de carne de cerdo. Ambas soluciones las mecanizadas simples y la automatización sofisticada fueron desarrolladas con el objetivo de disminuir los costos de producción y mejorar el ambiente de trabajo para los operadores. Hoy en día, solo unos pocos procesos no están automatizados en las cadenas de sacrificio; mientras que los robots de alta velocidad de segunda generación están en marcha junto con el equipo de procesamiento muy avanzado (Hinrichsen, 2010).

A partir de 2010, es difícil nombrar su tecnología clave. Sin embargo, dos áreas atraen mucho la atención. Una de ellas es la gestión de calidad de la carne y la otra es la exploración por tomografía computarizada (TC) (Kristensen et al., 2014).

Producción

El mercado internacional de la carne es extremadamente competitivo y deja espacio para solo unos pocos productos de primera calidad. Con lo que el costo inicial es una búsqueda sin fin, aunque con pocos frutos maduros al principio. Por supuesto, la continua consolidación de pequeñas plantas de producción y plantas no automatizadas aún ofrecen un potencial de ahorro de costes mediante la utilización de la tecnología conocida. No obstante, hay una necesidad de un gran salto adelante en términos de desarrollo tecnológico (Kristensen et al., 2014).

Luis Alberto Gallo-García et al. / Vector 10 (2015) 26-32

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El bienestar animal

El bienestar animal está altamente relacionado con la calidad de la carne y la productividad en general; mientras que en el mundo occidental hay una creciente consciencia sobre el tema. Es bien sabido que los animales muestran respuestas de estrés durante el día del sacrificio, lo que puede afectar negativamente el bienestar del animal y la calidad de la carne (Støier et al., 2001; Barton, 2004; Gregory, 2008). Un enfoque que combina protocolos basados en mediciones en animales de recursos fue presentado por Grandin (2010); quien sugirió para evaluar el bienestar de los animales en las plantas de beneficio mediante un sistema de puntuación animal, incluyendo la eficacia del aturdimiento, el porcentaje de animales insensibilizados, caídas, la vocalización y el uso de descargas eléctricas. Estas cinco medidas son fáciles de implementar en los mataderos y son altamente utilizables (Grandin, 2010).

3. Materias primas no tradicionales

Carne de conejo

De acuerdo con Dalle y Szendrő (2011), la carne de conejo es una fuente de proteínas de alto valor biológico debido a que contiene altos niveles de aminoácidos esenciales. En comparación con otros tipos de carne es rica en lisina (2,12 g/100 g), treonina (2,01 g/100 g), valina (1,19 g/100 g), isoleucina (1,15 g/100 g), leucina (1,73 g/100 g) y fenilalanina (1,04 g/100 g). Este elevado contenido de aminoácidos esenciales y la fácil digestibilidad de sus proteínas dan a la carne de conejo un alto valor biológico. En cuanto al contenido de colesterol, la carne de conejo contiene los más bajos niveles (47,0 y 61,2 mg/100 g), en el musculo L. dorsi. Asimismo, la carne de conejo es una buena fuente de vitaminas de complejo B y de minerales en especial de selenio (Cury et al., 2011).

Elaboración de salchichasLa investigación muestra que al evaluar la textura

de la salchicha de conejo se observó una dureza inferior a la de su carne, una mayor elasticidad, mayor cohesividad, menor gomosidad, no presento adhesividad y disminuyó su masticabilidad, es decir, requiere menos esfuerzo para masticarla. Además, la carne de conejo evaluada presenta unas características favorables para su aprovechamiento tanto para consumo en fresco como para su transformación en derivados como la salchicha debido a que no solo posee un adecuado valor nutricional sino que también tiene características funcionales que la constituyen en

una materia prima apta para ser procesada (Cury et al., 2011).

Carne de avestruz

El avestruz es un ave nativa de África del Sur de aproximadamente 2,15 m de altura y un peso cercano a los 160 kg. De acuerdo con Ferreira et al. (2012) la carne de avestruz es rica en ácidos grasos poliinsaturados de omega 3 y tiene bajos niveles de grasas saturadas, colesterol, grasa intramuscular y sodio, que hacen que sea una alternativa saludable frente a otras carnes rojas. El pH de la carne de avestruz es relativamente alto, por lo que esta carne es ideal para la industrialización; su capacidad de retención de agua es alta, lo que es una buena característica en el desarrollo de productos cárnicos (Cavalheiro, 2010; Soares et al., 2012).

Elaboración de salchichasLos resultados de esta investigación muestran

que a medida que el embutido contenía más carne de avestruz, presentaba una mayor pérdida de peso; esto debido a que este tipo de carne presenta una mayor humedad que la carne de otras especies como, por ejemplo, la del cerdo. Los autores señalan que esta pérdida de peso también se debe a que el producto con carne de avestruz alcanzó más rápido el punto isoeléctrico de las proteínas miofibrilares y redujo la capacidad de retención de agua ocasionando una pérdida de peso mayor. En cuanto a los valores de humedad y grasa se mantuvieron más bajos que la muestra control, ocurriendo todo lo contrario para el caso de las proteínas que mostraron un aumento significativo en los embutidos con carne de avestruz (Ferreira et al., 2012; Soares et al., 2012).

Carne de búfalo

La carne de búfalo se caracteriza por tener en su composición química bajos contenidos de grasa, colesterol y calorías en comparación con el pollo y la gran mayoría de los pescados, pero a la vez presenta un mayor contenido de proteínas que los anteriores debido a que contiene omega 3 y solo el 1,8 % de sus cortes contiene colesterol (Agudelo et al., 2007; Rey et al., 2011). La carne de búfalo contiene 70 % y 90 % menos grasa que la carne de vaca; en cambio contiene más proteína, hierro y aminoácidos de omega 3. El interés en la producción del búfalo, es cada vez mayor dada la alta calidad de sus productos y su adaptabilidad a las condiciones ambientales (Agudelo et al., 2007; Rey y Gualdron, 2011).

Silva et al. (2014) realizaron una caracterización fisicoquímica y la aceptación sensorial de hamburguesa


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de carne de búfalo comparadas con carne de res, mostrando que ambas hamburguesas reportaron valores similares en cuanto al contenido de humedad (Bovino 65,47 %, Búfalo 65,58 %); proteína cruda (17,38-17,78) y extracto etéreo (13,66-12,54); además no hubo diferencia significativa entre las hamburguesas de res y búfalo para la pérdida por cocción, reducción del diámetro, resistencia al corte y el pH.

Elaboración de salchichasAhmad y Srivastava (2007) estudiaron la calidad de

salchichas fermentadas con carne de búfalo adicionada con diferentes niveles de corazón y grasa durante su almacenamiento refrigerado, donde el corazón constituye una fuente de carbohidratos. Los resultados mostraron un bajo nivel de pH debido a la formación de ácido láctico. Este descenso del pH aumentaba a medida que pasaba el tiempo de almacenamiento, por el crecimiento de bacterias de descomposición hacia el día 75 de almacenamiento. El contenido de humedad de estos embutidos varío de 42,6 % a 47,4 %. El aumento de los niveles de grasa disminuyo significativamente el contenido de humedad de la salchicha, mientras que el aumento de los niveles de incorporación de corazón no tuvo ningún efecto significativo en el contenido de humedad. El bajo contenido de humedad es el responsable de la prolongada vida útil del producto.

Otras especies

Además de las especies ya mencionadas en el mercado mundial también podemos encontrar productos elaborados a partir de carne de ciervo, jabalí o pavo entre otras. Los embutidos son los productos cárnicos procesados que más se elaboran (Cherroud et al., 2014). En un estudio preliminar sobre las características fisicoquímicas de chorizos y salchichones de ciervo y de jabalí se evidenció que todas las muestras presentaron valores similares de actividad de agua (Aw) y pH, mientras que los valores de proteína cruda oscilaron entre 32,4-57,5 %, en referencia a materia seca (Soriano et al., 2006). La misma investigación muestra que el contenido de grasa fue mayor en los embutidos hechos con ciervos (32,58-52,59 %) que aquellos hechos con jabalí (19,54 a 23,25 %). Esto se debe a que el contenido de grasa depende de la cantidad añadida inicialmente a la materia prima en el proceso de producción. La carne de jabalí contiene más grasa que la carne de ciervo (Soriano et al., 2006), siendo esta la razón por la cual los productores añaden más grasa de cerdo para la elaboración de embutidos de carne de venado.

Mamani-Linares et al. (2011) estudiaron una composición química y calidad instrumental de la carne

de bovino, llama (Lama glama) y caballo, mostrando que la carne de llama reportó el mayor contenido de proteínas y menor proporción de colesterol y grasa. También se observó que el contenido de colágeno total fue mayor en este tipo de carne y menor en carne de res. El colágeno es el tejido conectivo que más se atribuye a la reducción de la terneza de la carne puesto que está asociado con la dureza y puede ser resistente a la degradación física durante la cocción. En un estudio realizado por Laime et al. (2008) sobre las técnicas para la elaboración de los productos procesados con carne de llama, estos autores desarrollaron productos como el chorizo, la salchicha wurstel, salame y sfilacci, observando que los productos que presentaron mejores características sensoriales fueron la salchicha wurstel y el chorizo fresco, además el chorizo fue el que mejor terneza reportó entre los demás productos elaborados; aunque el sfilacci mostró mejor jugosidad, el producto que presentó mayor aceptabilidad en general fu el chorizo.

Acerca de la carne de pavo podemos decir que su contenido de proteínas y el bajo nivel de colesterol y ácidos grasos saturados la convierten en una opción atractiva para los consumidores. Aunque su consumo en Colombia es regular, es una carne relativamente costosa y que poco se procesa. Las investigaciones muestran que su elaboración sigue el procedimiento diseñado para la fabricación de cualquier tipo de embutido y sus características sensoriales encuentra gran aceptación e intención de compra por parte de los consumidores (Ayadi et al., 2009). Estos autores estudiaron la influencia de la carragenina sobre las características de la carne de pavo, observando que la carragenina causó una disminución en la estabilidad de la emulsion, aumentando así la capacidad de retención de agua, la dureza y la cohesión de las salchichas. También se evidenció que cuándo se utilizaron los valores más bajos de carrragenina (0,2 y 0,5 %) aumentó la elasticidad del gel.

Por otro lado, la carne de caballo presenta cierto rechazo por algunos consumidores debido a que la tildan de mala calidad por su color oscuro. Esto puede ser porque habitualmente se sacrifican animales que han cumplido con un ciclo de trabajo y que por su edad u otro factor ya no sirven para tal fin (Tateo et al., 2008; Lanza et al., 2009). Investigaciones realizadas por Rabie et al. (2013), quienes evaluaron los aminoácidos y aminas biógenas durante el almacenamiento de salchichas elaboradas con carne de caballo, res y pavo, reportaron que los aminoácidos libres totales aumentaron 13 veces y el total de aminas biógenas alcanzó 130 mg/kg en el caso de las salchichas de caballo durante 28 días en almacenamiento refrigerado.

En un estudio del perfil de ácidos grasos de carne


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de ovino y caballo adelantado por Mamani y Gallo (2013), se muestra una comparación entre la carne ovina y equina; estos autores reportan que el porcentaje de grasa fue más alto en el ovino (2,56 ± 0,41) que en el equino (0,67± 0,11) (p<0,05). De igual manera se indica que el contenido de grasa intramuscular para la carne de caballo es bajo y que contiene mayor cantidad de ácidos grasos insaturados que la carne de ovino, asimismo presentó niveles más bajos de ácidos grasos saturados, lo que la hace un tipo de carne muy saludable.

En algunas ciudades de Colombia, como Pasto, el consumo de carne de cuy es muy común entre algunos habitantes tal como lo demuestra una investigación adelantada por Argote et al. (2009) en la que se observa que el consumo en fresco de este tipo de carne es muy común, alrededor de un 96 % de la población encuestada en dicha ciudad; mientras que es rechazada

en el resto del país principalmente por su apariencia, dejando de lado los grandes beneficios que esta posee tal como se ve en la tabla 1 (Quitral, 2006; Arceu, 2007, Salazar, 2009).

Asimismo, Argote et al., (2009) indican que la misma carne de cuy empacada al vacío presenta una aceptación e intención de compra hasta de 86 % de los encuestados; sin embargo, los resultados no fueron tan buenos para la aceptación de un producto procesado a partir de esta carne. Por su parte, Torres (2015) desarrolló productos cárnicos a base de cuy (cavia porcellus) para una línea gourmet; este investigador elaboró longaniza, nuggets y chorizo, reportando que los nuggets fueron los de mayor contenido de proteína; siendo mayor que la longaniza en un 31 %; sin embargo, el chorizo reportó un porcentaje de grasa mayor del 86 % en los nuggets y un 47 % en la longaniza.

Tabla 1Composición química de diferentes carnes

Especie Humedad (%) Proteína (%) Grasa (%) Mineral (%) Cal/g

Cuy 70,6 20,3 7,8 0,8 96Cerdo 46,8 14,5 37,3 0,7 376Ovino 50,6 16,4 31,1 1,0 253

Vacuno engorde 58,9 17,5 21,8 1,0 253

Vacuno flaco 74,5 20,5 2,8 1,0 224

Caballo 75 18,1 4,1 1,8 118Caprino 71 18,7 9,4 0,9 165Conejo 70 20,4 8,0 1,6 159

Pato 54 16,6 28,6 1,4 326Pavo 58 20,1 20,2 1,7 268Pollo 71 18,2 10,2 0,6 170

Gallina 62 18,1 18,7 1,2 246

Finalmente, la aceptación de la carne de burro como un alimento atractivo para los seres humanos ha cambiado a lo largo de los siglos: en el pasado este tipo de carne procedía de animales que fueron sacrificados al final de su vida laboral y era considerada inaceptable para el consumo ya sea por costumbres, religión o cultura (Smith y Pearson, 2005; Monti et al., 2007; Vincenzetti et al., 2014). En consecuencia, la carne estaba destinada principalmente a la producción de embutidos y otros productos a base de carne de caballo salada (Lorenzo et al., 2014; Lorenzo y Carballo, 2015). Los consumidores de hoy exigen carne más magra, con menos grasa y una calidad constante (Franco et al., 2011), por lo tanto la carne de burro se produce principalmente a partir de animales jóvenes (Polidori y Vincenzetti, 2013; Polidori et al., 2015). Para evitar

características indeseables como la falta de ternura, y factores tales como la raza equina, sexo, peso vivo y sus interacciones, se ha demostrado que estos afectan a la canal y calidad de la carne; así como la composición de ácidos grasos de la grasa y la deposición (Juárez et al., 2009). En la actualidad no se ha investigado la elaboración de productos cárnicos a partir de este tipo de carne, sin embargo en diferentes ciudades de Sudáfrica se han encontrado productos ofrecidos al consumir elaborados con este tipo de materia prima; aunque incumpliendo las normas sanitarias.

4. Conclusiones

La carne proveniente de especies alternativas constituye una opción saludable en la dieta del ser humano.


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En general se puede concluir que estos productos novedosos presentan menores niveles de grasa y colesterol frente a las especies convencionales. En Colombia se acostumbra a consumir carne y derivados de especies tradicionales, desconociendo los grandes beneficios que pueden traer la ingesta de productos procesados de otras especies. Esto puede ser debido a que hace falta implementar procesos tecnológicos y sanitarios innovadores que despierten el interés de las personas, generando confianza y credibilidad acerca del origen y procesamiento del producto. Además, se pudo establecer que la carne de llama sostuvo el mayor contenido de proteínas y a la vez el menor contenido de colesterol y grasa; por su parte, la carne de conejo reporto el mayor contenido de P y K.

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Vector 10 (2015) 33 - 37ISSN 1909 - 7891

Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad

Bolívar, Venezuela

Carmen Rodrígueza*, Paola Reyesb, Edermar Arrietab

aDepartamento de Ciencias Fisiológicas, Universidad de Oriente, Venezuela.bEjercicio privado de Bioanálisis, Ciudad Bolívar, Venezuela.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected]

ResumenEn Venezuela es muy común la venta de helados caseros, no industrializados, en la parte externa de las instituciones educativas. Estos son consumidos principalmente por niños. El objetivo de esta investigación fue determinar los microorganismos indicadores de calidad sanitaria en helados artesanales, expendidos en las afueras de instituciones educativas de Ciudad Bolívar. Se analizaron 30 helados de diversos sabores, empacados en bolsas plásticas, según lineamientos de la Norma Venezolana COVENIN. La determinación de bacterias aerobias mesófilas se realizó mediante siembra en profundidad (Norma 902-87), coliformes totales, fecales y Escherichia coli por el método de tubos múltiples y determinación del número más probable (NMP) (Norma 1104-96). Los resultados excedieron los requisitos microbiológicos; las bacterias aerobias mesófilas fueron superiores a 2,5x105 UFC/ml en 10 % de las muestras, los coliformes totales sobrepasaron la norma en 46,7 % de las mismas. Hubo presencia de coliformes fecales en 16,6 % de las muestras y de Escherichia coli en un 6,6 % de ellas, lo cual indica contaminación fecal del producto. Se concluye que estos helados constituyen un peligro para la salud, no son microbiológicamente seguros, se evidencia la falta de control higiénico y desconocimiento de prácticas de higiene y manipulación de alimentos. Estos resultados deben constituir un alerta de salud pública.

Palabras clave: Higiene, calidad sanitaria, indicadores, coliformes totales, coliformes fecales.

Microbiological quality of homemade ice cream sold outside educational institutions in Ciudad Bolívar, Venezuela

AbstractThe selling of homemade non-industrialized ice cream outside educational institutions is very common in Venezuela. This ice cream is consumed mainly by children. The aim of this research was to determine microorganisms indicating the sanitary quality in homemade ice cream sold outside educational institutions in Ciudad Bolivar. Thirty different flavors of ice cream packed in plastic bags were analyzed according to COVENIN Venezuelan Standard guidelines. Determination of aerobic mesophilic bacteria was performed by seeding in depth (Standard 902-87), total coliforms, fecal coliforms and Escherichia coli were determined by the multiple tube method and through determination of the Most Probable Number –MPN- (Standard 1104-1196). The results exceeded the microbiological requirements. Me-sophilic aerobic bacteria were higher than 2.5x105 CFU/ml in 10% of the samples; total coliforms exceeded the standard in 46.7% and presence of fecal coliforms was found in 16.6% of the samples; Escherichia coli were found in 6.6%. This indicates fecal contamination of the product. It is concluded that these ice creams constitute a danger to health and are not microbiologically safe; the lack of hygiene control and lack of hygiene practices and food handling are evident. These results should constitute a public health alert.

Key words: Hygiene, sanitary quality, indicators, total coliforms, fecal coliforms.

1. Introducción

Los helados constituyen un producto alimenticio muy atractivo para la población de todas las edades, en especial los niños, bien sea por su contenido de azúcar o por su efecto refrescante ante el clima caluroso de la zona donde se habite. Cuando las condiciones

higiénicas son inadecuadas durante el proceso de elaboración de los helados, los riesgos microbiológicos aumentan y representan un riesgo para la salud de los consumidores; riesgo que se hace mayor cuando son de elaboración doméstica o artesanal, ya que no son sometidos a algún proceso térmico tal como la pasteurización.

La venta ambulante de alimentos y bebidas en Venezuela ha sido asociada a actividades propias de sectores informales de la economía y por lo tanto

Cómo citar este artículo:Rodríguez C., Reyes P., Arrieta E. (2015). Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones edu-cativas en Ciudad Bolívar, Venezuela. Revista Vector, 10: 33-37.

Carmen Rodríguez, Paola Reyes, Edermar Arrieta / Vector 10 (2015) 33-37

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es fuente permanente de problemas de salud al ser ejercida en vías públicas de las ciudades y bajo condiciones climáticas tropicales altamente variables (Arroyo et al., 2011). Los alimentos que se expenden en la vía pública constituyen la expresión de un conjunto de actividades económicas que se adaptan a las necesidades socioculturales y gastronómicas de cada país. Sin embargo pueden involucrar una serie de deficiencias sanitarias relacionadas con la cultura de quienes realizan dichas actividades, provocando brotes de intoxicación alimentaria (Vizcaya et al., 2008).

Los alimentos de la vía pública, son alimentos y bebidas listos para consumir preparados y/o vendidos por los vendedores ambulantes o fijos especialmente en las calles y otros sitos similares. El riesgo de intoxicación alimentaria asociado a los alimentos vendidos en la vía pública sigue siendo una amenaza, por lo que la contaminación microbiológica es uno de los mayores problemas en este sentido. Se sabe que los agentes patógenos de origen alimentario representan un grave peligro para la salud y que el riesgo depende principalmente del tipo de alimento y del método de preparación y conservación de este. La ignorancia de los vendedores ambulantes sobre las causas de las enfermedades de origen alimentario es un factor de riesgo que no se puede obviar. El acceso inadecuado a las redes de agua potable y la eliminación de los desechos aumentan los riesgos para la salud pública (Valera y Cruz, 2014).

En la parte exterior de las instituciones educativas se ha hecho frecuente la comercialización de helados a niños de las escuelas elaborados en casa y expendidos en bolsas plásticas transparentes anudadas en su parte superior, conocidos popularmente como ‘tetas’, preparados con diversos sabores de frutas o de base láctea. Esta modalidad de helados carece de registro sanitario y no tiene nada que ver con la institución educativa en términos de responsabilidad.

El control microbiológico de los helados es de suma importancia debido a que no están sujetos a ningún proceso de cocción o esterilización, por lo que pueden convertirse en fuentes de contaminación. Los riesgos microbiológicos aumentan considerablemente en los helados de fabricación artesanal, doméstica o casera particularmente si se toma en cuenta que muchas personas, sin tener los mínimos conocimientos de higiene y manipulación de alimentos, se aventuran a realizar esta actividad como una manera de percibir ingresos para el sostén de su familia. La ausencia de control higiénico en la materia prima y en cada una de las fases de elaboración puede conducir a contajes microbianos elevados y a potenciales problemas de salud pública (Rosales y Díaz, 2006).

En vista de que los helados constituyen un alimento de riesgo sanitario, sobre todo cuando su elaboración es de tipo artesanal, se consideró necesaria la realización de esta investigación para determinar la presencia de microorganismos indicadores de calidad sanitaria en helados artesanales expendidos al detal por vendedores ambulantes que los comercializan en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela.


Se realizó una investigación cuantitativa, aplicada, descriptiva, transversal y de campo, para lo cual se recolectaron 30 muestras de helado empacados en bolsas plásticas provenientes de 6 vendedores diferentes. Cada muestra se colocó de manera individual en bolsa plástica de cierre hermético para evitar derrames. Su traslado se hizo conservando la cadena de frío, y se procesaron el mismo día de su recolección, con el fin de evitar que se alterara la población real de bacterias presentes en la muestra. En el laboratorio se dejaron descongelar las muestras de helado a temperatura ambiente, manteniéndolas en sus empaques originales, ya que por contener 250 ml aproximadamente se descongelan en tiempo breve sin requerir otro método para ello.

Se prepararon diluciones decimales a partir de la muestra de helado (Norma COVENIN 1126-89). Se trasvasó 1 ml a un tubo de ensayo estéril que contenía 9 ml de agua peptonada al 0,1 % para obtener la dilución 1:10. Se repitió este procedimiento, a partir de esta dilución, dos veces más, para preparar las diluciones 1:100 y 1:1000, respectivamente. Las determinaciones se realizaron por duplicado en la muestra original y en sus tres diluciones (101, 10-2 y 10-3).

Para el recuento de colonias de bacterias aerobias en placas de Petri (Norma COVENIN 902-87) se colocó 1 ml de la muestra de helado por duplicado y se añadieron 15 ml de Agar Plate Count previamente fundido y temperado a 45-50 °C. Se mezcló por rotación suave y se dejó solidificar sobre una superficie plana. Se incubaron a 37±1 °C por 24 a 48 h. Se contaron las colonias y se calculó la cuenta total de microorganismos en la muestra, tomando en cuenta el promedio del duplicado (UFC/ml) y la dilución respectiva.

En el caso de la determinación del número más probable (NMP) de coliformes totales (Norma COVENIN 1104-96), se realizó la prueba presuntiva al inocular 1 ml de muestra y/o sus diluciones en cada uno de 3 tubos con caldo lauril sulfato triptosa, con tubo de fermentación invertido. Se mezcló suavemente. Se incubaron a 35 ± 0,5 °C por 24 h, los tubos negativos se reincubaron 24 h más. La positividad se observó por

Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela

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presencia de gas en el tubo Durham y/o efervescencia en el medio de cultivo.

Para la prueba confirmatoria, de cada tubo positivo de la prueba presuntiva, se transfirió un asada del cultivo a tubos que contenían caldo lactosa bilis verde brillante (2 %) (CLBVB) con tubo de fermentación invertido. Se incubaron a 35 ± 0,5 °C por 48 h. Con el número de tubos positivos de esta prueba, es decir aquellos que presentaron gas en el tubo Durham y/o efervescencia en el medio de cultivo, se calculó el número más probable de bacterias coliformes por ml de muestra según la tabla NMP para 3 tubos.

Con relación a la determinación del NMP de coliformes fecales (Norma COVENIN 1104-96), de cada tubo con gas en caldo lauril sulfato triptosa se inoculó por asada a tubos con caldo para enriquecimiento de coliformes (EC) previamente temperados a 45 °C ± 0,2 °C. Se incubaron en baño de agua a 45 °C ± 0,2 °C durante 24 h. Se anotaron los tubos con gas y se llevaron los resultados a la tabla de número más probable.

Finalmente, la determinación del NMP de Escherichia coli (Norma COVENIN 1104-96) se efectuó en base a los tubos positivos obtenidos en la determinación de coliformes fecales. A partir del caldo EC se sembró por estría en agar levine eosina azul de metileno. Las placas se incubaron a 35 °C ± 1 °C entre 24 y 48 h. Se seleccionaron las colonias violeta oscuro o negro, con o sin brillo verde metálico, y se subcultivaron en tubos con agar nutritivo para la obtención de un cultivo puro. Se incubaron a 35 °C ± 1 °C durante 24 ± 2 h. Se realizó tinción de Gram para observar morfología y pureza del cultivo. Posteriormente se realizaron las pruebas de Indol, rojo de metilo (RM), Voges Proskauer (VP) y utilización de citrato (IMVIC), a partir de los cultivos puros y de morfología característica.

Todos los resultados se compararon con la Norma Venezolana COVENIN 2392:1997 para helados de fabricación industrial, ya que no se dispone de una norma para helados caseros, siendo utilizada como referencia en investigaciones similares realizadas en Venezuela. Se utilizó la estadística descriptiva y los resultados se presentaron en tablas de frecuencia, se utilizó la media aritmética como medida de tendencia central.

3. Resultados

En la tabla 1 se observa que en muestras de los vendedores A y D se excede el criterio microbiológico que establece la Norma Venezolana COVENIN 2392:1997 para este producto (hasta 2,5x105 UFC/ml), mostrando un recuento máximo en el orden de 106 diluciones decimales. Entre ambos vendedores se totalizaron tres muestras (n=3) que sobrepasaron el límite máximo permisible, esto representa aproximadamente un 10 % de las muestras de helado analizadas.

En la tabla 2, en el caso de coliformes totales, hubo 14 muestras de helados que excedieron el límite máximo que establece la norma (hasta 93 NMP/ml). Esto representa un 46,7 % del total de muestras analizadas. Con relación a los coliformes fecales, esta tabla muestra que los recuentos de las cinco muestras (n=5) del vendedor D sobrepasaron el criterio microbiológico de la norma, esto representa un 16,6 % del total de las muestras de helado; a su vez, en dos de ellas (n=2) del mismo vendedor, se determinó la bacteria Escherichia coli. La norma establece que ambos deben estar ausentes (<3NMP/ml). En el resto de las muestras de los demás expendedores hubo ausencia de coliformes fecales y E. coli.

Tabla 1Bacterias aerobias mesófilas en helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela

Carmen Rodríguez, Paola Reyes, Edermar Arrieta / Vector 10 (2015) 33-37

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Tabla 2Coliformes totales, fecales y Escherichia coli en helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela

4. Discusión

Los recuentos de bacterias aerobias mesófilas, en muestras de helados artesanales expendidas por dos de los vendedores, sobrepasó el límite máximo permisible por la Norma Venezolana COVENIN con valores máximos de 3,0x106 UFC/ml. Esto coincide con diversos autores (Rosales y Díaz, 2006; Vizcaya et al., 2008) que obtuvieron recuentos fuera de la norma venezolana; asimismo, contrastan con investigaciones (Flores, 2010; García y García, 2011) cuyos recuentos estuvieron dentro de los límites de referencia.

La interpretación de los recuentos de aerobios mesófilos no debe hacerse aislada de otros hallazgos en el análisis bacteriológico de alimentos, ya que por sí misma no es concluyente; recuentos bajos no aseguran que el alimento esté exento de microorganismos patógenos; tan solo indican las condiciones higiénicas de la materia prima, la forma en cómo se manipuló y la calidad de la conservación en general.

En cuanto al grupo coliforme, se obtuvo que los coliformes totales están por encima del límite de la Norma COVENIN; en cuanto a los coliformes fecales, estos estuvieron presentes en las 5 muestras de un mismo vendedor; mientras que la Norma señala para estos últimos, que deben estar ausentes. Estos resultados coinciden con Rosales y Díaz (2006), Borneo et al. (2009) y Flores (2010). En cambio las investigaciones de Vizcaya et al. (2008) y García y

García (2011), mostraron ausencia de coliformes totales y fecales.

Con relación a Escherichia coli, también hallada en esta investigación en dos muestras (6,6 %), este resultado coincide con Vizcaya et al. (2008) quienes también reportaron su presencia en helados caseros. En otras investigaciones no fue determinada incluso cuando se evidenciaron coliformes fecales.

Hay que destacar que la presencia de bacterias del grupo coliforme indica contaminación fecal, por lo que si son coliformes fecales entonces específicamente la contaminación es reciente y su presencia indica riesgo en el producto alimenticio, siendo confirmado por la presencia de Escherichia coli como indicador fecal de higiene en alimentos. En esta investigación, en la búsqueda de E. coli, se evidenciaron otras bacterias coliformes fecales tal como Citrobacter spp cuya presencia confirma al grupo coliforme.

Cuando se triangulan los resultados de bacterias aerobias mesófilas, coliformes totales y coliformes fecales para determinar la calidad sanitaria de los helados estudiados, se hallaron dos condiciones importantes:

(i) recuentos elevados de bacterias aerobias mesófilas, fuera de la norma de referencia, con coliformes totales y fecales dentro de los parámetros esperados. (ii) Recuentos de bacterias aerobias mesófilas dentro de la referencia con contajes de coliformes totales fuera de la norma, así como fecales y presencia de E. coli.

Calidad microbiológica de helados artesanales expendidos en las afueras de instituciones educativas en Ciudad Bolívar, Venezuela

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En ambos casos el alimento está en condición de riesgo microbiológico y amerita el rechazo del mismo. En el primero, los helados han estado sometidos a deficientes condiciones higiénicas generales que podrían permitir la contaminación, supervivencia y multiplicación de otros microorganismos incluyendo patógenos y productores de toxinas, convirtiéndolo en un peligro para la salud del consumidor. Esta situación coincide con la investigación de Vizcaya et al. (2008). En el segundo caso el riesgo es más claro, la contaminación fecal ha sido reciente y no ha habido tiempo para que los coliformes y otras bacterias se multipliquen lo suficiente como para elevar el número de aerobios mesófilos. Esta situación coincide con los trabajos de Rosales y Díaz (2006), Ávila y Silva (2008), y Flores (2010).

Las demás situaciones que se presentan son las más sencillas para deducir la calidad sanitaria del helado: cuando todas las determinaciones están dentro de la norma de referencia tal como en la investigación de García y García (2011); o, el otro extremo, cuando todas las determinaciones exceden el criterio microbiológico.

5. Conclusión

Los helados de fabricación artesanal, en los cuales se descuidan la higiene y las normas de manipulación, constituyen un peligro para la salud de sus consumidores y no son microbiológicamente seguros. En esta investigación los recuentos microbiológicos de microorganismos indicadores hacen presumir una falta de control higiénico y desconocimiento de prácticas de higiene y manipulación de alimentos. Los resultados de esta investigación deben constituir un alerta de salud pública.

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Borneo R., Nasseta M., Passalacqua N. (2009). Ciencia y tecnología de los alimentos: avances en inocuidad y microbiología. Editorial Acribia, S.A.: Córdoba. 222 p.

Flores C. (2010). Estudio de la inocuidad de los sorbetes artesanales comercializados en las zonas de Soyapango, mejicanos y zona del centro de la ciudad de San Salvador. Universidad de El Salvador: El Salvador. 96 p.

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Vizcaya T., González F., Gutiérrez O. (2008). Riesgo epidemiológico por helados no industriales en Barquisimeto, Venezuela. Comunidad y Salud, 7, 2: 1-9.

1. Introducción

El presente proyecto está enmarcado en las nuevas tendencias internacionales y nacionales de aseguramiento de la inocuidad de los alimentos en mercados altamente competitivos, en donde los costos de producción y el cumplimiento de medidas fitosanitarias son la clave para la sostenibilidad de las empresas alimentarias (CONPES, 2005). El

cumplimiento de estas medidas está relacionado directamente con la implementación de programas de prevención de la inocuidad como buenas prácticas ganaderas (BPG) y de ordeño por parte de los productores, buenas prácticas de manufactura (BPM), así como el análisis de peligros y puntos de control críticos (HACCP, por sus siglas en inglés) e ISO 22000:2005 (ICONTEC, 2005).

El sector lácteo colombiano no es ajeno a las anteriores normativas y programas de prevención; asimismo, se inculca en todo el sector que todos los

Vector 10 (2015) 38 - 45ISSN 1909 - 7891

Diseño de un sistema de aseguramiento de la inocuidad en una empresa procesadora de leches en el departamento

de Caldas

Félix Octavio Díaz-Arangoa,*, Julio César Caicedo-Erasob, Luis Fernando Mejía-Gutiérreza

a Magíster, Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia.b Ph.D., Profesor Asociado, Departamento de Sistemas e Informática, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (FO. Díaz-Arango)

ResumenLa Universidad de Caldas asesoró a una empresa procesadora de leche ubicada en el municipio de Aranzazu (Caldas) en el desarrollo de un proyecto para él aseguramiento de la competitividad de la leche y sus derivados, aprobado en la convocatoria agroindustrial del SENA-IICA-2013. Este proyecto se orientó a incrementar la calidad y la competitividad de dicha empresa, por medio de un diagnóstico situacional de proveedores y de calidad de la leche cruda suministrada. A partir de los resultados se pudieron definir las capacitaciones y asesorías para el fomento de las buenas prácticas ganaderas (BPG). Igualmente, se trabajó en las buenas prácticas de manufactura (BPM) en la planta de obtención de leche pasteurizada para posteriormente desarrollar la implementación y certificación bajo el sistema de análisis de peligros y puntos de control crítico (HACCP). Los resultados del proyecto demuestran que la metodología utilizada logró el objetivo principal de certificación en el sistema HACCP, mejorando las condiciones higiénicas de producción y procesamiento de la leche cruda y de la leche pasteurizada, optimando la calidad del producto terminado y la competitividad de la empresa en el mercado regional y nacional.

Palabras clave: calidad, competitividad, leche pasteurizada, HACCP, inocuidad.

Design of a safety assurance system in a milk processing company in the department of CaldasAbstractUniversidad de Caldas acted as a consultant for a milk processing company located in the municipality of Aranzazu -Caldas- in the development of a project for assuring competitiveness of milk and dairy products approved in the SENA-IICA 2013agro-industrial call. This project was aimed at increasing quality and competitiveness of the company through a diagnosis of the Situational Provider and quality of raw milk delivered to the company. From the results, training and consultancy sessions for the promotion of Good Agricultural Practices (GAP) could be defined. Similarly, Good Manufacturing Practices (GMP) in the pasteurized milk extraction plant to further develop the implementation and certification under the Hazard Analysis and Critical Control Point, HACCP system were worked. The project results show that the methodology used achieved the main goal of certification in the HACCP system improving hygienic conditions of production and processing of raw milk and pasteurized milk, improving finished product quality and competitiveness of the company in the regional and national market.

Key words: quality, competitiveness, pasteurized milk, HACCP, food safety.

Cómo citar este artículo:Díaz-Arango F.O., Caicedo-Eraso J.C., Mejía-Gutiérrez L.F. (2015). Diseño de un sistema de aseguramiento de la inocuidad en una empresa procesadora de leches en el departamento de Caldas. Revista Vector, 10: 38-45.

Diseño de un sistema de aseguramiento de la inocuidad en una empresa procesadora de leches en el departamento de Caldas

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eslabones que participen en la cadena de producción sean responsables en la conservación y aseguramiento de la calidad de la leche y sus derivados (Ministerio de Agricultura, 1999).

Los factores críticos (Mojica et al., 2007) que debe resolver el subsector lácteo colombiano, se presentan tanto en el eslabón productivo como en el industrial y los consumidores. Se destacan problemas tales como la baja calidad higiénica de la leche en algunas zonas del país, las enfermedades infecciosas que afectan la salud del ganado, la falta de implementación de buenas prácticas ganaderas al interior de las explotaciones, la baja infraestructura de redes de frío, la falta de adopción de procesos que garanticen una calidad que se ajuste a los estándares internacionales, entre otros.

En respuesta a los anteriores problemas, una empresa ubicada en el municipio de Aranzazu (Caldas) inició el proceso de mejorar la calidad de su leche y sus productos derivados cumpliendo las regulaciones de los Decretos 3075 de 1997, 60 de 2002, 616 de 2006 y la Resolución 2674 de 2013. Con el fin de buscar estrategias para solucionar las problemáticas de la empresa se conformó una alianza con la Universidad de Caldas para formular el proyecto: “Aseguramiento de la calidad y competitividad de la leche y derivados de una empresa procesadora de leches en Caldas”, el cual fue aprobado en la convocatoria agroindustrial SENA-IICA-2013.

Por su parte, el proyecto desarrolló los siguientes objetivos específicos: realizar un diagnóstico de la calidad de la leche cruda y de los productos lácteos que se elaboran; fomentar la aplicación de buenas prácticas ganaderas y de ordeño en los proveedores de leche cruda; implementar y certificar la empresa en el sistema de análisis de riesgos y puntos de control críticos.

2. Materiales y Métodos

Diagnóstico de proveedores, producción y calidad de leche cruda que adquiere la empresa: se desarrolló este objetivo a partir de la información recolectada por medio de una encuesta a las fincas proveedoras. El diseño y la aplicación de la encuesta para productores de leche, requirió del diseño de un plan de muestreo y la definición de la población objetivo. La sistematización y análisis estadístico descriptivo se efectuó a través de un programa SPSS. Las preguntas que se definieron estuvieron relacionadas con temas de infraestructura, sanidad, buenas prácticas de ordeño, uso de medicamentos, alimentación, reproducción y genética (Arango et al., 1998).

Caracterización de la calidad de la leche cruda: con

el fin de identificar la calidad de la leche utilizada por la empresa, se diseñó un plan de muestreo de la materia prima suministrada por los proveedores (ICONTEC, 2001). Para la localización del muestreo se tuvieron en cuenta la leche producida por los proveedores de la empresa en los cuatro municipios de la zona Norte de Caldas: Aranzazu, Salamina, Pácora y Aguadas.

Análisis de laboratorio: las pruebas para el análisis de la leche cruda se seleccionaron de acuerdo a las recomendadas por el Decreto 616 de 2006 del Ministerio de la Protección Social de Colombia y otras como la AOAC (1997) y la IDF (1966). Se aplicaron pruebas de plataforma, métodos fisicoquímicos y métodos microbiológicos. Con relación al análisis estadístico de los resultados se aplicó estadística descriptiva para determinar el comportamiento de las diferentes variables evaluadas, utilizando el programa estadístico SPSS.

Buenas prácticas ganaderas y de ordeño: para el fomento del mejoramiento de la inocuidad de la leche cruda de los proveedores de la empresa, se desarrolló un plan de mejoramiento mediante un proceso de capacitación y de asesorías con el fin de que fueran certificadas por un organismo competente como el ICA en hatos libres de tuberculosis y brucelosis (IDF-FDA, 2004).

Diseño, implementación y certificación en HACCP

Implementación de las BPM: los programas previos de BPM necesarios para el sistema HACCP deben estar firmemente establecidos, en funcionamiento y verificados adecuadamente (FAO, OMS, 2003). Para lograr la implementación se tuvieron en cuenta las directrices internacionales del CODEX Alimentarius (2004), así como el Decreto 3075 de 1997 del Ministerio de Salud y el Decreto 616 de 2006 y la Resolución 2674 de 2013 del Ministerio de la Protección Social.

Perfil sanitario de las BPM: se realizó una evaluación de las condiciones sanitarias de la planta de procesamiento de leche pasteurizada mediante el formato recomendado por las autoridades sanitarias del INVIMA (Cristancho, 2006).

Implementación de los programas prerrequisitos: estos son programas implementados en aspectos relacionados con la higiene del entorno de la leche cruda, el producto en proceso y el producto terminado en los alimentos, de conformidad con el Decreto 3075 de 1997 (Cristancho, 2006). En el programa de trazabilidad se diseñó un aplicativo informático para registrar el historial de los diferentes lotes de leche pasteurizada; el cual se desarrolló utilizando la metodología ágil Scrum.

Félix Octavio Díaz-Arango, Julio Cesar Caicedo-Eraso, Luis Fernando Mejía-Gutiérrez / Vector 10 (2015) 38-45

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Auditoría interna de las BPM: luego de empezar la implementación de las BPM se efectuó un seguimiento, auditando el sistema a través de informes y visitas personalizadas.

Formalización de las BPM: el Instituto de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA), efectuó una revisión del cumplimiento de las BPM y dio el aval como soporte para la implementación del sistema HACCP.

Implementación del sistema HACCP: el Decreto 60 de 2002, sirvió de soporte para la implementación del sistema HACCP en la empresa procesadora de leche. Luego de la implementación y el aval legal de las BPM se prosiguió con el sistema HACCP, aplicando sus siete principios; los cuales buscan identificar peligros potenciales (biológicos, físicos o químicos) que afecten de manera adversa la seguridad de la leche pasteurizada, además de las medidas para su control (NACMCF, 1998).

Certificación del HACCP: este proceso se sustentó en auditorías sistemáticas y regulares del sistema por parte de una entidad de certificación independiente acreditada para tal fin.

3. Resultados y Discusión

Diagnóstico de proveedores y caracterización de la leche cruda: se aplicó una encuesta a 96 productores activos en el momento del diagnóstico (noviembre-diciembre de 2007), el resumen de los resultados obtenidos de las encuestas realizadas a las fincas productoras de leche cruda es el siguiente: la mayoría de las fincas lecheras de la subregión Norte son pequeñas con cargas de animales no superiores a 25 vacas; es muy bajo el número de fincas que se encuentran registradas en el ICA y que llevan registro de sus actividades ganaderas; prácticamente, el ganado lechero es de baja calidad genética; predomina el pastoreo con variedades naturales, aunque en su mayor parte se tienen corrales, bebederos saladeros y comederos; igualmente, la mayoría no posee establos de ordeño; no existen planes de control de plagas, tratamiento de agua potable y residual; se puede considerar que el control sanitario de los animales es deficiente, predominando la automedicación y el poco control en el uso de los medicamentos y tiempos de retiro en especial de antibióticos y vacunas; poca capacitación en las prácticas ganaderas y del personal que se encarga de las fincas; el predominio de pequeñas explotaciones de leche se refleja en la baja productividad de la finca y de los animales, al igual que en los rendimientos de leche de vacas/día (en promedio de 20 litros) (CONPES, 2010) a valores

menores a 10 litros; predomina el ordeño manual, faltan tanques de enfriamiento; transporte en vehículos no acondicionados para llevar leche cruda a los centros de acopio; el poco control de la mastitis determina la poca inocuidad de la leche de la subregión Norte.

Caracterización de la leche cruda: el total de productores muestreados fueron por municipio: 12+42+28+14; 96 activos en el momento del muestreo (noviembre-diciembre 2007). La empresa suministró los recursos para el transporte a las fincas, toma de muestras y traslado a la Unidad Tecnológica de Alimentos (UTA) de la Universidad de Caldas. En la Tabla 1 se presenta un resumen de los resultados de los análisis fisicoquímicos y microbiológicos realizados a la leche cruda de los cuatro municipios de la subregión Norte; zona de influencia de la empresa.

En términos generales si comparamos los resultados con los parámetros del Decreto 616 de 2006 del Ministerio de la Protección Social (Tabla 2), se puede decir que la leche cruda de la subregión Norte del departamento de Caldas presenta una regular calidad higiénica si tenemos en cuenta principalmente la acidez y el recuento de bacterias mesófilas. En cuanto a composición y calidad sanitaria se puede considerar aceptable. Sin embargo el hecho de que se presente de forma aguada, así sea en baja cantidad y posible adición de sustancias neutralizantes, permite sospechar de leches adulteradas con suero, almidones y harinas.

Tabla 1Características de la leche cruda

Parámetro/unidad Leche crudaGrasa % m / v mínimo 3,00Extracto seco total % m / m mínimo 11,30Extracto seco desengrasado % m / m mínimo 8,30 Min. Max.Densidad 15/15 °C g/ml 1,030 1,033

Índice lactométrico 8,40

Acidez expresada como ácido láctico %m/v 0,13 0,17

Índice crioscópico °H-0,530 -0,510

-0,550 -0,530

Buenas prácticas ganaderas y de ordeño: con respecto a este tema, el proyecto por intermedio de un profesional en veterinaria y un funcionario del ICA realizó dos cursos sobre BPG con énfasis en las buenas prácticas de ordeño en los municipios de Aranzazu y Salamina; convocándose a todos los proveedores de leche cruda de la empresa. El apoyo se concentró en aquellos tópicos que afectan la calidad de la leche como son las buenas prácticas de ordeño; posteriormente, se seleccionó el 10 %


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para ser certificados como hatos libres de brucelosis y tuberculosis; siendo asesorados durante seis meses para mejorar sus prácticas ganaderas y de ordeño, así como brindar ayuda con los trámites de certificación.

Implementación de las BPM: inicialmente se hizo un reconocimiento general higiénico de la planta, laboratorio, servicios sanitarios, de comedor y alrededores, para verificar con cuáles de los once programas prerrequisitos que se debían implementar contaba la planta de leche pasteurizada.

Perfil sanitario: el perfil sanitario son una serie de condiciones que el Decreto 3075 de 1997 y la Resolución 2674 de 2013 exigen para que una planta cumpla con las condiciones sanitarias mínimas para el procesamiento de alimentos. Al comienzo del proyecto se hizo el primer perfil y se valoraron todos los aspectos higiénicos de acuerdo a las recomendaciones del INVIMA (Cristancho, 2006), en donde cada aspecto

tenía una valoración máxima de cumplimiento, al final se realizó una sumatoria o valoración total que se presenta a través de porcentajes. En el primer perfil se detectó (Tabla 3) falencias en la disposición de los residuos sólidos y líquidos, ventilación, ventanas, condiciones de diseño y capacidad de equipos, operaciones de envasado, control de plagas, principalmente, para un cumplimiento bajo del 77,9 %.

Posteriormente, y después de que la empresa realizara las acciones recomendadas, se volvió a determinar el perfil sanitario lográndose alcanzar un 94,9 % de cumplimiento; de este modo se pudo solicitar la visita del INVIMA para el aval correspondiente en cuanto a BPM. Sin embargo quedó por mejorar el sistema de eliminación de residuos líquidos, algunas condiciones del transporte de leche pasteurizada y de la bodega de expendio en la ciudad de Manizales, así como fortalecer la organización y personal disponible del sistema de control de aseguramiento de la calidad.

Tabla 2Caracterización de la leche cruda producida en los municipios de la subregión Norte de Caldas

Programas prerrequisitos implementados: los procedimientos de los programas prerrequisitos implementados se consignaron en un manual de BPM. Este manual tiene la función de identificar los requisitos del Decreto 3075 de 1997; el cual incluye el organigrama y todos los programas, procedimientos, instructivos y formatos que lo componen.

El proceso de implementación de los planes y programas de buenas prácticas de manufactura se llevó a cabo en un período de seis meses. Los programas de BPM implementados en la empresa

fueron los siguientes: programa de control del agua potable para garantizar el uso de agua potable en la empresa; programa de tratamiento de aguas residuales para el manejo adecuado en cuanto a recolección, tratamiento y disposición de las aguas residuales generadas en la planta; programa de mantenimiento para garantizar el funcionamiento óptimo de los equipos e instrumentos y prevenir la contaminación del producto; programa de capacitación, dando inducción a los nuevos empleados y capacitaciones en BPM; programa de control de proveedores para la clasificación,


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selección, evaluación, aprobación y seguimiento a los proveedores, fichas técnicas de materias primas e insumos; programa de control de distribuidores con actividades para conservar las condiciones de calidad e inocuidad durante el expendio, distribución y transporte de la leche pasteurizada; programa de trazabilidad para la identificación y seguimiento (historia del lote) de materias primas, producto en proceso y producto terminado, toda la información anterior que se recogió por lotes se consignó en un aplicativo informático (software) diseñado en el proyecto el cual sirvió de base de datos para la historia de los productos, permitiendo la opción de generar un ‘reporte’ que presente los datos de aquellas variables que no están en el rango o no miden el valor ideal correspondiente, ofreciendo una acción de alerta; programa de muestreo con procedimientos e instructivos de laboratorio, técnicas de análisis y el plan de muestreo que hacen parte del contenido de este plan; programa de limpieza y desinfección con procedimientos e instructivos que incluyen frecuencia, responsables y pasos para desarrollar las actividades de limpieza y/o

desinfección, actividades de verificación, registros de programación y control de las actividades de limpieza y desinfección, así como las sustancias empleadas; programa de control de plagas el cual se estructuró con actividades de prevención, protección y eliminación de plagas, cuadro de riesgos y registros de actividades de mantenimiento preventivo; programa de residuos sólidos donde se definieron las actividades de recolección, manejo y disposición final de los desechos sólidos.

Proceso de implementación del HACCP: las actividades iniciales fueron las de formulación del proyecto y comprendieron entre otras la decisión gerencial de implementar el sistema, definición de las políticas de calidad, conformación del equipo HACCP, capacitación en HACCP y elaboración del diagnóstico de la situación; bajo lo cual se soportó la elaboración del plan HACCP. En cuanto a la decisión gerencial, esta se dio por los propietarios de la empresa desde el momento mismo en que firmaron sus responsabilidades con el proyecto presentando a la convocatoria del SENA.

Tabla 3Perfil sanitario de la línea de leche pasteurizada de la empresa

Listado de documentación: en la formulación del plan se definieron los documentos que se debían diseñar y utilizar para implementar y hacer el seguimiento del HACCP.

Diagnóstico: para esta etapa se aprobó el organigrama, se programó el estudio de caracterización de los productos mediante fichas técnicas de materias primas y producto terminado (Tabla 4), información sobre el origen y características de las materias primas, diagrama de flujo (Figura 1) y descripción del proceso de obtención de leche pasteurizada entera, diseño de un programa de identificación y codificación del

producto, determinación de la vida de anaquel.La descripción del proceso o las fases del proceso

comprenden: etapa 1, recepción de materia prima leche cruda; etapa 2, recepción material y envasado; etapa 3a, almacenamiento refrigerado; etapa 3b, almacenamiento envases; etapa 4, estandarización; etapa 5, homogenización; etapa 6, pasteurización; etapa 7, almacenamiento temporal en tanque refrigerado; etapa 8, envasado; etapa 9, almacenamiento final refrigerado en cuarto frío; etapa 10, transporte y distribución.

Posteriormente, se elaboró el manual de funciones


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del HACCP; este manual contiene las funciones de cada uno de los puestos relacionados en el organigrama: incluyendo sin excepción al gerente, a los responsable del HACCP y a los miembros del comité HACCP destacándose un responsable técnico, un responsable de calidad, un responsable de ventas, un responsable de producción y un responsable de los hatos.

Luego de la fase preliminar de los aspectos generales del sistema HACCP, se procedieron a aplicar los siete principios.

Principio uno: identificación de peligros. La metodología de identificación fue el estudio de modelos genéricos, referencias bibliográficas, empleo de listado de preguntas sobre materias primas, ingredientes, instalaciones, procesos y, por último, tormenta de ideas del personal de la empresa para identificar peligros (Tabla 5).

Tabla 4Ficha técnica de la leche pasteurizada entera

Estos peligros fueron valorados cuantitativamente según criterios de gravedad, ocurrencia y probabilidad de no detección para efecto de determinar su severidad e imponer mayores restricciones higiénicas.

Principio dos: identificación de los puntos de control crítico y de las medidas preventivas: un punto de control crítico es un lugar o etapa del proceso en el que puede ser aplicada una medida de seguridad que previene, elimina o reduce los niveles inaceptables de peligro. La metodología utilizada fue la aplicación del árbol de decisiones, los resultados de identificación de los PCC se presentan en la Tabla 5.

Principio tres: especificación de los límites críticos: los límites críticos del control en los puntos críticos son un rango que debe ser aplicado para cada medida

preventiva asociada con un PCC. Cuando los procesos se desvían de los límites críticos debe tomarse inmediatamente una acción correctiva para asegurar la inocuidad. En la Tabla 5 se observan los límites críticos para los PCC determinados y en las acciones correctivas.

Figura 1. Diagrama de flujo de la línea de proceso de leche pasteurizada entera.

Principio cuatro: establecimiento de procedimientos de monitoreo: el control sobre los límites de este se realiza mediante una secuencia de observaciones para evaluar cuando un PCC está bajo control, asimismo debe producirse un registro exacto para utilizarlo en futuras verificaciones. El monitoreo sobre los PCC en la línea de leche pasteurizada debe registrarse como muestra la Tabla 5.

Principio cinco: aplicación de medidas correctivas cuando un PCC presenta una desviación de sus límites críticos: cuando se superen los límites de control establecidos se deben tomar medidas correctivas que deben ser documentadas. Las acciones correctivas deben estar previstas con anticipación tal como se muestra en la Tabla 5.


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Tabla 5Tabla de control de los PCC

Etapa Peligro CausaMedida

preventiva#

PCCLímite control

Sistema de vigilancia

Acciones correctivas Registro

qué Cuándo quién

Pasteurización

Presencia de objetos extraños: empaque, mezcla de agua

Deterioro del pasteurizador

Mantenimiento adecuado del equipo

PCC2<72 ºC y <15”

Termógrafo HoraOperario Pasteurización

ReprocesarRevisión equipo

Resp. Producción

Registro de temperaturas de pasteurización

PasteurizaciónPresencia patógenos

Tratamiento inadecuado con baja temperatura

Mantenimiento adecuado del equipo

Pasteurización

Presencia de restos de productos de limpieza y desinfección

Defectos en el enjuague y proceso de limpieza

Buenas prácticas de manufactura y POE saneamiento

PCC3> 100 ml/m3

Inspección dosificación

DiarioResp. Producción

ReprocesarCapacitación operarios POE saneamiento

Resp. Producción

Registro de dosificaciones y operaciones de limpieza

AlmacenamientoCrecimiento bacteriano

Temperatura deficiente en equipos de frío

Mantenimiento adecuado de equipos de frío

PCC4 < 4 ºC Termógrafo HoraOperario Pasteurización

ReprocesarRevisión equipo

Resp. Producción

Registro de temperaturas de almacena-miento

EnvasadoPresencia de residuos en envases

Higiene deficiente en almacén de envases

POE de saneamiento

PCC5< 100 UFC/25cm2

Muestra de superficies

Diaria Resp. HACCPRetirada y reprocesar

Revisión equipo

Resp. Producción

Registro de limpieza y de análisis de superficiesEnvasado

Presencia patógenos

Higiene deficiente de la envasadora

POE de saneamiento

Almacén en cuarto

Crecimiento bacteriano

Temperatura deficiente en cuarto

Mantenimiento adecuado de equipo de fríoBuenas prácticas de manufactura

PCC6 < 4 ºC Termógrafo Diario Resp. HACCP ReprocesarRevisión equipo

Resp. Producción

Registro de temperaturas del almacén cuarto

Principio seis: registro: fue necesario diseñar un sistema de registro que documenta el plan HACCP. Se pueden diferenciar cinco tipos de registros: documentación de soporte, registros de monitoreo del HACCP, registro de acciones correctivas, registros de verificación de actividades y programas complementarios. Un ejemplo de estos tipos de registro se presenta en la Tabla 5.

Principio siete: verificación para asegurar que el HACCP funciona correctamente: la verificación es un procedimiento o una serie de pruebas que además de utilizarse como medio de monitoreo de los PCC permiten analizar si el sistema requiere de ajustes o modificaciones.

Certificación HACCP: el organismo certificador seleccionado fue la Société Générale de Surveillance (SGS), empresa de carácter privado, con sede en Suiza y oficina sucursal en Cali (Colombia). Como organismo certificador desplazó a sus auditores (líderes) al municipio de Aranzazu para la evaluación, verificación y observación de la debida correspondencia de los procedimientos que se llevan a cabo en la línea de pasteurización de leche pasteurizada entera con el plan HACCP documentado y presentado por la empresa.

Esta evaluación incluyó tanto los puntos fuertes como las deficiencias encontradas, así como las acciones requeridas antes de la auditoria de certificación y que fueron subsanadas durante los tres meses que duró el proceso; expidiendo la certificación quince días después. Al estar la empresa certificada en el plan HACCP, se le permitió añadir en los rótulos del empaque el sello de la SGS dando por cumplido el proceso de certificación.

4. Conclusiones

La empresa procesadora de leches logró formular las estrategias que se requerían para mejorar la inocuidad de su producto líder, la leche pasteurizada entera; con ello se mejoró la eficacia y se mejoró la competitividad en el mercado regional.

Se pudo cumplir con el propósito central de certificación de la empresa en el sistema de análisis de peligros y puntos de control críticos (HACCP).

El HACCP no es infalible, en especial en aspectos en los que la empresa presenta deficiencias tales como el sistema de aseguramiento de la calidad y la calidad higiénica de la leche cruda. De tal manera


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que un sistema de aseguramiento de la inocuidad no está directamente relacionado con las especificaciones técnicas sobre materia prima y producto terminado, por lo que las deficiencias en las especificaciones no garantizan que se cumplan de forma constante con las condiciones de inocuidad.

El mejoramiento del sistema o el plan HACCP implementado y certificado requiere de un estudio permanente de las necesidades de los clientes para definir a partir de estas los requerimientos de calidad de la leche pasteurizada; detectando, igualmente, cuáles son las etapas de la línea de proceso que pueden incidir en el no cumplimiento de las normativas.

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1. Introducción

Esta investigación tuvo como finalidad determinar cuáles son las categorías que contribuyen a la innovación en producto de las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de la ciudad de Manizales en el año 2011.

Para esta investigación se utilizaron fuentes de datos tales como entrevistas con guía temática para gerentes o propietarios de Mipymes con 17 preguntas orientadoras divididas en 5 grandes bloques, incluyendo las diferentes áreas analizadas: perfil innovador, procesos innovadores, factores e inhibidores de la innovación y factores claves del proceso de innovación. Además de los datos arrojados por las entrevistas se llevó a cabo: un grupo focal;

Vector 10 (2015) 46 - 53ISSN 1909 - 7891

Análisis del proceso de innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de

Manizales

Gloria Patricia Castillo Ossaa*

aSENA, Regional Caldas, Manizales Caldas.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (G. Castillo)

ResumenLa presente investigación inició su orientación hacia la identificación de categorías que contribuyan a la innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de la ciudad de Manizales; se realizó una aproximación al entorno en que se desarrollan las Mipymes de alimentos en la ciudad, profundizando en sus características innovadoras de producto, con el fin de analizar la incidencia de diversos factores internos y externos en el comportamiento innovador en las empresas de alimentos.

El desarrollo de la investigación se realizó en cuatro fases, a saber: definición de la situación problema, trabajo de campo, identificación de patrones y análisis de los datos. Como resultado del estudio se encontró que el incremento de la innovación en cuanto a productos requiere de la generación de competencias innovadoras por parte de los empleados, lo que significa la cualificación del recurso humano en la empresa. Igualmente, las Mipymes requieren de la generación de procesos participativos de planificación estratégica que permitan el involucramiento de todos los empleados con el fin de generar nuevas ideas que incentiven la innovación en cuanto a productos. Desde esta perspectiva las Mipymes del sector de alimentos requieren de alianzas estratégicas en aras de enfrentar uno de los obstáculos más destacados como lo es la tramitología burocrática ante las entidades del Estado, en especial ante el INVIMA.

Palabras clave: Alimento, emprendedor, empresas innovadoras, estudio de caso, factor externo, factor interno, Fondo Emprender, innovación de producto, Mipymes.

Analysis of product innovation process in MSMEs of the Fondo Emprender in the food sector of Manizales

AbstractThis research began oriented towards the identification of categories that contribute to product innovation in the Mipymes of Fondo Emprender for food in the city of Manizales. An approximation to the environment in which food Mipymes are developing in the city was carried out, deepening in their innovative features in the product in order to analyze the impact of various internal and external factors on the innovative behavior of food companies located in the city. The development of the research was carried out in four phases namely: Definition of the problem situation, fieldwork, patterns identification and data analysis. As a result of the study it was found that increase in innovation as far as products is concerned, requires the generation of innovative competences of employees which means the qualification of human resources in the company. Similarly, Mipymes require generation of participatory processes of strategic planning to enable the involvement of all employees in order to generate new ideas that encourage innovation in products. From this perspective Mipymes in the food sector require strategic alliances in order to address one of the most prominent obstacles as it is the bureaucratic paperwork before state entities and specifically before INVIMA.

Key words: Food, enterprising , innovative companies , case study, external factor, internal factor , Fondo Emprender, product innovation, MSMEs.

Cómo citar este artículo:Castillo Ossa G.P. (2015). Análisis del proceso de innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de Manizales. Revista Vector, 10: 46-53.

Análisis del proceso de innovación en producto en las Mipymes del Fondo Emprender del sector de alimentos de Manizales

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una lista de chequeo para la observación; así como un instrumento de los factores relativos a los objetivos y efectos de la innovación de producto referidos a competencias, demandas y mercado, producción y distribución, al igual que lo referente al impacto medio ambiental; lo cual permitió precisar la información y aportó a la discusión.

En consecuencia la necesidad de innovar continuamente ha estado vigente en la actividad empresarial, pero en los últimos tiempos ha cobrado una mayor importancia debido a la inestabilidad del entorno económico de forma tal que la innovación ha ido sustituyendo a la productividad como herramienta fundamental de la competitividad. El desarrollo de la creatividad en los individuos de la organización es un camino hacia la búsqueda de competitividad, por lo que es importante formar una cultura corporativa

basada en la capacidad humana de crear e innovar como prioridad en aras de no solo superar los retos momentáneos que se avecinan sino también de planear un futuro prometedor empresarial a largo plazo, generando verdaderas ventajas que permitan a la empresa tanto sobresalir en su medio como establecer un bienestar a largo plazo para los individuos que la componen.

2. Estrategia metodológica

El desarrollo de la investigación que buscó determinar las categorías que contribuyen a la innovación en producto de las empresas del Fondo Emprender pertenecientes al sector de alimentos en Manizales se distribuyó en cuatro fases, las cuales se exponen a continuación.

Fase definición de la situación problema

Esta primera fase buscó refinar la formulación del problema y decidir sobre los métodos que se deben usar. Además es igualmente determinante para la estructuración de los casos objeto de estudio, definición

de técnicas e instrumentos para la recolección de información y planeación preliminar del trabajo de campo; esta fase de investigación permitió constituir un referente teórico a fin de contextualizar el estudio planteado.

Gloria Patricia Castillo Ossa / Vector 10 (2015) 46-53

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Fase trabajo de campo

Esta es la fase propiamente dicha de la puesta en acción del diseño de investigación. Abarca todo el trabajo de campo que tiene como objetivo la obtención de los datos en función de los objetivos marcados y la organización de la información.

Fase identificación de patrones

Esta fase de la investigación incluyó tres actividades, a saber: análisis e interpretación de los datos y conceptualización de carácter inductivo.

Como unidad de análisis se definieron las Mipymes del sector alimentos del Fondo Emprender de la ciudad de Manizales, tomando para el estudio la base de datos del SENA (regional Caldas). La definición de las Mipymes objeto de estudio en la presente investigación se realizó teniendo como referencia una serie de atributos entre ellos la necesidad de mostrar un interés por el estudio a realizarse, capacidad para trasmitir información relevante, disponibilidad de tiempo suficiente para atender, retener y trasmitir información y capacidad para realizar una descripción detallada de los procesos en la empresa en cuanto a la innovación de productos.

Tabla 1Mipymes objeto de estudio

TIPO EMPRESA UBICACIÓN

Microempresa de alimentos Producción y comercialización de té a base de plantas medicinales Manizales

Microempresa de alimentos

Producción y comercialización pro-ductos alimenticios, principalmente brownies a base de chocolate en diferentes presentaciones

Manizales

Microempresa de alimentos Fruta dorada (producción de chonta-duro en almíbar) Manizales

Microempresa de alimentos Producción y comercialización de harina de cúrcuma Manizales

Microempresa de alimentos Da vida (gelatina para el colon) Manizales

Fuente: elaboración propia por parte de la autora.

3. Resultados

Se considerará como Mipyme innovadora aquella que “ha desarrollado nuevos productos, introducido modificaciones tecnológicas sustanciales en sus productos, o en sus procesos. Todo ello conduciendo a su introducción en el mercado” (OCDE y EUROSTAT, 2005). Desde la perspectiva de este concepto se realiza una caracterización de las Mipymes innovadoras que

hicieron parte del presente estudio y que pertenecen al sector de alimentos del Fondo Emprender del SENA. La caracterización se realiza tomando como referente el modelo de Bridges (2000), sobre el carácter organizacional o preferencias tipo, el cual considera cuatro categorías como son introversión-extraversión, sentido-intuición, pensamiento-sentimiento y juicio-percepción.


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En este sentido se puede afirmar que las Mipymes clasificadas dentro de la tipología extrovertida presentan prácticas gerenciales y organizacionales con base en las exigencias del cliente, de las tendencias del mercado, predominio del trabajo grupal, búsqueda de consenso en la toma de decisiones, comunicación oral, búsqueda de colaboración y asesoría externa.

La aplicación de la lista de chequeo a las Mipymes objeto de estudio destacan algunas características que hacen posible la innovación en estas empresas, a saber: existe motivación por parte de la empresa para la innovación; existe apertura por parte de los directivos de la empresa a la presentación de ideas nuevas; se lleva a cabo la administración de ideas; existe una adecuada integración y cooperación de todas las áreas funcionales de la empresa; se identifican procesos de comunicación en la empresa; se evidencian los procesos de retroalimentación; existen niveles de gerencia en la empresa; se evidencia buen trato de los gerentes con los subordinados y viceversa; se mantiene y promueve la constante cualificación de los recursos humanos de la empresa; siendo este último factor destacado solo por tres Mipymes del estudio.

En cuanto al perfil innovador, la información recolectada muestra que los factores más destacados son: se evidencian competencias innovadoras de los directivos; existen niveles de descentralización en la empresa; en cuanto a competencias innovadoras de los empleados este es el factor que menos destacaron los entrevistados; las innovaciones en las Mipymes estudiadas son realizadas casi siempre por iniciativa del emprendedor, generando y capturando nuevas ideas ya sea como mecanismo de sugerencias internas o a través de lo sugerido por los clientes; esto con el fin de alcanzar una mejor posición competitiva, con objetivos claros, priorizando mantener u ampliar su cuota de mercado con miras a desarrollar nuevos productos o mejorar el existente y así aumentar el nivel de calidad del producto. En última instancia, la innovación según los emprendedores entrevistados busca responder a las necesidades del mercado; es decir a los clientes dado que sus características los hacen perseverantes, inquietos, curiosos, organizados y con metas claras.

Como factores inhibidores de la innovación se encontró que existen limitantes tales como escasez de recursos económicos, falta de asesoría técnica y trámites


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ante el INVIMA. Sin embargo, otros entrevistados consideran que uno de los factores que también afecta la innovación tiene que ver con restricciones técnicas referentes a la maquinaria.

Para determinar los factores claves en la innovación se analizaron entrevistas, así como la información obtenida del grupo focal y la encuesta aplicada a los diferentes actores, encontrándose a juicio de

los entrevistados que existen factores de orden interno y externo que contribuyen a la innovación en productos destacándose los factores del entorno tales como alianzas estratégicas desarrolladas, apoyo institucional, formación del talento humano, flexibilidad del proceso administrativo, trabajo grupal, apertura tecnológica.


Igualmente, con la recolección de la información por medio de los diferentes instrumentos, se encontró: existen fuentes de financiación externas que proporcionan recursos económicos a la empresa para poder desarrollar con éxito el proceso innovador; existe una adecuada integración y cooperación de todas las áreas funcionales de la empresa (I+D, diseño, producción y marketing); tiene la empresa suficiente capacidad y sensibilidad para reaccionar a las nuevas demandas del mercado, desarrollando nuevos productos o modificando los ya existentes; existe una estrategia innovadora a largo plazo que permite capitalizar el conocimiento adquirido y se han incorporado mejoras tecnológicas.

Los resultados obtenidos, a partir de la aplicación de los diferentes instrumentos, permiten destacar que los entrevistados perciben las respuestas de los clientes ante nuevos productos y procesos como el factor externo con mayor grado de incidencia; lo cual muestra una gran prevalencia de los factores de carácter mercadológico como determinantes del proceso innovador. Esto convalida los datos acerca de que la actividad innovadora de mayor importancia es la comercialización de nuevos productos.

Un hecho que sobresale de los datos recopilados es el bajo grado de importancia que los entrevistados manifiestan en torno a las posibilidades de cooperación; esto demuestra una falta de consciencia acerca de la importancia de esta variable interempresarial y a la creación de vínculos para competir en economías más globalizadas. En un ambiente complejo e inestable es importante desarrollar formas de cooperación efectivas con otras Mipymes, proveedores, clientes y con todas las fuentes de información de conocimiento, lo cual permite que se generen ideas y prácticas nuevas para la creación de productos.

De las Mipymes del sector de alimentos de la ciudad de Manizales, la gran mayoría de los entrevistados sostienen que el gran apoyo a la innovación esta en lo externo y específicamente en instituciones del sector público como el Fondo Emprender.

En lo que concierne a los factores internos que afectan el proceso innovador en las Mipymes del Fondo Emprender, del sector de alimentos de la ciudad de Manizales, los entrevistados consideran que la cualificación del personal es el factor interno de menor grado de incidencia en cuanto a la innovación. Asimismo, algunos de los entrevistados resaltan la


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capacidad gerencial y la satisfacción de la demanda de los clientes como los factores determinantes del proceso innovador.

A juicio de los entrevistados los factores internos que tienen mayor grado de incidencia son los asociados a la cultura de la organización, comunicación interna y los altos costos de capacitación; sin embargo, esta apreciación no coincide con lo expuesto por Calderón y Naranjo (2004) quienes realizaron una investigación sobre el perfil cultural de las empresas innovadoras en empresas metalmecánicas de la ciudad de Manizales y quienes sostienen que: “la innovación no es un concepto puramente técnico, sino que tiene hondas raíces de carácter cultural […] es decir está fuertemente asociada con el subsistema cultural que permite introducir nuevos comportamientos derivados de cambios culturales y estratégicos”. El estudio en mención tomo como referencia el modelo de Bridges (2000) sobre el carácter organizacional tal como vimos anteriormente.

El proceso de innovación no solo produce la innovación en sí, el nuevo producto o proceso, también genera aprendizaje (Fiol, 1985; Wolfe, 1994). Existe un elevado grado de consenso en la literatura sobre la importancia de capitalizar el conocimiento creado durante los proyectos de desarrollo tal y como específica el modelo de gestión de la innovación de Tidd, Bessant y Pavitt (1997).

En este sentido, Wheelwright y Clark (1992) proponen un modelo de estrategia de desarrollo que reconoce la necesidad de un aprendizaje continuado y provee mecanismos para capturar y aplicar el aprendizaje. La habilidad para obtener mejoras significativas en el desarrollo durante largos períodos

de tiempo depende de la capacidad de aprender de la experiencia (Wheelwright y Clark, 1992; Nonaka y Takeuchi, 1995; Sanchez y Mahoney, 1996; Tidd et al., 1997). No obstante el aprendizaje organizativo no es un resultado natural de los proyectos de desarrollo, aunque estos hayan tenido éxito.

Para aprender de los proyectos de desarrollo es necesario entender la secuencia de actividades y de acontecimientos críticos que conforman estos proyectos. Los episodios de un proyecto, tanto los correctos como los incorrectos, constituyen la materia prima del aprendizaje. Estos aspectos de tipo teórico coinciden con lo expuesto por los entrevistados.

En cuanto al proceso de desarrollo de nuevos productos el análisis de la información obtenida fruto de la aplicación de los diversos instrumentos permite comprender como algunas de las Mipymes objeto de estudio enmarcan su trabajo en el desarrollo de productos como una red de comunicación tanto de orden interno como externo a la organización, lo que posibilita la innovación y su difusión al interior de la empresa, coincidiendo esto con lo expuesto por Keller (1986) quien halló en sus estudios que la cohesión interna del grupo contribuía a un mejor rendimiento e innovación.

Desde la perspectiva de Brown y Eisenhardt (1995) el análisis de la información recolectada permite inferir que algunas Mipymes objeto de estudio de la presente investigación realizan prácticas efectivas para el desarrollo del producto en lo concerniente al establecimiento de lazos fuertes con proveedores, resolución de problemas de forma colectiva y el apoyo de la dirección de la empresa.



[ 52 ]

Por último, se pude afirmar que la perspectiva del plan racional es básicamente ateórica; consistiendo en colecciones de asociaciones entre diferentes aspectos de desarrollo de productos y el éxito financiero del nuevo producto. En cambio, la perspectiva de la resolución disciplinada de problemas tiene una orientación

teórico-cognitiva que relaciona aspectos sobre la información y su organización con la resolución eficaz de problemas. Finalmente la perspectiva de la red de comunicación se basa en los flujos de información y conocimiento, adoptando un enfoque más simple pero también más consistente.


4. Conclusiones

Existen factores de orden interno y externo que contribuyen a la innovación en producto para las Mipymes destacándose, entre otros, alianzas estratégicas con la Gobernación de Caldas y la Cámara de Comercio de Manizales, apoyo institucional por parte del Fondo Emprender, formación de talento humano, flexibilidad del proceso administrativo, trabajo grupal y apertura tecnológica y cualificación del personal.

El desaf ío para las Mipymes comienza indudablemente con la realización de un profundo ejercicio de autodiagnóstico acompañado de una mayor orientación hacia el entorno. Es necesario desencapsular la visión de los problemas, avanzar hacia un enfoque global de negocio, desarrollar relaciones de cooperación con otras empresas y explorar al máximo

las posibilidades de captar información estratégica, con el fin de ampliar la cartera de ideas y proyectos de la empresa para asignar prioridades y diseñar agendas estratégicas flexibles que incluyan iniciativas novedosas.

En los procesos de aprendizaje organizacional los intereses personales son determinantes en el tipo de evolución que sigue la empresa, ya que pueden especializarse para atender las demandas del nicho de mercado en que actúa gracias a la habilidad para innovar de sus empleados y en particular a la percepción de calidad que debe tener el producto y el servicio que se debe dar a los clientes.

La evolución de las Mipymes es el resultado de un proceso incremental de innovaciones de productos, así como las nuevas habilidades que desarrolla son el resultado del aprendizaje organizacional facilitado por el trabajo en equipo.


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Referencias

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1. Introducción

La economía colombiana depende en gran medida de la producción y comercialización de productos agrícolas entre los cuales se destacan las frutas; particu-larmente, la especie Rubus glaucus o mora de Castilla

es una de las más apetecidas para consumo en fresco (Grijalba, 2010). Hoy en día las zonas de mayor produc-ción son el Centro y Occidente del país, destacándose el Eje Cafetero (Ministerio de Agricultura, 2009), con proyecciones de área cultivada hasta del 94 %. Esta tendencia muestra el problema de su comercialización. Aunando a ello es un fruto no climatérico de vida útil muy corta de 3 a 5 días, dependiendo de la forma de cosecha y del manejo poscosecha en el que se pueden presentar pérdidas muy altas (60-70 %) cuando no se

Vector 10 (2015) 54 - 58ISSN 1909 - 7891

Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el

municipio de Aránzazu

Luis Fernando Mejía-Gutiérreza,*, Félix Octavio Díaz-Arangoa, Julio César Caicedo-Erasob

a Magíster, Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia.b Ph.D., Profesor Asociado, Departamento de Sistemas e Informática, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (L.F. Mejía-Gutiérrez)

ResumenEl municipio de Aranzazu (Caldas) es productor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth); su comercio es escaso y de precio bajo, al igual que los ingresos de los productores, en especial en época de poscosecha donde se presentan altas pérdidas; ante este panorama se propuso la industrialización de los excedentes en un producto autóctono, haciendo uso tanto del conocimiento tradicional de los productores como del técnico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Caldas. Se formuló un diseño experimental de post prueba y un grupo de control para manipular la concentración de pulpa en el mosto. Se estandarizó el proceso, utilizando mora grado de maduración 5 y 6, se determinaron sólidos solubles 8,0 °Brix y acidez de 2,93 como % de ácido cítrico; se formularon mostos con porcentajes de pulpa desde el 25 % hasta el 60 %, con 28 °Brix por adición de sacarosa y jarabe invertido y pH de 3,5 por adición de ácido cítrico. La fermentación se llevó hasta finalizar el proceso anaeróbico por 20 semanas. La evaluación de los licores mostró que los licores con 25 % de pulpa presentan la mayor concentración de alcohol con 14,5 % en volumen; mientras que el mosto con 35 % de pulpa, obtuvo las mejores características sensoriales y mayor aceptación.

Palabras clave: licor, mora, pulpa, jarabe invertido, alcohol.

Physicochemical and sensory characterization of Andean blackberry (Rubus glaucus Benth) liquor produced in the municipality of Aranzazu

AbstractThe municipality of Aranzazu (Caldas) is a producer of Andean blackberry (Rubus glaucus Benth). Its trade is scarce and low price, as well as the income for producers especially at post-harvest time when high losses are presented. In this scenario, the industrialization of the surplus in a native product was proposed, making use of both, the traditional knowledge of producers and the technical knowledge of the Faculty of Engineering at Universidad de Caldas. A posttest experimental design and control group was carried out to manipulate pulp concentration in the must pulp. The process was standardized by using 5 and 6 maturity stage Andean blackberry, and soluble solids 8.0 ° Brix, 2.93% acidity as well as percentage of citric acid were determined. Must pulp was formulated with pulp percentages from 25% to 60%, with 28 ° Brix by adding sucrose and inverted syrup, and pH 3.5 by addition of citric acid. The fermentation was carried to completion of the anaerobic for 20 weeks. The assessment of the liquor showed that liqueurs with 25% pulp have the highest concentration of alcohol with 14.5% in volume and 35% pulp obtaining the best sensory characteristics and greater acceptance.

Key words: liquor, blackberry, pulp, invested syrup, alcohol.

Cómo citar este artículo:Mejía-Gutiérrez L.F., Díaz-Arango F.O., Caicedo-Eraso J.C. (2015). Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el municipio de Aránzazu. Revista Vector, 10: 54-58.

Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el municipio de Aránzazu

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realizan adecuadamente (Galvis, 1995); por lo anterior, sufre continuos cambios fisicoquímicos dependientes de las variedades y de la calidad de cosecha; los cuales inciden en el precio. Los cultivos comerciales de mora de Castilla, con mejores resultados, se dan en altitudes entre 1800 y 2600 msnm; clasificadas como zonas de clima frío moderado y con temperaturas promedio entre 12 y 18 ºC.

El municipio de Aranzazu (Caldas) ha desarrollado el cultivo de la mora por su ubicación geográfica, al encontrarse en el sector Norte de este departamento, con un clima predominantemente frío, con una tem-peratura promedio de 18 °C, con rangos de altitud entre 2000 y 3000 msnm (Municipio de Aranzazu, 2008). Este municipio cultiva comercialmente mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) y algunas variedades e híbridos con contenido de sólidos solubles inferior a 12 °Bx (CCI, 1999). Es cultivada por pequeños agricultores, ubicados en áreas marginales para la agricultura, con escasez de recursos y ausencia de desarrollo tecnológico. Debido a que la mora es un cultivo tradicional y una fuente principal de ingresos de gran parte de estos pequeños cultivadores, ante el escaso mercado en fresco y los bajos precios, estos productores se ven en la necesi-dad de buscar un valor agregado como alternativa de generación de otros ingresos.

Por lo anterior, la asociación de productores de mora del municipio inició un proyecto para la elabo-ración de licores como respuesta a la generación de volúmenes de frutas que no cumplen con los parámet-ros del mercado por las deficiencias en el manejo pos-cosecha y como estrategia para darle un mayor valor agregado al cultivo. Recogiendo las inquietudes de los productores sobre dicha situación se formuló una propuesta para el desarrollo y estandarización de un proceso de obtención de licor con mostos a diferentes proporciones de pulpa; los cuales fueron evaluados sensorialmente por un panel semientrenado en la Unidad Tecnológica de Alimentos de la Universidad de Caldas, con el fin de clasificarlos en: vinos calmos o naturales, aquellos que se fabrican desde el mosto y que son fermentados en forma natural, tienen una graduación alcohólica que va desde el 10 % hasta el 15 %; vinos fuertes o fortificados, ya que reciben una dosis adicional de alcohol en alguna etapa de su vinificación y su contenido alcohólico va desde los 16º a los 23º (grados por volumen); vinos espumantes, aquellos del tipo champagne, los cuales tienen dos fermentaciones. La primera que es la habitual del vino natural y la se-gunda que tiene lugar en la botella y se caracteriza por su carbonatación forzada usando dióxido de carbono.

Características fisicoquímicas de la mora: el grado 5 de maduración de la mora es el que presenta mejores

características sensoriales, la calidad de la mora tiene relación directa con la calidad del licor. Las característi-cas de la fruta son: 7-9 ºBx, pH 2,9-3,2, acidez titulable 2,20 %-3,20 % de ácido cítrico, índice de madurez entre 2,2-3,7. En los días posteriores a la cosecha la mora almacenada en condiciones ambientales presenta en los sólidos solubles y pH una tendencia ascendente, mientras que en la acidez titulable una tendencia descendente.

Procesos de obtención de licor de mora: a partir de la reacción bioquímica que realizan las levaduras sobre los carbohidratos presentes en la fruta, en ausencia de oxígeno, se obtiene el alcohol etílico; el cual es el responsable del gusto y el cuerpo de cualquier licor, conservando las demás características sensoriales como color, sabor y aroma. El proceso de fermentación se caracteriza por un burbujeo que se intensifica durante los primeros cinco días y termina con la producción máxima de alcohol; lo cual ocurre entre la tercera y quinta semana, dependiendo de la temperatura; con el avance de la fermentación el medio se va haciendo inhóspito para el desarrollo y supervivencia de las levaduras (Carretero, 2011) debido a la formación de alcohol y a la disminución de azúcares y nutrientes necesarios para su desarrollo.

Existen diversas maneras de producir licores de frutas cuyas técnicas van desde un proceso de desti-lación o de fermentación hasta el más simple como la maceración, que es un proceso de difusión de aromas y sabores, suministrando la fruta a un licor previamente procesado tal como el brandy, el whisky o el ron. La fermentación alcohólica está ligada a la actividad vital de las levaduras presentes en el mosto reguladas por su carga enzimática; los azúcares presentes como glucosa y fructosa son transformados en alcohol, anhídrido carbónico y otros productos secundarios. Debido a que la mora posee una gran cantidad de levaduras silvestres del género Saccharomyces, especialmente de la especie cerevisiae y ellipsoideus, se aprovechan para llevar a cabo la conversión de mosto a licor sin adición de levadura comercial. Dado que las levaduras son microorganismos mesófilos la fermentación transcurre entre los 13 y 35 °C, el pH más adecuado del licor debe estar entre 3 y 4 lo cual es propicio para el desarrollo de las levaduras, mas no así para otros microorganismos (Collado, 2001); aunque para estos ensayos se mantuvo inferior a 3,5. Los licores de frutas son reglamentados en Colombia por el Instituto de Normas Técnicas Co-lombianas (ICONTEC), que establece un grado alco-hólico para estos licores entre 10 y 18 ° GL y el proceso de elaboración para vinos (NTC 223). Otras prácticas permitidas en la elaboración se exponen en la NTC 222.

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2. Materiales y Métodos

En el laboratorio de procesos agroindustriales de la Universidad de Caldas se hizo limpieza y desinfec-ción, con solución de hipoclorito a 50 ppm y posterior enjuague, selección y clasificación de mora de Castilla (Rubus glaucus), por sanidad y grado de maduración 5 en escala de 1 a 6 según ICONTEC (NTC 1406), procedente de la zona rural del municipio de Aranzazu (aproxi-madamente, 22 °C y 75 % de humedad relativa), luego se eliminaron los pedúnculos; los licores se elaboraron según las normas NTC 708, 223, 4976, 708 y 173, y el Decreto 3192 de 1983 del Ministerio de Salud. Los frutos seleccionados se llevaron a maceración manual, al jugo resultante se le determinan sólidos solubles por el mé-todo refractométrico 932.12 de la AOAC (1990) a través de un refractómetro marca Abbe TPM2-WAJ; el porcen-taje de acidez como ácido cítrico por el método 942.15 de la AOAC; el pH por el método 981.12 de la AOAC (1990); la relación de madurez como SST/ATT. Todos los datos se midieron por triplicado. Se prepararon mostos iniciales según la Tabla 1 y se ajustaron sólidos solubles de acuerdo a la Tabla 2, a 28 °Bx y pH de 3,5.

Los toneles de fermentación se lavaron y sulfitaron con metabisulfito de potasio (60 g/L), se llenaron manu-almente hasta sus tres cuartas (3/4) partes. El mosto se dejó en reposo en los toneles a temperatura ambiente entre 17 °C y 20 °C; se hizo seguimiento periódico de sólidos solubles, pH, acidez y grado alcohólico hasta terminación de la respiración, cuando se efectuó el trasiego. Para separar los sólidos de mayor tamaño se hizo un filtrado y se llevó a otro tonel, ahí se le añadió bentonita en una proporción de 1,5 g/L sobre 10 veces su peso en agua; a los doce días se retiró y se volvió a filtrar. Al licor resultante en cada uno de los casos se le determinó grados Brix, pH, acidez, °GL, presencia de metanol (método ácido cromotrópico); se evaluó la aceptación o rechazo del producto con escala estructu-rada desde excelente a bueno (0 a 70) hasta defectuoso (70 a 90); el orden de preferencia con 10 jueces semien-trenados se hizo en el laboratorio de análisis sensorial de la Universidad de Caldas. El envasado se realizó en botellas para vino de color ámbar con un espacio de cabeza adecuado, garantizando un tapado adecuado, las botellas fueron lavadas y desinfectadas previamente.

Se diseñó un experimento con post prueba y un grupo de control; recomendado para poder evaluar los efectos de las variables: concentración de pulpa sobre propiedades fisicoquímicas, sólidos solubles, acidez, pH y análisis sensorial del producto final; la variable independiente tuvo ocho niveles de manipulación; estos ensayos se realizaron por triplicado y se promediaron los resultados. Análisis descriptivo, análisis de varianza ANOVA, pruebas de rangos múltiples y Kruskal-Wallis, utilizando el programa estadístico Statgraphics Plus.

3. Resultados y Discusión

El rendimiento de la pulpa para la preparación del mosto fue de aproximadamente 97 g de pulpa por cada 100 g de fruta y presentó un promedio de sólidos solubles de 6 °Bx, 2,1 % de acidez expresada como ácido cítrico y un pH de 2,9. Los mostos preparados presentaron las características dadas en la Tabla 1 y se ajustaron sólidos solubles a 28 °Bx finales con sacarosa y pH 3,5 con adición de ácido cítrico.

Tabla 1Caracterización de los mostos iniciales

% Pulpa 25 30 35 40 45 50 55 60

pH 3,6 3,5 3,3 3,2 3,1 3,1 3,0 3,0Sólidos

solubles,Iniciales

(°Bx)

2,4 3,4 3,4 3,8 4,3 4,7 5,2 5,6

Tabla 2Ajuste mostos finales

Formulación(% pulpa) kg jugo kg azúcar Litros

jarabe Litros agua

25 2,5 2,65 3,95 3,3730 3,0 2,62 3,91 2,8835 3,5 2,59 3,86 2,3940 4,0 2,56 3,82 1,9045 4,5 2,53 3,77 1,4250 5,0 2,50 3,73 0,9255 5,5 2,47 3,68 0,4460 6,0 2,44 3,60 0,00

Las características fisicoquímicas del licor obtenido se presentan en la Tabla 3 con relación al % de pulpa en el mosto.

Tabla 3Características fisicoquímicas de los licores

% PulpaSólidos solubles

(°Bx)

Grado alcohólico

(°GL)pH Acidez

(% ácido cítrico)

25 22,0 14,5 3,50 0,7530 20,0 14,0 3,40 0,8635 19,0 13,5 3,37 0,9940 18,0 12,5 3,35 1,0845 17,0 12,0 3,34 1,1950 15,0 11,5 3,31 1,2755 14,0 11,0 3,29 1,35

60 13,5 10,5 3,27 1,42

Caracterización fisicoquímica y sensorial de licor de mora de Castilla (Rubus glaucus Benth) producido en el municipio de Aránzazu

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Los resultados fisicoquímicos de licores de mora de Castilla (Rubus glaucus) elaborados con el 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 % y 60 % de pulpa, permiten inferir que la mayor producción de alcohol se obtuvo en el licor con 25 % de pulpa en concordancia con el mayor porcentaje de sacarosa adicionado al mosto. En-tre menor sea el porcentaje de pulpa, se debe adicionar mayor edulcorante para ajustar el porcentaje de sólidos iniciales. Los licores obtenidos tienen un promedio de acidez de 1,11 % ácido cítrico, sólidos solubles 17,11 °Bx y un grado alcohólico de 12,5 °GL. Los licores obtenidos se enmarcan dentro de la definición de licores tintos calmos debido a que se elaboraron desde el mosto y fueron fermentados en forma natural con adición controlada de azúcar; estos licores se caracterizan por poseer una graduación alcohólica que va desde el 10 % hasta el 15 %; mientras que los sólidos solubles entre 15 y 30 °Bx permiten clasificarlos como abocados licoro-sos. Desde el punto de vista fisicoquímico, al comparar los diferentes licores, podemos observar que aquellos con una formulación de mosto entre el 30 % y el 35 % de pulpa de mora presentan mayores contenidos de alcohol. Existe una tendencia de reducción de los azucares residuales (valor inicial de 28 °Bx) y del pH en relación con el mayor porcentaje de pulpa de mora en el mosto; lo cual es lógico si tenemos en cuenta que a medida que se produce la fermentación se consume el azúcar y se incrementa la acidez en el medio o mosto fermentado.

En lo referente al análisis sensorial en la Figura 1 se presentan las puntuaciones para cada uno de los 8 licores obtenidos y evaluados por los 10 catadores semientrenados del laboratorio de análisis sensorial de la Universidad de Caldas. Como puede observarse, a través de las puntuaciones en las Tablas 4 y 5, los licores con mayor contenido de alcohol son los elaborados con 35 % de pulpa (2,4) seguido de los licores con 25 % y 30 % de pulpa de mora en el mosto. Desde el punto de vista del análisis de varianza, la ANOVA descom-pone la varianza de los datos en dos componentes: un componente entre grupos y un componente dentro del grupo. La razón -F, que en este caso es igual a 5,22039, es una relación entre los grupos; mientras que el valor -P, menor que 0,05, permite afirmar que existe una diferencia estadísticamente significativa entre las me-dias de las 8 variables o puntuaciones con un 95,0 % de nivel de confianza; por lo que son independientes. Para determinar cuáles medias de las puntuaciones son significativamente diferentes de las otras, se aplicó la prueba de rangos múltiples.

Figura 1. Evaluación sensorial del licor.

Tabla 4Prueba de ordenamiento de puntuaciones de los licores

Formulación(% pulpa)

Promedio Desviación estándar

25 3,6 1,269330 3,5 1,779535 2,4 1,606640 4,1 2,330945 4,3 2,311850 6,9 1,969255 6,4 1,733760 6,9 2,8067

Tabla 5Análisis descriptivo de variables de control de los licores

Parámetro Promedio Desviación están-dar

Acidez(% ácido cítrico) 1,113 0,236

Sólidos solubles (°Bx) 17,100 2,640Grado alcohólico

(°GL) 42,562 1,425

pH 3,350 0,075

El ANOVA para las puntuaciones de los catadores mostró diferencias estadísticamente significativas con el 95,0 % de confianza, se rechaza la hipótesis nula de ausencia de diferencias significativas en muchas pare-jas entre medias, predominando las parejas de menor % de mora; para definir cuál es el licor que tuvo mayor preferencia se recurrió a la prueba de Kruskal-Wallis o prueba de la hipótesis nula, que nos indica que las medianas de las puntuaciones de los ocho catadores

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no es la misma. Lo anterior lo confirma el cálculo del rango promedio a un valor -P = 0,00039 inferior a 0,05; lo que indica que las medianas tienen una diferencia estadísticamente significativa a un nivel de confianza del 95,0 %.

Con base en este análisis estadístico se puede deducir que los licores con menores porcentajes de fruta (mora) en su orden: 35 %, 20 % y 25 %, son los que tuvieron mayores preferencias por parte de los 10 catadores. El menor valor del rango promedio de la prueba de Kruskal-Wallis confirma el promedio de las calificaciones sugeridas en un comienzo, pero con la certeza de que el promedio de las puntuaciones son válidas al ser estadísticamente diferentes.

Por tanto, la evaluación sensorial de los jueces ex-presa que los licores de menor preferencia son los de mayor porcentaje de fruta. Ellos complementaron la calificación percibiendo según sus anotaciones: lico-res que presentaban un olor fuerte a fruta, alta acidez y mucha textura, viscosidad, menor cuerpo, menor gusto, así como en que no se apreciaba claramente el fondo de la copa o recipiente de catación.

4. Conclusiones

Las variables más importantes en la producción del vino son el % de alcohol, los sólidos solubles y la temperatura en la que se lleva a cabo el proceso; la cual en este caso no fue controlada; sin embargo el se-guimiento de la concentración de alcohol y los sólidos solubles permitieron visualizar que son inversamente proporcionales, siendo un indicativo del avance de la reacción de fermentación. Se logró elaborar un licor de mora con características organolépticas y fisicoquími-cas que lo clasifican en el grupo de licores tintos calmos por presentar un contenido de alcohol, sólidos y pH dentro de los rangos establecidos para estos licores. Se determinó que los licores con menor porcentaje de pulpa de mora en el mosto y mayor ajuste de azúcares, obtuvieron las mayores preferencias de los catadores que realizaron las pruebas de degustación. Se puede

concluir que los licores con 25 %, 30 % y 35 % de pulpa de mora en el mosto presentan la mayor producción de alcohol, siendo el licor con 25 % de pulpa de mora el que contiene un mayor grado alcohólico (14,5 °GL). Se recomienda a los productores de mora de Castilla y del vino “Casa Aranzazu” del municipio de Aranza-zu, producir el licor con 35 % de pulpa y continuar el procesamiento efectuando el seguimiento del tiempo de maduración para optimizar el bouquet y la estabi-lización del licor en tonel.

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1. Introduction

Polyethylene is made from a raw material derived from petroleum: Ethane, and subsequently by reacting, ethylene monomer catalytic cracking is obtained.

The reaction for obtaining ethylene cracking is carried out at high temperatures and special conditions of pressure.

Once the ethylene is obtained through a reaction of appropriate ethylene polymerization, several chains of ethylene are formed. This polymer has properties and diversity of changes in pressure and temperature used in the processes.

Polyethylene is an olefin, a member of the family of thermoplastics. The raw material for the manufacture is high purity ethylene produced from ethane flows, from the gas oil cracking process, which in the Colombian context is currently produced by the Ecopetrol industry (Martin, 2005).

The high purity ethylene is subjected to high pressure and temperature for polymerization in the

presence of a reaction initiator and thus produces tubular reactors polyethylene, low density.

Production and Characterization

The polyethylene in the market is produced at a cost of between US $1200/t and US$ 1800/t, the average annual world production is 80 million tons, which are directed to various processing industries where polyethylene is used for molding processes such as blow types, compression transfer, among others, for various applications where the polyethylene is marketed.

The production plant of LDPE, was modeled for the production of about 12 t/h, from a feedstock flow of 65 t/h of ethylene entering a compressor in order to rapidly increase the pressure before entering the reaction zone.

The main physical characteristics that contain the main information of each compound, including the principal raw material and product characterization that will be obtained, were found in Malppas (2012).

Vector 10 (2015) 59 - 64ISSN 1909 - 7891

Design of a production plant of LDPE in Colombia

Cristian Felipe Jimenez-Varon1*, Reinel Tabares Soto2

1 Engineer. Professor, Department of Maths and Statistics, Universidad Nacional de Colombia, Manizales2 Engineer. Professor, Department of Electronic and Automation, Department of Maths and Physics, Universidad Autonoma de Manizales, Manizales


* Autor de [email protected] (CF Jimenez Varón)

AbstractThe present article is a study on the production of polyethylene as a product of the polymerization reaction of ethylene monomer, a thorough analysis of its production, raw materials and catalyst required to carry out this reaction. The study begins by inquiring about generalities on the compound, physical and chemical properties, and current industrial applications.

Key words : Polyethylene, ethylene, polymerization, monomer, tubular reactor.

Diseño de una planta de LDPE en ColombiaResumenEl presente artículo es un estudio sobre la producción de polietileno como un producto de la reacción de polimerización del monómero de etileno, un análisis exhaustivo de su producción, materias primas y del catalizador necesario para llevar a cabo esta reacción. El estudio comienza por preguntar sobre generalidades sobre el compuesto, propiedades físicas y químicas y aplicaciones industriales actuales.

Palabras clave: polietileno, etileno, polimerización, monómeros, reactor tubular

Cómo citar este artículo:Jimenez-Varon C.F., Tabares Soto R. (2015). Design of a production plant of LDPE in Colombia. Revista Vector, 10: 59-64.

Cristian Felipe Jimenez-Varon, Reinel Tabares Soto / Vector 10 (2015) 59-64

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Location

Currently the only producer of LDPE in Colombia is the Ecopetrol business group, which has two production plants, one in Cartagena and the other in Barrancabermeja. Ecopetrol Business Group is the greatest supplier of raw material, and has high levels of production of this requirement, the plant plans to build and operate in the municipality Puerto Colombia located in the Atlantico department due to this town is near to the plant ecopetrol and it is a strategic site given its port as an enabler to export polyethylene in the form of raw material (APCA, 2013).

The location of the plant is chosen by the ease and efficiency improvement in the processes of internal and external logistics regarding acquisition of raw materials and distribution of products and in terms of transportation costs, distribution and cellar times of both raw materials and products.

Industrial Impact

One of the beneficiaries of this project are the petroleum businesses, since they would have a large customer demand for its products as raw material, produced as a product of petroleum. Also, there are industries getting benefits from the prosecution of plastic to finished products requiring the LDPE as raw material, not only in the national context, just as Riduco in the city of Manizales, but in the international context as well. All of this due to LDPE is the most widely used polymer in the thermoplastic industry worldwide for various applications.

The following companies are currently the largest producers of plastic in the global market based on sales of chemicals: BASF, Germany Dow Chemical, USA INEOS Group, LyondellBasell England, and Netherlands ExxonMobil, USA SABIC, Saudi Arabia DuPont, USA Total, France Formosa Plastics Group, Taiwan Bayer and Germany (C&EN, 2014).

Given that the plant that uses different resources derived from petroleum, this production would increase the commercialization of these derivatives for various applications which would increase the development, and the economy of the country.

2. Methods and Structure of process

Process Basic Structure

Polyethylene is produced from the polymerization of ethylene. The polymerization reaction is sensitive to a very large number of catalysts and it is initiated particularly easy by compounds that produce free

radicals, for our process, benzoyl peroxide and Di terc butyl peroxide were used as substances for the initiation of the reaction. Polyethylene production requires a source of pure ethylene, suitable compression equipment to operate at about 2000 bar, and a high pressure reactor to perform quick and high exothermic polymerization control. The process takes place in continuous operation.

The process of production of LDPE, basically has three key stages (see Figure 1) which are: Pretreatment, an essential step to adapt the conditions of pressure and temperature of the stream prior to entering the reaction zone commodities, this stage consists of equipment such as compressors and heat exchangers, which ensure that the flow of the ethylene and the initiators being introduced in the reactor of polymerization are at least 2000 bar and about 150 degrees centigrade. The second key step is the reaction zone, this process is modelled in high pressure tubular reactors, which has a water vapor stream to ensure the temperature conditions in the reactor, the plant as a reaction zone is subdivided into four subzones, since injection points are the initiators for the start of reaction mechanism. The final part is the area of separation, consisting of a Flash equipment, which evaporates the amount of ethylene that do not react and then it is used in recirculation but also in the current obtained from the product (Textos Científicos, 2005).

Reactor Operation

For this part of the process, an exhaustive review of the literature was carried out, from which the following conclusions were addressed: The polymerization reaction occurs by a kinetic chain reaction mechanism by free radicals, consisting of 10 semi-reactions (Odian, 2004).

· The tubular reactor is a PFR in countercurrent, countercurrent PFR, divided into 4 sections due to the injection of the initiators of the reaction mechanism.

· The reactor operating temperature is between 150-300 °C.

· The reaction works at high pressures in a range of 2000-3000 bars.

· The length of the reactor is about 1000 m.

· The internal diameter of the tubular reactor is in a range of 25-50 mm.

· Conversion reactor is quite low for the process, about 20 % (Cuevas, 2012).


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Figure 1. Flow-sheet of the LDPE production plant (Textos Cientificos, 2005).

Kinetic Model

The reaction zone is conducted by a mechanism of reaction of 10 reactions (Kienle et al., 2005).

The reaction rate constants (k) are represented by modified Arrhenius equations (Kienle et al., 2005); including the effects of temperature (T), change of pressure and Activation Energy:

(1)

Here K0 is the frequency factor specified for each reaction, the term is the activating Energy, IR the Gas constant and T is the temperature. The kinetics for the reactions is of first order, the kinetics parameters were found in (Brandup, 1989).

The reactor is the central body in the production process, this works continuously, therefore the injection of the initiators should always be listed in each section of the reactor, and the tubular reactor shall keep its conditions of temperature, pressure and condition of phase to the reactive mixture, so that the kinetic rate laws and reaction mechanisms are not affected (Dong and Piet, 2004).

Different points in the reactor have steam inlets in order to maintain an appropriate temperature and pressure conditions; this steam is supplied by a boiler producing it at medium pressure.

3. Process Description

Ethylene Pre-treatment

The ethylene required as input into this process is transported in tankers to withstand high pressure liquid inflammable from the supplier company, Ecopetrol. This is acquired and deposited in a storage tank at atmospheric conditions before entering to the process (Ecopetrol, 2014).

After it enters the process, it is initiated in the conditions of pretreatment to have the raw material prepared before being in the reaction zone.

The ethylene stream is required to be pressurized thus it enters a compressor prior the reaction zone.

After the content of ethylene stream is pressurized, it is split into two streams: The first one is going to react to the first two reaction zones with injection of the initiators, and this must react at a higher temperature.

The second stream enters another heat exchanger that should be operated at a lower temperature and also enters the mixer with the injection of new initiators in addition to the current coming from the reaction zone 2. The mixture has to be carried out before entering the reaction zone 3 and 4.

Reaction

The reaction process is carried out in PFR tubular reactors, where a reaction mechanism of PCR is performed; this is subdivided into 10 reactions or


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steps in the various stages of the mechanism, such as initiation, which generates free radicals that will link with different chains of ethylene, forming a vinyl polymer. Then at the stage of propagation different transfers of radical and monomer occur in order to gradually increase the number of chains formed. Finally, the polymerization process is completed by temperature conditions that disrupt the chemical bond formed, producing low density polyethylene in the temperature range established for the reaction (Idarraga, 2010).

LDPE is polymerized forming large chains and generating enough entropy in the order of their bonds between monomers, causing a reduction of their density given that the internal structure has different types of defects (Donald et al., 2004).

Specifying the fluid service

In order to preserve the conditions of the reaction, specify and justify the operating conditions, reactors should have a thermal fluid service, which for our case is water.

Separation Zone

In the design of the production plant of LDPE, there are two separators: Flash isothermal type, located at the exit of the reaction zone 4, which is used to reduce the pressure to an intermediate value at the atmospheric pressure, in order to carried out Flash separation is required:

· A total mass balance.· A mass per component balance.· A total energy balance.

The first Flash separator works at high pressures; the second Flash separator works at lower pressures (Lipatov and Nesterov, 1998).

In the Flash 1, the liquid phase contains the monomer and polymer, whereas the gas phase is a recycle stream since it is not a product. Ethylene by itself does not react.

The Flash 2 is assumed as an ideal separator for polymer-monomer mixture, the monomer is recycled to the process and the polymer is removed from the plant.

Treatment of ethylene recirculation

Due to the low conversion in the polymerization reaction that produces polyethylene, the large amount

of ethylene that does not react and is evaporated in the Flash separator. The reagent that does not react is carried out to some storage tanks, which have to enter a purification process before returning to the starting point.

The storage tank must have hermetic conditions to maintain the pressure and temperature for the ethylene stream.

4. Results

Simulation Process

The project was carried out using a process of simulation tools. The objective of this procedure was to generate the mass and energy balances from which raw materials were required. The utilities and energy needs are calculated.

The main simulation tool used was the commercial package Aspen Plus V8.0.

The method of calculation of the properties for the polymerization process is known as the Sanchez-Lacombe equation, also known as the basis Polysil method in the Aspen Plus software.

Sanchez-Lacombe equations are few models used to calculate thermodynamic properties of liquid solutions for polymers (Dimitrios et al., 2011).

Sanchez-Lacombe Equation State

The equation of state of Sanchez and Lacombe (1976), is based on the theory of crosslinked flow, assuming that the polymer has a liquid structure flexible. This limits the use of this equation a non-crystalline polymer. This equation is also used to model the solubility of supercritical CO2 in solid and amorphous and molten polymers. It also describes the subsequent swelling of the polymer when the FSC in the polymer dissolves. Three considerations are necessary when Sanchez-Lacombe equation is used: 1. The solubility of gas in the polymer represents a balance data, 2. the solubility of the polymer in the stage of high pressure gas is essentially zero and 3. Amorphous polymer about its glass transition temperature can be modeled as a liquid (Rozzi and Singh, 2006).

Table 1. Simulation results.

Product Flow Rate [kg/h]Ethylene For Recirculation 51323,23Polyethylene (LDPE) 12225,23


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Figure 2. Scheme process for LDPE production.

Environmental analysis of the production of LDPE

The environmental analysis was performed with the help of software WAR-GUI, which is an algorithm that analyzes the conditions and environmental impacts of the project from 8 different categories (EPA, 2011).

The environmental potential impact was defined as the effect that could have on the environment emissions of gases such as ethylene and others that are part of

this project.The environmental analysis developed in WAR-

GUI required:

· Flow rate and composition of each in and out stream of the process.

· Rate of energy consumption.

Figure 3. Environmental impact by the formation of smog.


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As noted in Figure 3, the environmental impact is largely marked by the formation of smog, aquatic and terrestrial toxicity.

It must be taken into account that a process that uses raw materials derived from petroleum has high emissions of carbonic gas into the atmosphere. Caution is required given the output currents of the process and especially those that are gases.

5. Conclusions

Through the simulation of processes that lack the recycle of ethylene, it was concluded that the amount of ethylene that does not react is considerable, which affects largely the efficiency of the process, reaching only a 30 %. It should be recycled before a purification stage in order to increase the rate of the operative profitability of the production process of LDPE.

References

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1. Introducción

Uno de los factores que ha incidido en la actual problemática ambiental es el constante incremento de las emisiones a la atmósfera de partículas, substancias, ruidos, olores y radiaciones; todo esto generado por el crecimiento demográfico mundial, la sobreexplotación de los recursos naturales y el vertiginoso aumento de la actividad industrial.

La contaminación de origen industrial y a la que esta actividad es más sensible, es la polución atmosférica generada por la gran variedad de contaminantes gaseosos que son descargados directamente a la atmósfera con efectos de diversos

tipos: cancerígenos, mutagénicos, teratogénicos, precursores del ozono estratosférico, afecciones sobre la vegetación, la fauna y los materiales, entre otros; polución causada, en gran parte, por familias de contaminantes entre los que se encuentran los compuestos orgánicos volátiles (por su sigla en inglés VOCs) conformados por cadenas carbonadas de bajo peso molecular y bajo punto de ebullición.

La fotocatálisis heterogénea (FH) es un proceso avanzado de oxidación (PAO) que ha mostrado efectividad en la destrucción de una gran variedad de sustancias; en fase gaseosa presenta usos potenciales en la remoción de VOCs en corrientes de aire. La FH consiste en la irradiación de la superficie de un catalizador para generar especies altamente oxidantes que contribuyen a la degradación y mineralización

Vector 10 (2015) 65 - 73ISSN 1909 - 7891

Sistemas fotocatalíticos para el tratamiento de VOCs en corrientes gaseosas: aspectos básicos y aplicaciones

Fidel Granda*, Gina Hincapié Mejía

Grupo de investigación Ambiente, Hábitat y Sostenibilidad, Facultad de Arquitectura e Ingeniería, Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia, Medellín, Colombia.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (F. Granda)

ResumenDebido a la actividad industrial, una gran variedad de contaminantes gaseosos son descargados directamente a la atmósfera entre ellos encontramos los VOCs. La fotooxidación en fase gaseosa, la cual consiste en la irradiación continua de un catalizador basado en TiO2, presenta usos potenciales en la remoción de VOCs en corrientes de aire; en este sentido, y con respecto a la tecnología, el principal reto es el diseño y optimización del reactor para conseguir tanto elevados tiempos de residencia como elevados niveles de degradación. Es por esto que aquí se presentan los aspectos básicos de la fotocatálisis heterogénea en fase gaseosa, el concepto de fotorreactores y el desarrollo de los mismos tanto en sus inicios como su evolución en la búsqueda de mejores eficiencias de remoción y optimización de fuentes de irradiación.

Palabras clave : Fotocatálisis, fase gaseosa, VOCs, fotorreactores, aplicaciones.

Photocatalytic systems for the treatment of VOCs in gaseous streams: Basic aspects and applications (review)

AbstractA great amount of gaseous pollutants are discharged directly into the atmosphere including VOCs due to industrial activity. Gaseous phase of photooxidation consisting of continuous irradiation of a catalyst based on TiO2, shows potential uses in removing VOCs in airstreams; in this sense and with regard to technology, the main challenge is the design and optimization of the reactor to get both high residence times and high degradation levels. That is why the basic aspects of heterogeneous photocatalysis in the gaseous phase, the concept of photoreactors and their developing, both in their beginnigs and in their evolution in the search for better removal efficiency and optimization of irradiation sources are presented here.

Key words: polietileno, etileno, polimerización, monómeros, reactor tubular

Cómo citar este artículo: Granda F., Hincapié Mejía G. (2015). Sistemas fotocatalíticos para el tratamiento de VOCs en corrientes gaseosas: aspectos básicos y aplicaciones. Revista Vector, 10: 65-73.

Fidel Granda, Gina Hincapié Mejía / Vector 10 (2015) 65-73

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de los contaminantes presentes en un determinado efluente gaseoso. Este proceso se lleva a cabo en un fotorreactor, dispositivo en el que la corriente contaminada a tratar se pone en contacto con el fotocatalizador y fotones provenientes de una fuente de luz, para iniciar así las reacciones de degradación y destrucción de las especies contaminantes.

El diseño del fotorreactor apropiado para un determinado proceso es uno de los aspectos más importantes en los estudios en el área de la FH, ya que se debe asegurar una dispersión homogénea del fotocatalizador, una distribución uniforme de luz y una gran área de contacto contaminante-luz-fotocatalizador para conseguir tanto elevados tiempos de residencia como elevados niveles de degradación. Los niveles de irradiación, que dependen de la fuente de luz empleada, y la existencia o no de dispositivos de optimización del uso de la radiación incidente, son conceptos que tienen un rol fundamental en estos sistemas fotorreaccionantes.

Esta revisión presenta los aspectos básicos de los tratamientos fotocatalíticos en fase gaseosa para la remoción de VOCs, los usos y aplicaciones de los mismos y el direccionamiento en el que se está encausando la tecnología para los días futuros.

2. Compuestos orgánicos volátiles (VOCS)

La contaminación provocada por los VOCs, es uno de los principales problemas ambientales que afectan a la atmósfera; algunos de estos compuestos son agentes cancerígenos importantes, producen malos olores y son precursores oxidantes fotoquímicos que conllevan a la formación del smog y a originar el efecto de invernadero y/o la degradación de la capa de ozono estratosférico. Las fuentes primordiales de VOCs están relacionadas directa o indirectamente con el petróleo y sus derivados, las industrias de pinturas, tintas, lacas y esmaltes, los tanques de almacenamiento y los disolventes empleados en pinturas en operaciones de desengrase y limpieza (Brussin, 2001; Guo et al., 2007; De Never, 1998).

VOC es todo compuesto orgánico que tenga a 293,15 K una presión de vapor igual o superior a 0,01 kPa o que posea una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso, sus puntos de ebullición a condiciones atmosféricas son menores a 260 ºC, siendo la mayoría de ellos compuestos con menos de 12 átomos de carbono, y pueden ser gases o líquidos que tienden a evaporarse fácilmente a temperaturas normales (Brussin, 2001; Guo et al., 2007; De Never, 1998).

Los VOCs están presentes en muchos productos comerciales: pinturas, adhesivos, productos de limpieza en seco, pesticidas y fertilizantes; se les encuentra donde hay procesos de combustión tales como los tiraderos de basura, las emisiones de aceite crudo y refinado y la quema de siembras. Durante las últimas décadas, se ha incrementado el interés por la protección del medio ambiente por parte de los gobiernos y de las empresas industriales debido a que la contaminación producida por estos compuestos es una de las más considerables por tener la capacidad de mezclarse con otros contaminantes atmosféricos como los NOx y reaccionar con la luz solar para formar ozono a nivel del suelo, el cual contribuye al smog fotoquímico, empobreciendo la calidad del aire, lo que tiene un efecto perjudicial sobre la salud y la vida de las plantas (Brussin, 2001; Guo et al., 2007; De Never, 1998).

3. Métodos para tratamiento y eliminación de VOCS

Las técnicas desarrolladas para la eliminación de VOCs se pueden clasificar como métodos no destructivos y destructivos. En el primer método los VOCs que se encuentran en la corriente gaseosa son retenidos, pero no transformados; esta retención se realiza mediante procesos de adsorción, condensación y absorción sobre agua o compuestos orgánicos. No obstante, tales técnicas pueden generar residuos y agua contaminada. Adicionalmente, dichos métodos son útiles solamente cuando las corrientes contienen un tipo específico de contaminante en altas concentraciones. En los métodos destructivos los VOCs son transformados a sustancias inertes o menos tóxicas que las iniciales. Tal destrucción se ha realizado a través de quemado térmico, oxidación catalítica y oxidación fotocatalítica. La técnica de fotocatálisis en comparación con el método de oxidación térmica y oxidación catalítica permite oxidar VOCs a temperaturas cercanas a la ambiental, ya que los métodos de quemado térmico requieren temperaturas alrededor de 1000 ºC y los de oxidación catalítica entre 350 °C y 500 °C. La fotocatálisis tiene la capacidad de oxidar compuestos orgánicos que no son adsorbidos en el carbón activado, se emplean presiones y temperaturas cercanas a las ambientales y el oxígeno de la atmósfera como agente oxidante. La oxidación fotocatalítica en fase gaseosa se utiliza en corrientes de aire con bajos niveles de contaminantes (< 100 ppmv) y de bajos a moderados caudales de trabajo (< 200 l/min). Estas características hacen que esta tecnología sea menos atractiva para el tratamiento de altos volúmenes de aire frente a procesos como la


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oxidación térmica, oxidación catalítica y la adsorción sobre carbón activado; sin embargo tanto el bajo costo de operación como la gran capacidad de destrucción completa de VOCs a temperatura y presión ambiental, y la posibilidad de utilizar luz solar, son ventajas claves frente a las tecnologías antes citadas (Bello García et al., 1995; De la fuente y Gutiérrez, 1998; De Never, 1998; Roberts & Associates Inc., 2002).

4. Fotocatálisis heterogénea (FH) en fase gaseosa

Cuando se habla de fotocatálisis, se hace referencia a una reacción catalítica que involucra la absorción de luz por parte de un catalizador o substrato. Una de las aplicaciones de la fotocatálisis se encuentra en la solución de problemas de interés ambiental, por ejemplo: la depuración de aire utilizando un semiconductor sensible a la luz como catalizador. En este caso se habla de fotocatálisis heterogénea porque las fotorreacciones transcurren en la superficie del catalizador (en la interfase gas-sólido).

Este proceso se basa en la excitación de un sólido fotocatalizador (normalmente semiconductor de banda ancha) mediante la absorción de energía radiante (visible o UV), lo que origina unas reacciones simultáneas de oxidación y reducción en diferentes zonas de la región interfacial existente entre las dos fases. La etapa inicial consiste en la generación de pares electrón-hueco en las partículas del semiconductor. Cuando un fotón con una energía h_ que iguala o supera la energía del salto de banda del semiconductor incide sobre él, se promueve un electrón e- de la banda de valencia (BV) hacia la banda de conducción (BC) generándose un hueco h+ en esta última banda. Los electrones que llegan a la banda de conducción pueden desplazarse dentro de la red del semiconductor. Asimismo, se desplazan los lugares vacíos (los huecos) que han dejado la banda de valencia (Domènech et al., 2004).

Una de las aplicaciones de la fotocatálisis heterogénea se encuentra en la resolución de problemas de interés ambiental, ya que permite la degradación e incluso la mineralización de contaminantes orgánicos recalcitrantes presentes en el aire básicamente mediante el uso de un semiconductor, una fuente de irradiación y la presencia de oxígeno en el medio de reacción. Hoy en día, los estudios se enfocan en la búsqueda de valores óptimos para los diferentes parámetros que afectan el proceso fotocatalítico, siendo estos: temperatura, intensidad de radiación, diseño del reactor, naturaleza y concentración del contaminante y agentes oxidantes que puedan mejorar la reacción; también se estudia con detalle la cinética de reacción, pues esta juega una papel

muy importante en la real aplicación del proceso (Hernández, 2003).

Existen diversos materiales con propiedades idóneas para actuar como catalizadores y llevar a cabo reacciones fotosensibilizadas, estos materiales son económicamente asequibles e incluso muchos de ellos participan en procesos químicos en la naturaleza; la mayoría de estos materiales puede excitarse con luz de no muy alta energía, absorbiendo parte de la radiación del espectro solar que incide sobre la superficie terrestre (_ > 310 nm), lo cual incrementa el interés para un posible aprovechamiento de la luz solar (Alberici et al., 1997; Sánchez et al., 1997).

5. Fotocatalizadores soportados

Con el fin de alcanzar mayor eficiencia en la remoción de gases nocivos mediante la fotocatálisis heterogénea, es necesario soportar el semiconductor sobre materiales fijos. Se debe entender por fotocatalizador o medio fotocatalítico la combinación del semiconductor activo y el material del soporte, el cual en algunos casos proporciona simplemente una ayuda estructural. Sin embargo, se sabe que solamente una capa muy delgada del fotocatalizador se puede excitar bajo irradiación y contribuir en reacciones fotocatalíticas; es por esto que para la mayoría de catalizadores activos el espesor del soporte no excede unas pocas micras debido a que la radiación UV está siendo absorbida solamente unos pocos micrones en la superficie expuesta del catalizador (Tabatabaie-Raissi et al., 2001).

Dado lo anterior se han reconocido 6 tipos de fotocatalizadores (tipos del 0-V), en donde los tipos 0, I, II y IV son fotocatalíticos y los tipos III y V son termo-fotocatalíticos. En la configuración de fotocatalizador tipo 0 se utiliza un semiconductor como el TiO2 suspendido en forma coloidal sin ningún soporte, cabe notar que este tipo de sistemas no son viables para el tratamiento fotocatalítico de gases. En el tipo I, el fotocatalizador es inmovilizado en un material cerámico o vidrioso (mallas de fibra de vidrio, lana de vidrio, entre otros), óxidos de metales (sílica gel), metales (aceros inoxidables) o sustratos poliméricos sintéticos (plásticos). En la configuración tipo II, mallas o matrices de vidrio, granos o monolitos cerámicos porosos, sustratos metálicos o de óxidos metálicos (en forma de platos o granos), son impregnados con el TiO2 utilizando el método sol-gel que proporciona capas uniformes de TiO2 en la superficie del soporte. La configuración tipo III es una modificación de la configuración tipo I debido a que implica la síntesis y el uso de aerogeles de óxidos metálicos, los más comunes son los aerogeles de SiO2


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dopados o congelados con otros óxidos de metales de transición como el TiO2 para producir acoples soporte/catalizador activos fotocatalíticamente. En las configuraciones tipo IV, el material activo (modificaciones de TiO2 dopado o sin dopar, CdS, entre otros) es depositado sobre un tejido de un material polimérico natural o sintético (modificado o no). Por último, los medios catalíticos tipo V incluyen un amplio campo de catalizadores para la oxidación térmica; una subclase de estos son los catalizadores soportados con metales de transición y zeolitas modificadas por un catión con funciones duales (soporte y adsorción) (Tabatabaie-Raissi et al., 2001).

Los soportes para los materiales activos del fotocatalizador deben poseer propiedades superficiales que faciliten la adhesión del semiconductor, además deben garantizar que su interacción con el fotocatalizador sea benéfica o por lo menos que produzca una disminución mínima de su actividad fotocatalítica aun después de procesar volúmenes importantes de fluido contaminado; asimismo, asegurarse de que no influya en fenómenos prematuros de envejecimiento y/o envenenamiento del semiconductor y en algunos casos presentar transparencia a la luz. El vidrio es indudablemente el material más utilizado para soportar partículas de TiO2 debido principalmente a que no absorbe la radiación UV cercana y a la gran adherencia alcanzada con el TiO2; tanto para los de tipo blando como tipo Pyrex o borosilicato (Akui et al., 2002; Candal et al., 2004; Hench y West, 1990; Kanamori et al., 2002).

6. Preparación de películas

En el área de la fotocatálisis se han estado desarrollando métodos cada vez más eficientes para adherir y dispersar fotocatalizadores sobre la superficie de un sustrato. Inicialmente se enlazó el TiO2 por sinterización térmica, método que resultó ser costoso dado que provocaba la disminución del área superficial del semiconductor y disminuía su eficiencia fotocatalítica para degradar sustancias nocivas tanto en fase gaseosa como en fase líquida, pues la eficiencia de eliminación se ve influenciada por el área de contacto entre el contaminante y el fotocatalizador. Como el área superficial del TiO2 disminuye se requieren mayores áreas del soporte recubiertas con el semiconductor, hecho que conlleva al diseño de reactores de mayor tamaño con grandes pérdidas de presión y mayores costos de operación (Tabatabaie-Raissi et al., 2001).

Igualmente, el TiO2 ha sido fijado sobre superficies a través de enlazantes constituidos por cadenas carbonadas tales como látex y poliuretanos; sin

embargo, se ha detectado la pérdida de rendimiento del semiconductor por la oxidación del enlazante durante la secuencia de las reacciones fotocatalíticas. Para resolver este problema se han formulado suspensiones que se aplican fácilmente sobre una gran variedad de superficies con el fin de formar una película constituida por el semiconductor previamente sintetizado o precursores de este, en caso de que se pretenda sintetizar in situ durante el proceso de adhesión. Simultáneamente, están presentes sustancias que se encargan de unir el TiO2 a las superficies por medio de la formación de un gel tridimensional que sirve de matriz para el TiO2 y que no influye en la pérdida de su reactividad química. La adherencia y posterior formación de la película delgada se alcanza por medio de calentamiento (Akui et al., 2002; Kanamori et al., 2002).

7. Fotorreactores para el tratamiento de gases

Hoy en día, el proceso de fotocatálisis heterogénea se está utilizando para oxidar los VOCs; hecho que ha llevado al estudio de descomposición de tales sustancias en fase gaseosa, en una gran variedad de diseños de fotorreactores los cuales normalmente requieren una fuente de luz con longitudes de onda entre 250-385 nm (radiación solar o lámparas) y un soporte sobre el que se fija el semiconductor, obteniendo así un lecho fijo para el catalizador; siendo allí donde se realiza la degradación de los contaminantes. Los soportes pueden ser de distintos materiales: cerámicos, telas, vidrios, metales, zeolitas, polímeros, entre otros; y de diferentes formas: cilíndricas, monolíticas, anillos, empaques para torres, esferas. Adicionalmente son indispensables medidores de temperatura y caudal, conexión del medio fluido con el soporte del fotocatalizador, gas portador que usualmente es aire o nitrógeno, así como equipos de identificación de las sustancias a la entrada y salida del fotorreactor (productos de reacción) siendo el más usado el cromatógrafo de gases (Archis et al., 2005; Jardim y Alberici, 1997; Madjid, 2005; Sánchez et al., 2004; Suzuko et al., 2004).

Un reactor es un dispositivo en el que se presenta una reacción química, mientras que un fotorreactor es una cámara en la que se provoca y controla una serie de reacciones de fotorreducción y/o fotooxidación asistidas por radiación lumínica que activa a un material activo; sus componentes básicos son: una fuente de luz apropiada para el proceso (lámparas UV, fibras ópticas o luz solar), un material semiconductor que actúa en el fotocatalizador, un medio fluido en contacto con este y otros dispositivos para controlar variables tales como temperatura, presión, caudal,


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entre otras. En el caso de reactores fotocatalíticos en fase gaseosa es deseable que la corriente del medio fluido esté humidificada para garantizar la presencia de agua en el sistema con el fin de generar radicales hidroxilo (Sánchez et al., 2004).

Al igual que los reactores químicos convencionales, los fotorreactores para fase gaseosa pueden ser clasificados en diferentes formas según sea el criterio de clasificación utilizado: clase de operación, tipo de catalizador, tipo de fuente de luz empleada, dimensión de la aplicación y geometría del sistema fuente de luz-reactor. En este tipo de reactores es evidente que, además de tener que conseguir un buen contacto entre los reactivos y el catalizador (elevada área superficial de catalizador por unidad de volumen del reactor), es necesario lograr una exposición eficiente del catalizador a la radiación útil para el proceso (distribución óptima de radiación dentro del reactor). Esto generalmente complica el diseño de un reactor fotocatalítico debido a la dificultad que hay para obtener un flujo de radiación uniforme en toda la superficie del catalizador (Sánchez et al., 2004).

Primeros desarrollos

Los reactores que se describirán a continuación corresponden a los primeros fotorreactores empleados en la degradación de VOCs, estos sistemas se consideran los modelos clásicos siendo utilizados en las dos últimas décadas del siglo pasado. A continuación, se describen algunas de las configuraciones más estudiadas de reactores fotocatalíticos para la eliminación de contaminantes gaseosos.

Fotorreactor de placa plana. Este tipo de reactor se utiliza frecuentemente a escala laboratorio para realizar estudios cinéticos, ya que presenta una relativa simplicidad constructiva. La versión más simplificada de este tipo de reactor consiste en un compartimiento paralelepípedo rectangular con una ventana de material transparente al UV en una de las paredes. Sobre la pared opuesta se encuentra el TiO2 inmovilizado (Blanco et al., 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Fotorreactor monolítico. Un monolito es una estructura unitaria atravesada longitudinalmente por canales paralelos, hecha con materiales cerámicos impregnados o fabricada con un porcentaje del semiconductor. En este caso, la fuente de luz se ubica al frente de los canales del monolito con el objetivo de que la luz entre a través de ellos. Los reactores monolíticos tienen diferentes aplicaciones, ya que ofrecen una elevada superficie por unidad de volumen y a su vez bajas pérdidas de carga asociadas con la

circulación de fluidos. A pesar de su gran utilidad en catálisis térmica, en aplicaciones fotocatalíticas presentan muy baja penetración de los fotones lo que hace que solo una fracción muy reducida de la superficie fotocatalítica resulte eficientemente fotoactivada. Para reducir los inconvenientes relacionados con la dificultad de penetración de la radiación en los canales del monolito, se han utilizado configuraciones con múltiples placas monolíticas de reducido espesor intercaladas con las lámparas (Blanco, 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Fotorreactor anular. Esta clase de reactores consta de dos cilindros coaxiales que delimitan la zona de reacción, mientras que la lámpara se coloca en línea con el eje de simetría axial. En algunas aplicaciones se omite el cilindro interno y el cierre del reactor se realiza con el cuerpo de la lámpara. Esta geometría permite maximizar el aprovechamiento de la energía radiante generada por la lámpara debido a que el reactor puede captar la mayor parte de los fotones emitidos (Blanco et al., 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Fotorreactor de lecho fluidizado. Un reactor de lecho fluidizado se forma cuando el fotocatalizador está presente como partículas sólidas, las cuales al estar bajo condiciones apropiadas forman una mezcla sólido/fluido que se comporta como un fluido. Este tipo de reactor permite procesar grandes caudales de gases con baja pérdida de carga y maximizar el contacto entre el catalizador irradiado y los reactivos gaseosos (Blanco et al., 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Fotorreactor de fibra óptica. En este tipo de fotorreactores la propagación de la energía radiante se realiza por medio de fibras ópticas, las cuales se recubren con TiO2. Con esto se logra una elevada superficie irradiada sobre la que se producen las reacciones de degradación (Blanco et al., 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Fotorreactor de mallas. Estos sistemas TiO2 se soportan en una malla metálica de forma plana o anular que proporciona bajas caídas de presión y una adecuada área de contacto (Blanco et al., 1996; Moazzem y Gregory, 1999; Sánchez et al., 1999).

Los esfuerzos que se han hecho para el desarrollo de fotorreactores son debido a que el transporte de radiación y de masa desde los reactivos iniciales hasta los productos finales afectan los fotoprocesos; por esto la ingeniería de los reactores sigue de cerca cada una de las alternativas en lo correspondiente a las configuraciones geométricas de los fotocatalizadores y a las fuentes de radiación utilizadas. Un diseño apropiado del fotorreactor debe preveer una


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irradiación lo más uniforme posible de todas las superficies catalíticas, así como una transferencia de masa de forma eficaz de las especies a los sitios activos del catalizador, ya que las limitaciones de transferencia total afectan la eficiencia del proceso dado que todas las especies deben alcanzar la superficie activa antes de que cualquier reacción ocurra; más aún, para los procesos en los que la concentración de contaminante a tratar sea muy baja; es por esto que normalmente los fotorreactores presentan alguna de las tres siguientes situaciones: en primer lugar se encuentran los que proveen buena transferencia total, pero pocos campos de radiación tal como es el caso de los monolitos cerámicos; el segundo caso es el de la transferencia total pobre, pero una irradiación uniforme del fotocatalizador siendo el caso de los fotorreactores anulares y los de pared plana; finalmente, encontramos los menos deseados, ya que presentan un poco de transferencia total y una irradiación no uniforme del catalizador (Tabatabaie-Raissi et al., 2001).

Es por esto que se vienen desarrollando otros tipos de fotorreactores en los que se puede aumentar la turbulencia para así mejorar la transferencia de masa tal como es el caso de los fotorreactores de lecho empacado, en los cuales el fotocatalizador es un relleno similar al de los reactores empacados convencionales pero con propiedades ópticas adecuadas para los procesos de remoción en fase gas de VOCs por fotocatálisis heterogénea; paralelo a esto se están optimizando el uso de los fotones provenientes de las fuentes irradiantes.

Evolución de los fotorreactores

A finales de la última década del siglo pasado, y en la primera de este siglo, el diseño de los fotorreactores tuvo un cambio basado en elevar los niveles de degradación de los contaminantes lo cual se consiguió elevando la eficiencia fotónica y los tiempos de residencia dentro del fotorreactor; para elevar la eficiencia fotónica los desarrolladores de fotorreactores se centraron en optimizar el uso de las fuentes de radiación (artificial o solar) y los captadores y/o concentradores de luz, mientras que para elevar los tiempos de residencia su enfoque fue darle un mejor desempeño a la geometría y la forma del fotorreactor.

La degradación fotocatalítica del metanol ha sido estudiada por Jardim y Alberici (1997), quienes obtuvieron un porcentaje de degradación del 97,9 %; de la misma forma degradaron otros 17 VOCs en un reactor tubular, las condiciones del sistema de reacción fueron 200 ml/min de tasa de flujo, 23

% de humedad relativa, 21 % de oxígeno y una concentración de contaminante de 400 a 600 ppmv. Adicionalmente, Tuesta et al. (2000) desarrollaron un reactor pseudomonolítico formado por tubos de vidrio impregnados de TiO2 y puestos en un soporte que permite su irradiación a 365 nm a lo largo de toda su longitud. En este sistema se siguió in situ la velocidad y el proceso de degradación de metanol, etanol, 2-propanol y 1-butanol, alcanzando niveles de remoción hasta del 90 %. Tsuru et al. (2003) utilizaron un reactor fotocatalítico con membranas cerámicas porosas de dióxido de titanio para la descomposición de VOCs, empleando una mezcla de aire-metanol, realizando mediciones de la velocidad de degradación del sistema con y sin membranas a diferentes condiciones de reacción y usando cuatro lámparas de luz negra (4 W y 350 nm) recibiéndose una intensidad de 4,2 mW/cm2. El reactor fue evaluado con concentraciones iniciales en un rango de 500-6000 ppm y flujos de entrada de 50 a 500 cm3/min, alcanzando remociones superiores al 95 %. Posteriormente, Tsuru et al. (2006) degradaron metanol en un fotorreactor tubular de membrana porosa de 1 cm de diámetro externo y 9 cm de longitud; este sistema se alimentó con un flujo de 500 x 10-6 m3/min de aire con concentraciones entre 100 y 13000 ppmv de metanol y se irradió con 4 lámparas BLB de 4 watts, obteniendo una potencia de 4,2 mW/cm2 en el lugar de reacción.

Einaga et al. (2002) investigaron la descomposición fotocatalítica de cuatro hidrocarburos: benceno, tolueno, ciclohexano y ciclohexeno, sobre TiO2 a temperatura ambiente en un reactor compuesto por una varilla interior de vidrio de 8 mm de diámetro y 500 mm de longitud y un tubo exterior de vidrio de 13 mm de diámetro, el reactor fue irradiado por cuatro bulbos de 20 W y el catalizador fue adherido sobre la varilla interior. La concentración de los hidrocarburos fue de 250 ppm, la relación peso de catalizador sobre tasa de flujo molar de hidrocarburo fue de 9,4 x 104 g min/mol para benceno, tolueno y ciclohexano, y de 2,4 x 104 g min/mol para el ciclohexeno. Las conversiones fueron de 9 % para benceno y tolueno, 57 % ciclohexano y 28 % para ciclohexeno. Sánchez et al. (1999) degradaron tricloroetileno en fase gas, utilizando un reactor tipo monolito y tubular, ambos de material cerámico a temperaturas comprendidas entre 60 °C y 250 °C e irradiado con lámpara de xenón. Se obtuvieron degradaciones del 99,9 %.

Otro estudio importante fue el realizado por Zorn (2003), quien investigó la degradación de cuatro compuestos de similar peso molecular: propano, propeno, propanal y propanona, empleando un reactor con recirculación. El catalizador fue


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depositado sobre 30 cilindros de borosilicato de 5 mm de diámetro exterior, 3 mm de diámetro interior y 10 mm de longitud, además se usaron 2 bulbos de luz fluorescente de 4 W con longitud de onda entre 365 y 370 nm; para la degradación total del propano se requirieron 400 minutos, 140 para el propeno, 60 para la acetona y 30 para el propanal. Demeestere et al. (2004) degradaron tricloroetileno (TCE) en un fotorreactor de plato delgado fabricado en plexiglass en el cual el TiO2 se soportó mediante la inmersión del material en una suspensión de TiO2 en agua; este sistema fue irradiado con una lámpara de luz UV de 18 W con una emisión máxima de 365 nm, alcanzándose remociones entre 8,6-99,9 %.

Wang y Ku (2003) han diseñado un reactor con fibras de vidrio en su interior, que actúan como soporte del TiO2 y a través del cual circula una corriente de aire contaminada, para sus estudios fotodegradaron benceno y utilizaron una lámpara UV (40 W y 365 nm); las pruebas se realizaron con concentraciones iniciales de 20 ppmv y después de 4 horas se obtuvo una descomposición del benceno mayor al 80 % bajo condiciones de humedad relativa del 5 %.

Vorontsov et al. (2005) han reportado los resultados de estudios experimentales recientes con varios reactores fotocatalíticos en fase gas y desarrollaron además pruebas en equipos de purificación fotocatalítica de aire, que han sido fabricados comercialmente en Rusia. Para todas las pruebas utilizaron TiO2 como fotocatalizador y fuentes de luz artificiales como lámparas UV; con longitudes de onda entre 320 y 400 nm. Entre los fotorreactores evaluados encontramos un fotorreactor cilíndrico coaxial irradiado con una lámpara DB-15 (15 W) ubicada en el centro de un fotorreactor anular, en el que se soportó el fotocatalizador por sputtering. El reactor se probó con una mezcla de acetona-aire, obteniéndose conversiones del 99 % para una concentración inicial de 500 ppm y flujos de 0,54 l/min, pero al aumentar el flujo a 43 l/min dicha conversión disminuyó al 85 %; para el reactor modificado se lograron conversiones promedio del 47 % al utilizar los tubitos y del 43 % con los fragmentos de cuarzo usando flujos promedio de 15 m3/h. Adicionalmente se probó un fotorreactor malla en acero inoxidable que actúa como soporte del TiO2, colocada transversalmente al flujo de aire. Las pruebas de oxidación se realizaron con acetona, etanol y cloroetano, alcanzando remociones superiores a 95%; por otra parte, utilizaron un reactor de lecho fluidizado con vibración que ofrece mejor transferencia de masa que un sistema de lecho fijo donde el catalizador puede ser regenerado fuera de la zona de reacción. El reactor fue probado utilizando el TiO2 en polvo y en forma de pellets, alcanzando

degradaciones superiores al 99 %. Finalmente, utilizaron un reactor en espiral con reactivación del fotocatalizador al usar agua en contracorriente después de terminadas las pruebas. Este reactor consiste en un tubo Pyrex, que forma un espiral alrededor de 3 lámparas y rodeado por otras 3 que iluminan el fotocatalizador soportado en la superficie interior del tubo y que puede ser reactivado, pasando una pequeña cantidad de agua destilada a través del tubo en espiral. Con esta configuración se obtuvo casi el 100 % de mineralización del vapor de acetona.

Otras fuentes de luz alternativas diferentes a las lámparas tradicionales han sido probadas. Lee et al. (2004) han sugerido un sistema que combinó la tecnología de fotocatálisis con el uso de plasma como fuente de radiación. Para el estudio usaron benceno como compuesto modelo y como soporte del TiO2 (Degussa P-25) _-Al2O3 (material altamente poroso), aplicado mediante dip-coating a un cilíndrico en vidrio (diámetro: 25 mm, longitud: 240 mm). Los resultados experimentales mostraron un aumento considerable en la conversión del benceno al utilizar el sistema combinado plasma-fotocatálisis.

La luz solar ha sido otra de las fuentes de radiación estudiada y su aplicación en fotocatálisis es una de las razones por las cuales se han incrementado las investigaciones con esta fuente de irradiación; sin embargo, pocos han sido los estudios sobre sistemas de degradación fotocatalítica en fase gaseosa que utilizan de una forma eficiente la luz solar como fuente de radiación para la activación del catalizador. Sin embargo, Coronado et al. (2008) degradaron TCE en un fotorreactor (diámetro externo 32 mm, diámetro interno 29 mm y 1600 mm de longitud) de lecho empacado con 1000 cilindros de vidrio borosilicato de diámetro externo 4 mm, 3 mm de diámetro interno y 13,9 mm de longitud impregnados con TiO2 por el método sol-gel. Este fotorreactor se ubicó en un CPC fabricado en aluminio anodizado con el propósito de usar el Sol como fuente de fotones, las concentraciones de entrada del contaminante fueron entre 400 y 650 ppm y se alcanzaron remociones hasta del 90 %. Aunque, no se han profundizado mucho los cálculos de eficiencias fotónicas en sistemas de fotorreacción en fase gaseosa.

Por otra parte, Posada y Granda (2004) construyeron un fotorreactor tipo pseudomonolito conformado por 22 tubos en vidrio borosilicato impregnados con TiO2 dispuestos en dos anillos concéntricos (uno interno de 8 tubos y uno externo de 14 tubos con los cuales se obtuvo un área total impregnada de 3732.2 cm2) e irradiado con 7 lámparas BLB a 354 nm (1 interior y 5 exteriores), obteniéndose las ventajas de la disposición monolítica representadas en su gran área superficial y


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la alta transmitancia que presentan los materiales de vidrio. Para este sistema de fotorreacción se utilizaron concentraciones iniciales de metanol entre 7300 y 122000 ppmv y se alcanzaron remociones hasta del 65 %.

Dentro de los desarrollos más recientes (segunda década del siglo XXI) se encuentran los denominados sistemas múltiples, los cuales consisten en acoples de varios sistemas fotorreaccionantes para mejorar el desempeño del mismo en el proceso de fotodegradación de VOCs. Algunos de estos nuevos dispositivos no solo son sistemas múltiple, sino que aprovechan la radiación solar como fuente de excitación del fotocatalizador; entre estos novedosos sistemas podemos encontrar el desarrollo de Nobuaki y Taizo (2014), quienes construyeron una torre cilíndrica de espejos irradiada con luz solar como fuente de excitación; el cual tenía el TiO2 impregnado en un tubo cerámico y en sílica gel dentro de un tubo Pyrex. Este sistema está formado por 7 módulos en serie y es denominado un fotorreactor de torre solar. Analizando la fotodegradación de tolueno con flujos de 1,5 l/min en el tubo cerámico y de 10 l/min en la sílica gel, la concentración inicial del tolueno fue de 5 ppm y obtuvieron una degradación del 36 % durante 6 meses continuos de operación.

Granda (2011) construyó un fotorreactor denominado sistema fotorreaccionante de núcleos fotoactivos, el cual está configurado por 12 fotorreactores conectados en serie y paralelos donde el TiO2 está impregnado sobre argollas metálicas recubiertas de material polimérico; la interconexión serie paralelo obedece a que al conectarlo en serie se aumenta el poder de degradación del sistema y al conectarlos en paralelo aumenta la capacidad del sistema. El sistema fue irradiado con luz solar y los tubos interconectados están ubicados sobre captadores cilindro parabólicos (CPC) para aprovechar al máximo la misma; la irradiación incidente durante las pruebas varió entre 8,43 y 43,26 W/m2 durante las pruebas y para un flujo a través del reactor de 8 l/min de metanol con concentraciones iniciales entre 138 y 414 ppmv se alcanzaron remociones superiores al 90 %.

Como se puede apreciar, son muchos los sistemas fotorreaccionantes que se han desarrollado con el fin de poder alcanzar mejores remociones de VOCs en corrientes contaminadas junto con el aumento del uso de una fuente de irradiación permanente y gratuita tal como es el Sol en los procesos de fotodegradación de contaminantes en fase gaseosa.

8. Conclusiones

Siendo la fotocatálisis heterogénea un proceso avanzado de oxidación con gran potencial para la de-gradación y mineralización de VOCs, se hace necesario seguir trabajando en el desarrollo de sistemas más eficientes y que aprovechen al máximo la radiación incidente al fotocatalizador; además, aunque ya se está trabajando en esto, los desarrollos deben aproximarse al tratamiento de corrientes reales gaseosas industriales contaminadas provenientes de industria y/o a sistemas que puedan tratar mayores flujos o volúmenes de gases ya sea en interiores o sea en exteriores con matrices de contaminantes más complejas.

Otro aspecto a tener en cuenta es la posible des-activación del fotocatalizador y/o su regeneración o limpieza debido a que los desarrollos vistos en su mayoría no contemplan este par de aspectos, que al momento de enfrentarse a corrientes de matrices de contaminantes más complejas pueden llegar a afectar el funcionamiento y/o la eficiencia del fotorreactor.

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1. Introducción

Los terremotos pueden producir efectos momen-táneos como rumores y maremotos y permanentes como grietas, derrumbamientos de edificios, cambios hidrográficos, entre otros. Pero sobre todo afectan la vida de los seres humanos de las zonas donde se presentan, por ejemplo: los terremotos ocurridos en

Sichuan (12 de mayo de 2008), Samoa (29 de septiembre de 2009) y Haití (12 de enero de 2010), los cuales cau-saron alrededor de 380000 pérdidas humanas, 800000 heridos y algunos millones de damnificados y daños materiales incalculables; por esta razón, es necesario que la humanidad comprenda muy bien estos fenóme-nos naturales. Hoy en día, muchos de los científicos del mundo tratan afanosamente de encontrar la manera de predecir terremotos y así evitar que se sigan perdiendo vidas humanas.

Vector 10 (2015) 74 - 79ISSN 1909 - 7891

Análisis del comportamiento de la densidad de electrones en la ionosfera durante un terremoto

Sebastián Orjuela*, Daniel A. Molina, Frank Y. Zapata

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Colombia, Manizales Colombia.


* Autor de correspondencia.Email: [email protected] (S. Orjuela)

ResumenLa ionosfera es una capa atmosférica ubicada a 60 kilómetros sobre la superficie terrestre cargada de electrones en la que, según estu-dios de la NASA (National Aeronautics and Space Administration), se han evidenciado modificaciones debido a fenómenos naturales tales como terremotos, maremotos y huracanes, tomando en cuenta los trabajos de Sarkara et al. (2007) y Garduño y Mendoza (2009). El presente estudio tiene como objetivo el análisis del comportamiento de los electrones en la ionosfera durante un terremoto. Se apoya en los eventos ocurridos en Sichuan (2008), Samoa (2009) y Haití (2010), con la finalidad de identificar patrones que permitan intuir el comportamiento de los electrones antes, durante y después de presentado el terremoto; esto nos permitirá en un futuro la predicción y el entendimiento de estos fenómenos naturales.

El análisis se basó en los datos obtenidos por el satélite Demeter, gracias al acceso otorgado por el CNRS (Centre National de la Recher-che Scientifique) de Francia; y consistió en obtener, filtrar y procesar los datos muestreados 30 días antes y 30 días después de ocurrido el fenómeno.

Palabras clave : Terremoto, distancia Debye-Hückel, satélite Demeter, ionosfera, densidad de electrones.

Analysis of the behavior of electron density in the ionosphere during an earthquakeAbstractThe ionosphere is an atmospheric layer at 60 kilometers above the Earth’s surface charged of electrons which, according to studies by NASA (National Aeronautics and Space Administration) have shown modifications due to natural phenomena such as earthquakes, tsunamis and hurricanes taking into account the work of Sarkara et al. (2007) and Graduño and Mendoza (2009). This study aims to analyze the behavior of electrons in the ionosphere during an earthquake. It is based on the events in Sichuan (2008), Samoa (2009) and Haiti (2010), in order to identify patterns to intuit the behavior of electrons before, during and after the occurrence of the earthquake. This will allow the prediction and understanding of these natural phenomena in the future.

The analysis was based on data collected by the Demeter satellite, through the access granted by the CNRS (Centre National de la Re-cherche Scientifique) in France, and consisted in obtaining, filtering and processing data sampled 30 days before and 30 days after the occurrence of the phenomenon.

Key words: Earthquake, Debye-Hückel distance, Demeter satellite, ionosphere, electron density.

Cómo citar este artículo:Orjuela S., Molina D.A., Zapata F. (2015). Análisis del comportamiento de la densidad de electrones en la ionosfera durante un terremoto. Revista Vector, 10: 74-79.


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La utilización del método matemático conocido como longitud Debye-Hückel aplicado al estudio de la concentración de electrones en la ionosfera, se presenta como una alternativa novedosa que podría culminar con la predicción de terremotos.

La investigación se fundamentó en la información obtenida del satélite Demeter, y un análisis matemático de la misma, que trata de comprender el comportamiento de los electrones en la ionosfera cuando sucede este fenómeno natural tomando como base los sismos presentados en Haití, Sichuan (China) y Samoa; los cuales ce caracterizan por ser terremotos de gran magnitud y duración.


Obtención de los datos experimentales

Los datos se obtuvieron a partir del permiso otor-gado por el CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), la institución de investigación más importante en Francia y la cual conduce estudios en áreas científicas tales como física nuclear, ciencias y tecnologías de la información y de la comunicación, ciencias para ingenieros, ciencias del universo, entre otras. Se descargó información de la página Web de este organismo.

La información solicitada hace referencia a datos medidos durante el tiempo que estuvo orbitando alre-dedor de la tierra el satélite Demeter (Detection of Elec-tromagnetic Emissions Transmitted from Earthquake

Regions) (ver figura 1); el cual tenía por objetivo medir las variaciones ionosféricas, así como los cambios en la frecuencia extremadamente baja del campo magnético terrestre como evidencian Akhoondzadeh et al. (2010) en sus investigaciones.

Figura 1. Imagen del satélite Demeter, fuente de información del proyecto.

Filtrado de los datos

A partir de la adquisición de los datos experi-mentales se definió un tiempo de estudio de un mes antes y un mes después de sucedido cada uno de los terremotos, el cual es aplicado al conjunto de datos originales; de estos, se obtienen aproximadamente 2000 mediciones para cada uno de los eventos sísmicos. Posteriormente se centra el estudio geográficamente, es decir, se filtran los datos 10° geográficos alrededor de la localización de cada uno de los sismos como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Área de 10° alrededor de cada uno de los terremotos donde se especificó el estudio.

Sebastián Orjuela, Daniel A. Molina, Frank Y. Zapata / Vector 10 (2015) 74-79

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Finalizada la primera etapa del filtrado se reducen los datos base de 2000 a aproximadamente 600, para cada uno de los eventos sísmicos. Dando vía libre a la segunda etapa que consistió en filtrar los datos base por hora de recolección satelital; proceso que da como resultado la organización de los datos en dos grupos significativos: los medidos en la noche y los medidos en el día; todo esto con el fin de aplicar correctamente el análisis matemático, ya que las variaciones de la ionosfera son más estables y medibles en horas de la noche; datos a los que se les realizó el procesamiento y son objeto de investigación ilustrada en este artículo.

Longitud de Debye-Hückel

De acuerdo con Estrada (2013) y Cortes (2014), la distancia Debye es un parámetro fundamental en la descripción del plasma. Se puede imaginar un arreglo o malla de esferas conteniendo cargas móviles. La fór-mula para la distancia Debye es obtenida a partir de la ecuación de Poisson.

(1)

En la que,

q: es la especie del electrón, ion positivo o neutro.In: concentración de cargas. V(r): potencial generado por las cargas.

(2)

combinando (1) y (2)

(3)

Aplicando la serie de Taylor

(4)

Sustituyendo (4) en (3) se llega a:

(5)

El segundo término es cero para sistemas eléctrica-mente neutros. El término en paréntesis tiene unidades del inverso del cuadrado de la distancia. Entonces, la distancia Debye se define como:

(6)

Si las cargas son electrones, la anterior ecuación toma la forma:

(7)En la que,

ʎD: es la distancia Debye.ε₀: permitividad del espacio libre. KB: constante de Boltzman. qe: carga del electrón. Te y Ti son las temperaturas de los electrones y iones. ne: densidad de electrones.

La ecuación (7) es la ecuación utilizada en el proce-samiento.

Procesamiento de datos

En esta nueva etapa de la investigación se desarrolla un software, a partir de la herramienta computacio-nal MatLab, que ayudó a sintetizar la información recolectada por el satélite; siendo un programa capaz de recoger y extraer solo los datos de interés del gran conjunto de mediciones realizadas por el Demeter y organizar cada uno de los archivos, aplicar el método matemático correspondiente y almacenar los resulta-dos de forma organizada en un libro de Excel para ser leídos y analizados fácilmente por el grupo de trabajo.

3. Resultado y discusión

Después de realizado el procesamiento y filtrado de los datos base de la investigación, se presentan las figuras 3, 4 y 5 como evidencia del comportamiento de los electrones en la ionosfera durante el desarrollo de un terremoto; en especial, tres eventos sísmicos de gran magnitud y duración ocurridos en Sichuan (2008), Samoa (2009) y Haití (2010), respectivamente.


[ 77 ]

Figura 3. En la gráfica se observa la variación de la longitud Debye-Hückel en el momento del sismo ocurrido el 15 de mayo de 2008 (simbolizado por el triángulo rojo) en la provincia de Sichuan, China.

En la figura 3 se observa el comportamiento de la den-sidad de los electrones en la ionosfera durante el sismo ocurrido en Sichuan: antes del terremoto se observa un aumento de la misma, la cual comienza a disminuir

durante el lapso en el que sucede el evento sísmico; posteriormente, aumenta nuevamente buscando su punto de estabilización.

Figura 4. En la gráfica se observa la variación de la longitud Debye-Hückel en el momento del sismo ocurrido el 29 de septiembre de 2009 cerca de Samoa.

Sebastián Orjuela, Daniel A. Molina, Frank Y. Zapata / Vector 10 (2015) 74-79

[ 78 ]

En la figura 4 se observa el comportamiento de la densidad de los electrones en la ionosfera durante el sismo ocurrido en Samoa: antes del terremoto se ob-serva una disminución de la misma; alrededor de la

fecha del evento sísmico se evidencia un aumento en la densidad teniendo como máximo el día del terremoto, la cual casi inmediatamente vuelve a disminuir para estabilizarse en su valor promedio.

Figura 5. En la gráfica se observa la variación de la longitud Debye-Hückel en el momento del sismo ocurrido el 12 de enero de 2010 en Haití (simbolizado por el triángulo rojo).

En la figura 5 se observa el comportamiento de la densidad de los electrones en la ionosfera durante el sismo ocurrido en Haití: antes del terremoto se observa un aumento de la misma; alrededor de la fecha del evento sísmico se evidencia una disminución en la densidad, ubicando como valor mínimo de la curva un punto tiempo después de ocurrido el terremoto, para posteriormente aumentar buscando su punto de estabilización.

Al realizar un análisis profundo del comportamien-to de la ionosfera, obtenido durante los tres sismos investigados, se evidencia un comportamiento descrip-tivo de cada uno de los momentos cuando se acerca el momento del fenómeno natural analizado. A pesar de ello, este comportamiento no es concluyente dado que este se presenta de forma diferente en cada uno de los sismos objeto de estudio. Este comportamiento nos indica que a pesar de presentarse un cambio en la distancia Debye-Hückel, falta un largo camino para poder predecir estos fenómenos naturales.

4. Proyección a futuro

A raíz de los resultados obtenidos, la investigación se proyecta a futuro a través de la creación de un grupo de investigación que establecerá el centro de medición de la densidad de electrones en la ionosfera como lugar de estudio, ubicado en la Universidad Nacional de Colombia. El centro estudiaría terremotos derivados de la actividad del volcán Nevado del Ruiz, al igual que otros fenómenos naturales predecibles a partir del estudio de la ionosfera.

5. Conclusiones

Los resultados son una primera aproximación al es-tudio de la densidad de los electrones presentes en la ionosfera alrededor de tres eventos sísmicos. A su vez, permite identificar un cambio particular en la distancia Debye-Hückel en momentos cercanos ante-riores y posteriores de cada sismo; datos que no son


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concluyentes debido a la diferencia en su comporta-miento para todos los casos de estudio; se evidencia también una diferencia en el valor de la densidad de electrones en cada uno de los terremotos, sin embargo, esto nos permite realizar una nueva investigación que nos permitirá identificar el por qué de este comporta-miento particular y característico de los electrones en la ionosfera durante un terremoto; lo cual nos acercará a lograr la predicción efectiva de este tipo de eventos.Gracias al trabajo se logra entablar relaciones con el CNRS, una de las instituciones de investigación más reconocidas a nivel mundial, lo que a futuro puede vin-cular este organismo con nuevas investigaciones para contribuir con el desarrollo científico y tecnológico del país. El desarrollo de la investigación permite adquirir y afianzar conocimientos en las áreas de electrónica y física, así como conceptos y fundamentos de progra-mación en diferentes herramientas computacionales.

Referencias

Akhoondzadeh M., Parrot M., Saradjian M.R. (2010). Electron and ion density variations before strong earthquakes (M>6.0) using DEMETER and GPS data. Natural Hazards and Earth System Sci-ences, 10: 7-18.

Akhoondzadeh M., Parrot M., Saradjian M.R. (2010). Investigation of VLF and HF waves showing seismo-ionospheric anomalies induced by the 29 September 2009 Samoa earthquake (Mw=8.1). Natural Hazards and Earth System Sciences, 10: 1061-1067.

Cortés C. (2014). Aplicaciones de la teoría de la distancia Debye al es-tudio del circuito eléctrico global. Tesis de Maestría, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 81 p.

Estrada J.H. (2013). Aplicación de la entropía y esfera Debye al estudio de precursores sísmicos y calidad de la energía eléctrica. Tesis de Ph.D. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Colombia, Manizales.

Garduño R., Mendoza V. (2009). Climatología, cambios climáticos y atmósfera. GEOS Revista Venezolana de Ciencias de la Tierra, 29, 1:232

Sarkara S., Gwal A.K., Parrot M. (2007). Ionospheric variations ob-served by the DEMETER satellite in the mid-latitude region dur-ing strong earthquakes. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 69: 1524-1540.

1. Introducción

A partir de la participación en el concurso Reto TECH en convenio con Partners of the Americas y las fortalezas del Centro de Automatización Industrial del SENA Regional Caldas, se realizó un proyecto

que combina los productos desarrollados en los programas de formación tecnológica en “Diseño de elementos mecánicos para su fabricación con máquinas herramientas CNC” y “Mantenimiento electrónico e instrumental industrial”. Este proyecto inició con el análisis del estado del arte para realizar el diseño, cálculo y definición de planos de cada uno de los mecanismos de generación de energía eólica

Vector 10 (2015) 80 - 88ISSN 1909 - 7891

Generador eólico como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College

de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENA

Rubén Darío Cárdenas Espinosaa*

a Ph.D. Technology Information. Líder Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación, SENA Regional Caldas, Centro de Automatización Industrial. Grupo de Investigación Electrónica, Automatización y Energías Alternativas. Manizales, Colombia.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (R.D. Cárdenas)

Resumen

En este artículo se analiza el diseño de un sistema de generación de energía eólica, utilizando máquinas CNC como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENA. La metodología empleada es cuantitativa con un enfoque empírico-analítico, carácter descriptivo y corte transversal, desarrollada en tres fases: análisis, diseño e im-plementación. Debido al uso desmedido de los recursos naturales y los efectos de la contaminación ambiental las tecnologías de diseño asistido por computador CAD, manufactura asistida por computador CAM y de control numérico computarizado CNC se convierten en alternativa para la construcción de mecanismos de generación de energía eólica renovable, cumpliendo un doble papel en el proceso formativo: la apropiación del conocimiento técnico por parte de los aprendices y el aporte del SENA al aprovechamiento racional de los recursos naturales.

Palabras clave : tecnología CAD/CAM, CNC, ecoparque tecnológico, energías renovables, energía eólica.

Wind Power Generator Project as Cultural and Technological Exchange between Flathead Valley Community College in Montana and Industrial Automation Center at SENA

AbstractThis article analyzes the design of a system of wind power generation using CNC machines as a cultural and technological exchange project between Flathead Valley Community College in Montana and the Center for Industrial Automation. The methodology applied is quantitative with an analytical-empirical approach, descriptive in character and cross-sectional developed in three phases: Analy-sis, Design and Implementation. Due to the excessive use of natural resources and the effects of environmental pollution, computer assisted design technologies CAD, computer-assisted manufacturing technologies CAM and computerized numerical control CNC become alternative mechanisms for the construction of generating renewable wind energy, fulfilling a dual role in the training process: the appropriation of technical knowledge on the part of learners and the contribution of SENA to the rational use of natural resources.

Key words: CAD/CAM, CNC, Eco-Technology Park, renewable energy, wind energy.

Cómo citar este artículo:Cárdenas Espinosa R.D. (2015). Generador eólico como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENA. Revista Vector, 10: 80-88.

Generador eólico como proyecto de intercambio cultural y tecnológico entre Flathead Valley Community College de Montana y el Centro de Automatización Industrial del SENA

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y sus respectivos componentes, después se aplicó la tecnología CAD/CAM y CNC para el diseño y fabricación de prototipos, se realizó una validación previa con la simulación en software CAD y se eligió la alternativa de solución más acertada para su implementación. Con el prototipo funcional se realizaron los análisis de cargas y consumos en un ambiente de formación y se procedió al diseño, implementación y mantenimiento de módulos de control y supervisión de un sistema de generación de energía renovable, con el fin de mejorar la calidad y almacenamiento de la energía e implementar los conceptos y conocimientos eléctricos y electrónicos durante el proceso de formación.

Para el componente de intercambio cultural y tecnológico con el FVCC se incorporaron al proyecto los criterios de innovación, creatividad, sostenibilidad y bilingüismo, los cuales brindan un aporte específico a los aprendizajes significativos de los aprendices del SENA y a los alumnos del FVCC.

Antecedentes de la energía eólica

El viento es una masa de aire en movimiento (Velasco 2009); esta masa de aire posee energía mecánica que es proporcional a su velocidad y puede ser aprovechada en muchas aplicaciones; esto es lo que se denomina energía eólica. Sus primeras aplicaciones fueron las velas de los barcos, de las que se tiene noticias en el año 5000 a. C. en Egipto y Mesopotamia. Los molinos de viento son otra aplicación clásica, datan de unos 2000 años y se empleaban para producir sonidos; posteriormente, se usaron para moler grano; los primeros que se fabricaron tenían el eje vertical. Otro dispositivo que funciona gracias a la energía eólica son las aerobombas para elevar la presión del agua usando energía del viento.

A diferencia de las otras aplicaciones citadas, el uso del viento para producir electricidad es más reciente; las primeras experiencias datan del final del siglo XIX; Charles F. Brush construyó en Estados Unidos durante 1880 una turbina eólica de 12 kW para producir electricidad en corriente continua; esta energía se almacenaba en 12 baterías (Oviedo et al., 2015).

En Europa el precursor de la energía eólica fue el danés Paul la Cour, quien a partir de turbinas eólicas provocaba electrolisis para circuitos eléctricos a principios del siglo XX; durante las primeras décadas de este siglo Dinamarca conservó la tradición eólica, e incluso hoy es el cuarto país del mundo en potencia instalada y el primero por número de habitantes. En la mitad del siglo XX, un holandés, Johannes Juul introduce dos variaciones importantes: modificando los generadores para producir electricidad en corriente

alterna y diseñando un aerogenerador que cambiaba la orientación en función de la dirección del viento para aprovechar con más intensidad la energía de este (Fuentenebro, 2014).

Contexto del proyecto en el SENA, Centro de Automatización Industrial en el concurso Reto TECH, en convenio con Partners of the Americas

En el marco del concurso 100000 Strong in the Americas Innovation Fund, que se está realizando entre el SENA y el FVCC, el Centro de Automatización del SENA Regional Caldas presentó este proyecto debido a que en los últimos años se ha hablado del uso desmedido de los recursos naturales y se han hecho tangibles los efectos de la contaminación ambiental; por ello es necesario generar consciencia para que el ser humano se eduque ecológicamente y adquiera estilos de vida enfocados a la protección ambiental. Es en este sentido que las tecnologías de diseño asistido por computador, manufactura asistida por computador (CAD/CAM) y control numérico computarizado (CNC) se convierten en un medio apropiado para la construcción de mecanismos para la generación de energía eólica renovable, cumpliendo un doble papel en el proceso formativo: la apropiación del conocimiento técnico por parte de los aprendices y el aporte del SENA al aprovechamiento racional de los recursos naturales. Desde las áreas de ‘Electrónica’ y “Automatización Industrial” se realizó el diseño, implementación y mantenimiento de módulos de control y supervisión de un sistema de generación de energía renovable, con el fin de mejorar la calidad y el almacenamiento de la energía e implementar los conceptos y conocimientos eléctricos y electrónicos durante el proceso de formación y disponer de los mismos en el ambiente de energías renovables del Centro de Automatización Industrial con aplicaciones agropecuarias y agroindustriales. Los estudiantes fueron los autores de prototipos funcionales de los mecanismos de generación de energía eólica, además se participará en eventos de Ciencia Tecnología e Innovación: Feria Tecnológica, encuentro de semilleros y grupos de investigación, simposios y congresos en las áreas de especialidad del Centro que se realizan durante todo el año.

Los propósitos del proyecto como experiencia de transferencia cultural y técnica internacional

Fortalecimiento del segundo idioma a nivel técnico; el afianzamiento de una alianza sostenible al intercambiar aspectos culturales de cada región; la transferencia tecnológica a nivel de software y

FRubén Darío Cárdenas Espinosa / Vector 10 (2015) 80-88

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hardware; la simulación y diseño de prototipos funcionales factibles de implementar y la sostenibilidad de los mismos a través de fases posteriores que incorporen los componentes agrícolas y agropecuarios, mediante el diseño e implementación de parcelas digitales bajo sistemas agromáticos y agronómicos para el sector agrícola del departamento (fase 2) y el diseño, acople e implementación de sistemas robóticos para monitoreo, supervisión y control de campos agrícolas y extensiones selváticas para la conservación, cuidado y diseño de mecanismos de conservación de fauna, flora y recursos naturales.

Referentes del proyecto

En la década de los 90, en consideración a la problemática ambiental, muchos países comenzaron a implementar sus propias normas ambientales. De esta manera era necesario tener un indicador universal que evaluara los esfuerzos de una organización por alcanzar una protección ambiental confiable y adecuada.

En este contexto la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) fue invitada a participar en la Cumbre de la Tierra, organizada por la Conferencia sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, en junio de 1992 en Río de Janeiro, Brasil (San Roman, 1998). Ante tal acontecimiento ISO se comprometió a crear normas ambientales internacionales, después denominadas ISO 14000. Se debe tener presente que las normas estipuladas por ISO 14000 no fijan metas ambientales para la prevención de la contaminación, ni tampoco se involucran en el desempeño ambiental a nivel mundial, sino que establecen herramientas y sistemas enfocadas a los procesos de producción al interior de una empresa u organización y de los efectos o externalidades que de estos se deriven al medio ambiente.

Para 1992, un comité técnico compuesto por 43 miembros activos y 15 miembros observadores había sido conformado y el desarrollo de lo que hoy se conoce como ISO 14000 estaba en camino (Belen, 2010). En octubre de 1996, el lanzamiento del primer componente de la serie de estándares ISO 14000 salió a la luz revolucionando los campos empresariales, legales y técnicos. Estos estándares cambiaron la forma en que tanto los gobiernos como la industria, van a enfocar y tratar asuntos ambientales. Igualmente estos estándares suministraron un lenguaje común para la gestión ambiental, al establecer un marco para la certificación de sistemas de gestión ambiental por terceros y al ayudar a la industria a satisfacer la demanda de los consumidores y agencias gubernamentales sobre una mayor responsabilidad ambiental.

Energía eólica

La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire, es decir, del viento. En la tierra el movimiento de las masas de aire se debe principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión; este tipo de viento se llama viento geostrófico (López, 2012).

La energía eólica es aprovechada básicamente por un sistema con un rotor que gira a medida que pasa el viento por este (Medina Álvarez, 2007).

Figura 1. Aerogenerador.

La Figura 1 presenta uno de los diseños de un aerogenerador realizado por aprendices del SENA, bajo la supervisión del instructor Alexander Londoño Preciado (instructor del Centro de Automatización Industrial SENA Regional Caldas).

La potencia del viento depende principalmente de 3 factores: área por donde pasa el viento (rotor), densidad del aire y velocidad del viento.

Para calcular la fórmula de potencia del viento se debe considerar el flujo másico del viento que es dado por:

densidad del viento. A: área por donde pasa el viento. V: velocidad del viento.

(1)

Entonces, la potencia debido a la energía cinética está dada por:

(2)


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Algunas consideraciones con respecto al viento

Figura 2. Distribución Weibull.

Como la mayoría de las personas saben, el viento no siempre se mantiene constante en dirección y valor de magnitud; siendo más bien una variable aleatoria; algunos modelos han determinado que el viento es una variable aleatoria con distribución Weibull tal como la que muestra la Figura 2.

Para calcular la potencia promedio que es aprovechada por el rotor se debe usar la llamada ley de Betz, la cual define que la máxima extracción de energía cinética del viento se sitúa en 16/27 de la energía cinética (59 %). A partir de ese máximo, se establece que incrementar el número de palas de 1 a 100 no aumentaría el rendimiento del aerogenerador, por lo que un menor número de palas reduce los costes de fabricación e instalación. Dada las dimensiones mayores de las palas y cargas y tensiones asociadas, un mayor número de palas permite obtener sistemas más equilibrados y estables. A continuación se presenta la demostración de la ley de Betz (Figura 3):

Figura 3. Ley de Betz.

Si se supone que la velocidad a la que entra el viento al tubo de corriente es de valor V1 y la velocidad que sale es de V2, podemos suponer que la velocidad a la que el viento entra al aerogenerador es de (V1+V2)/2.

El flujo másico que entra al rotor entonces tiene valor de:

(3)

Dado que en un tubo de corriente se debe conservar la potencia, la potencia que entra a velocidad V1 tiene que ser igual a la suma de la potencia que sale a velocidad V2 y la que se va por el rotor.

Por tanto, la potencia que se va por el rotor es:

Si remplazo la masa se obtiene:

La potencia que lleva el viento antes de llegar al rotor viene dado por:

Ahora si la comparamos con la potencia que lleva el viento nos da la Figura 4.

Figura 4. Potencia que lleva el viento.

Cuyo máximo viene dado por 0,59 aproximadamente, es decir que la máxima potencia que se puede extraer del viento es de 0,59 veces esta potencia.


[ 84 ]

La Figura 5 muestra las potencias del viento, a saber: la extraída por el rotor y la potencia transformada a electricidad. La extraída por el rotor está limitada por la ley de Betz y la transformada a electricidad está limitada por la eficiencia del generador.

Como la potencia entregada dada por el generador eólico depende de la velocidad del viento, la eficiencia va a depender también de la velocidad del viento registrándose eficiencias máximas del orden del 44 %.

Figura 5. Comparación Potencias que lleva el viento.

Para la lograr una eficiencia alta como la que se muestra, es necesario muchos gastos que aumentarían el costo de producir un kW más; por tanto, máxima eficiencia no implica menor costo de generación.

Energía eléctrica disponible en un aerogenerador

Al suponer que se tiene un aerogenerador caso danés de 600 kW de potencia, los fabricantes por lo general entregan la curva de energía eléctrica disponible versus las velocidades a diferentes parámetros de la distribución de Weibull (Figura 6):

Los diferentes colores representan las distintas distribuciones probabilísticas de los vientos en año a distintas velocidades, se esperaría que a medida que aumenta la velocidad la energía debiera estar a una función cúbica de esta; sin embargo, esto se produce dado que la eficiencia de los aerogeneradores no es constante; por tanto, la tendencia es más bien lineal.

El aerogenerador consta de varias partes; un esquema general de cómo funciona el aerogenerador está dado por la Figura 7.

Figura 6. Distribución de Weibull.

Figura 7. Partes de un aerogenerador. Palas del rotor: es donde se produce el movimiento rotatorio debido al viento. Eje: encargado de transmitir el movimiento rotatorio. Caja de engranajes o multiplicadores: encargados de cambiar la frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor según dependa el caso para entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este funcione. Generador: es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma en energía eléctrica.

Además de estos componentes básicos se requieren otros componentes para el funcionamiento eficiente y correcto del aerogenerador, con base a la calidad de servicio de la energía eléctrica, algunos de ellos son: Controlador electrónico: permite el control de la correcta orientación de las palas del rotor, también en caso de cualquier contingencia como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para. Unidad de refrigeración: encargada de mantener al generador a una temperatura prudente. Anemómetro y la veleta: cuya función está dedicada a calcular la velocidad del


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viento y la dirección de este, respectivamente; están conectadas al controlador electrónico quien procesa estas señales adecuadamente.

El costo de cada turbina eólica está en función de: los alerones del rotor; eje; la transmisión, referida a la caja de cambios; generador, góndola y torre. Sin embargo, existen costos adicionales: equipo de monitoreo; control de calidad; financiamiento y gestión e ingeniería.

Control de potencia en los aerogeneradores

Pitch controlled: regulación de ángulo de paso, el controlador electrónico lleva un registro de las potencias entregadas por el aerogenerador; si la potencia entregada pasase un valor nominal el controlador hace que el ángulo por donde se recibe el viento cambie de posición, lo que hace que cambie el área efectiva por donde pasa el viento y por lo tanto disminuya su potencia absorbida; en el caso de que la potencia recibida sea muy chica se hace el procedimiento contrario.

Stall controlled: denominado también regulados por pérdida de aerodinámica, las palas del rotor están fijas al eje; las palas del rotor han sido aerodinámicamente diseñadas de tal manera que a medida que aumenta la velocidad del viento se produzca paridad de potencia por turbulencias y así se regule la potencia generada.

Por alerones: esta técnica consiste en cambiar la geometría de las palas del rotor; sin embargo, esto produce fuerzas que pueden dañar la estructura; por tanto, es sola usada en generadores de baja potencia.


Los materiales empleados fueron máquinas y herramientas de control numérico computarizado CNC, torno y fresa, material consumible, software CAD/CAM.

La metodología empleada corresponde a una investigación cuantitativa, con un enfoque empírico-analítico de carácter descriptivo y corte transversal, la cual se realizó en tres fases: análisis, diseño e implementación.

En la etapa de análisis se hizo una búsqueda y actualización del estado del arte de los componentes de generación de energía eólica, el software apropiado para el diseño del aerogenerador y las máquinas y herramientas necesarias para desarrollar un prototipo. Además, de la medición con anemómetro de las condiciones del viento en diferentes lugares del SENA Regional Caldas.

La etapa de prueba consistió en el diseño de prototipos funcionales a través de software CAD/CAM; mientras que en la etapa de implementación se recurrió a las alternativas de solución más viables por medio de máquinas y herramientas CNC, el monitoreo y control de cargas para su respectivo ajuste y la implementación de los módulos electrónicos de control.


Se realizó el diseño y ejecución de dos programas de inglés técnico y español técnico, así como el alistamiento de los estudiantes y docentes de intercambio con la institución FVCC; permitiendo el entendimiento de manuales y fichas técnicas software CAD/CAM y soporte técnico; dando a la vez una formación virtual de doble vía a través de la plataforma Blackboard, redes sociales y herramientas Web 2.0.

No existe un modelo de aerogenerador que sea ambientalmente más compatible que otro, ya que para evaluar la compatibilidad de los modelos de aerogeneradores es preciso considerar cada proyecto en detalle y unificar criterios de aprovechamiento de recursos, orografía, vegetación existente, zonas excluidas, distancias limitantes y tratar de adaptarlas a las necesidades constructivas que precisa cada proyecto (GAMESA, 2015).

Los factores que recomienda la empresa GAMESA para el diseño de aerogeneradores de tres palas es el resultado del compromiso existente entre criterios: la energía máxima extraíble del viento es independiente del número de palas y se define por la ley de Betz. Según esta ley, la máxima extracción de energía cinética del viento se sitúa en 16/27 de la energía cinética (59 %). A partir de este máximo, incrementar el número de palas de 1 a 100 no aumentaría el rendimiento del aerogenerador; un menor número de palas reduce los costes de fabricación e instalación; dada las dimensiones mayores de las palas y las cargas y tensiones asociadas, un mayor número de palas permite obtener sistemas más equilibrados y estables.

Así, los sistemas tripala se han demostrado como lo solución más estable/equilibrada desde el punto de vista dinámico (mucho más que los monopalas o bipalas) y económicamente más eficaz que los sistemas con mayor número de palas (GAMESA, 2015).

Este proyecto resultó ser el ganador del Concurso Reto Tech, 100000 Strong in the Americas Innovation Fund, el cual se realiza entre el SENA y FVCC.


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Figura 8. Prototipo 1: aerogenerador con rotor Giromill.

El diseño de un aerogenerador con rotor Giromill (Figura 8) consiste en palas verticales unidas al eje por unos brazos horizontales, que pueden salir por los extremos del aspa e incluso desde su parte central. Las palas verticales cambian su orientación a medida

que se produce el giro del rotor para un mayor aprovechamiento de la fuerza del viento, el sistema de engranajes permite la articulación para mayor velocidad al sistema de acople electromecánico.

Figura 9. Prototipo 2: aerogenerador con rotor Windside.


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El diseño del prototipo 2, aerogenerador con rotor Windside (Figura 9), en lugar de la estructura cilíndrica para aprovechamiento del viento, consiste en un perfil alabeado con torsión que asciende por

el eje vertical. La principal diferencia frente a otros sistemas de eje vertical es el aprovechamiento del concepto aerodinámico, que lo acerca a las eficiencias de los aerogeneradores de eje horizontal.

Figura 10. Prototipo 3: aerogenerador vertical axis wind turbine (VAWT).

El diseño del prototipo 3, aerogenerador vertical axis wind turbine (Figura 10), presenta las siguientes ventajas: productividad para velocidades de viento pequeñas (0,8m/seg), menores costos con relación al tipo clásico y nivel de ruido al mínimo. Según las simulaciones realizadas este diseño puede aceptar los cambios de dirección del viento sin ningún problema, un aspecto importante a tener en cuenta fue el lugar identificado para su instalación en el SENA debido a que al estar ubicado perpendicularmente al aeropuerto los vientos cruzados hacen que se cambie constantemente el sentido del viento donde las velocidades de este son aproximadamente de 3m/seg; según mediciones realizadas por la estación meteorológica del aeropuerto La Nubia de la ciudad de Manizales y mediciones realizadas durante aproximadamente año y medio en el SENA. Este puede ser instalado a nivel del suelo para más fácil acceso en los techos, azoteas o postes ofreciendo varias alternativas en su instalación siempre y cuando tenga un constante flujo de viento.

4. Conclusiones

Este proyecto permitió generar un proceso de intercambio cultural, de bilingüismo técnico y académico del programa de Ingeniería Eléctrica de Flathead Valley Community College (Montana, USA) y los programas tecnológicos en “Diseño de elementos mecánicos para su fabricación con máquinas herramientas CNC” y “Mantenimiento electrónico e instrumental industrial” del Centro de Automatización Industrial del SENA Regional Caldas, programados para los meses de julio y septiembre de 2016.

Los prototipos de generadores eólicos se realizaron a escala debido a las capacidades de los sistemas de mecanizado disponibles en el Centro de Automatización Industrial, con el fin de realizar la transferencia tecnológica a los estudiantes y docentes de Flathead Valley Community College en el diseño de los aerogeneradores, la programación de máquinas de control numérico computarizado y la fabricación de los mismos.


[ 88 ]

El prototipo recomendado por los expertos de GAMESA es el aerogenerador de tres palas, por ser la solución más estable/equilibrada desde el punto de vista dinámico y económicamente más eficaz que los sistemas con mayor número de palas, ya que la energía máxima extraíble del viento es independiente del número de palas (según lo definido por la ley de Betz).

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1. Introducción

En el Centro de Tecnologías Agroindustriales del SENA, se tiene construido un invernadero para investi-gar las acciones de control en temperatura y humedad relativa que requiere el cultivo de tomate Solanum Lycopersicum tipo variedad milano Santa Clara. La fase inicial del sistema de control de variables para

el invernadero se diseñó con el fin de apoyar la rea-lización de prácticas de laboratorio de los programas de “Tecnología en desarrollo de software”, “Manteni-miento de equipos de cómputo, diseño e instalación de cableado estructurado” y aprendices de etapa práctica de “Tecnología en producción agropecuaria ecológica” (Figura 1).

Vector 10 (2015) 89 - 95ISSN 1909 - 7891

Sistema de control de variables de temperatura y humedad relativa para el laboratorio de agromática del SENA

CartagoRubén Darío Cárdenas Espinosaa*, Diana Yamileth Velásquez Maldonadob,

Carlos Andrés Rodríguez Pérezc

a Ph.D. Technology Information. Líder Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación, SENA Regional Caldas, Centro de Automatización Industrial. Grupo de Investigación Electrónica, Automatización y Energías Alternativas. Manizales, Colombia.

b Magíster en Innovación y Creatividad de las Organizaciones. SENA Regional Valle, Centro de Tecnologías Agroindustriales. Grupo de Investigación ITA. Cartago, Colombia.

c Magíster Instrumentación Física. SENA Regional Valle, Centro de Tecnologías Agroindustriales. Grupo de Investigación ITA. Cartago, Colombia.


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (R.D. Cárdenas)

ResumenEn el SENA Regional Valle, Centro de Tecnologías Agroindustriales, se implementó un sistema de control de variables de temperatura y humedad relativa para el invernadero del laboratorio de agromática. Dada la susceptibilidad a enfermedades por parte del cultivo de tomate se requiere de un monitoreo permanente y acciones de control para su conservación, las cuales se fundamentaron en la ficha de caracterización tomate milano variedad Santa Clara para que a través del desarrollo de un aplicativo SICLA en C# pueda ser monitoreado y controlado vía Web. La implementación del sistema realizado bajo invernadero permitió reducir el impacto generado por altos niveles de humedad y presencia de insectos. La metodología de esta investigación aplicada es exploratoria, de corte transversal y con un enfoque cuantitativo, desarrollada en cuatro etapas: análisis, planeación, ejecución y evaluación. Este proyecto se realizó en el semillero de investigación TECNONET.

Palabras clave : laboratorio de agromática, invernadero, SENA, edafoclimáticas, sistema de control temperatura y humedad relativa.

Temperature and relative humidity variables control system for the agromatic laboratory at SENA, Cartago

AbstractA variable of temperature and relative humidity control system for the Agromatic Laboratory greenhouse in the Agri-business Technol-ogy Center at SENA Valle regional was implemented. Given the susceptibility to diseases of the tomato crop, a permanent monitoring and control actions for its conservation are required, which are based on the record of characterization of the Santa Clara Milano plum tomato variety so that through the development of the SICLA application in C # it could be monitored and controlled via web. The implementation of the system carried out in the greenhouse made it possible to reduce the impact caused by high humidity levels and the presence of insects. The methodology of this applied research is exploratory, cross-sectional and with a quantitative approach developed in four stages: analysis, planning, implementation and evaluation. This project was carried out in the TECNONET Research hotbed.

Key words: agromatic, gases, SENA, soil and climate, laboratory control system.

Cómo citar este artículo:Cárdenas Espinosa R.D., Velásquez Maldonado D.Y., Rodríguez Pérez C.A. (2015). Sistema de control de variables de temperatura y hu-medad relativa para el laboratorio de agromática del SENA Cartago. Revista Vector, 10: 89-95.

Rubén Darío Cárdenas Espinosa, Diana Yamileth Velásquez Maldonado, Carlos Andrés Rodríguez Pérez / Vector 10 (2015) 89-95

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Figura 1. Laboratorio agromática, Centro de Tecnologías Agroin-dustriales.

Los objetivos del proyecto están dirigidos a: analizar la ficha de caracterización para el cultivo del tomate (tradicional y controlado); caracterización del suelo (sustratos, biopreparados, control de plagas); rangos de temperatura, humedad relativa, humedad de suelo que puedan identificar las variables requeridas para diseñar el sistema de control del invernadero; planear el diseño del sistema de control de variables de tem-peratura y humedad relativa con tecnología Arduino para el invernadero; realizar el monitoreo y control de variables de temperatura y humedad relativa para dise-ñar el sistema de control según los requerimientos del cultivo de tomate; implementar el sistema de control diseñado para el invernadero del laboratorio de agro-mática; validar el sistema implementado para realizar los ajustes pertinentes y su plan de mantenimiento.

Por su parte, la agromática es la aplicación de los principios y técnicas de la informática y la computación a las teorías y las leyes del funcionamiento y el manejo de los agrosistemas. Su objetivo es el de servir como apoyo operativo en el diagnóstico de los problemas, en el diseño y la evaluación de las alternativas de solución; es decir transformarse en una metodología de acción útil en la resolución de los problemas de las empresas agroproductivas (Grenon, 1994).

Laboratorio de agromática del Centro de Tecnologías Agroindustriales

Es un espacio de formación que cuenta con sensores, actuadores y software, los cuales permiten controlar variables como la temperatura y la humedad relativa para el cultivo del tomate en donde los aprendices, instructores e integrantes del semillero de investigación TECNONET pueden identificar el comportamiento de un cultivo en un ambiente controlado (invernadero) y ambiente tradicional (condiciones normales) con el fin de replicarse a los agricultores del municipio de Cartago y el Norte del Valle.

Cultivo seleccionado para el proyecto

Los tipos de tomate que se comercializan en Cartago son tomate chonto, milano, riñón, cherry entre otros (Mancheno et al., 2011); los cuales son muy apetecidos por la población por su forma, tamaño y color. Los cultivos que se trabajaron en el laboratorio de agro-mática fueron: frutales, hortalizas, verduras y plantas medicinales. Teniendo en cuenta que las condiciones climáticas del Norte del Valle no son las más adecuadas para todo tipo de cultivo. El cultivo de tomate milano variedad Santa Clara (Restrepo et al., 2003), que se en-cuentra en el laboratorio de agromática, es un cultivo que presenta un crecimiento semierecto por lo cual re-quiere ser entutorado; unas de las características de esta variedad es que produce frutos de diferente tamaño, forma y peso al no ser un híbrido (Loaiza et al., 2013).

Diseño del sistema de control de variables

La ubicación geográfica del invernadero registra una temperatura media de 26 ºC (NASA, 2015) y una humedad relativa media de 78 % (CENICAÑA, 2015), la instalación está definida por una construcción en tubería galvanizada de base 6 x 6 m, con techo a dos aguas con altura en la parte central de 5 m y 3 m en los laterales cubierto con plástico agroclear definido especialmente para este tipo de aplicaciones; en las paredes se cuenta con una malla antitrips con una densidad de 12 x 20 hilos/cm2 para impedir el ingreso de plagas que puedan afectar el bienestar del cultivo.

Regulación de la temperatura y la humedad relativa

Para ello se instaló un sensor RHT03 que permite la lectura de las dos variables con un solo dispositivo, idea que no requiere de elementos adicionales para su puesta en funcionamiento; este sensor entrega las lecturas en formato digital a través de un protocolo serial de 2 hilos con una resolución en humedad rela-tiva de +- 0,1 % y para temperatura de +- 0,2 ºC. Para el control de estas variables se instaló una combinación de actuadores, conformados por un sistema de flujo forzado de aire que inyecta aire a nivel del suelo y lo extrae por la parte más alta del invernadero a través de dos ventiladores WINDY 24WF con una capacidad de 4950 CFM activado por relés y un sistema de as-persores ubicados en la parte alta conformados por 12 microaspersores y una manguera de polietileno de 3/4 in activados por una electroválvula para lavadora de bajo costo. Para la regulación de la humedad del suelo se instaló un sensor SEN0114 que entrega una salida analógica de 0 a 5V de bajo costo, que permite medir el nivel de saturación del agua en el suelo y un sistema

Sistema de control de variables de temperatura y humedad relativa para el laboratorio de agromática del SENA Cartago

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de riego por goteo conformado por una manguera de pared delgada con dosificadores cada 20 cm de caudal por gotero; es necesario definir el caudal activado por electroválvula de lavadora de bajo costo; de igual for-ma el sistema de aspersores permite también regular la humedad del suelo.

Implementación del sistema de monitoreo y control

La implementación se hizo con la tarjeta de desa-rrollo Arduino Mega 2065, la cual posee: 54 puertos con figurables como entrada/salida digital; 16 puertos de entradas analógicas, basado en un microcontrola-dor ATmega2560 con velocidad de reloj de 16MHz y 256KB de memoria flash; sensores de temperatura y humedad RHT03 con salida digital sensor de hume-dad capacitivo de polímero, rango de operación de 0-100 % una precisión de +-2 %, resolución de 0,1 % y repetitividad +-1 % para humedad relativa y rango de 48-80 °C, precisión de +-0,5 %, resolución de 0,1 °C y repetitividad de +-0,2 °C para temperatura, cada sensor esta compensado por temperatura y debidamente cali-brado. El sensor de humedad del suelo es un SEN0114, de baja tecnología, que opera bajo el principio resistivo permitiendo la lectura del nivel de humedad del suelo, fabricado por DFRobot la cual no ofrece mayores datos técnicos del dispositivo; lo que obliga a que este sea analizado con posterioridad a fin de poder realizar su caracterización. Para la parte de actuadores se cuenta con una electroválvula de lavadora de uso común, de fácil consecución en el mercado local que ofrece una alternativa eficiente, pero de muy bajo costo, para el control del sistema de riego por goteo de manguera de pared delgada con dosificadores cada 20 cm de caudal por gotero; además, el sistema de aspersores está cons-tituido por 12 microaspersores ubicados en la parte alta y manguera de polietileno de 3/4in. El sistema de flujo forzado está compuesto por dos ventiladores WINDY 24 WF de 110VAC 350W de operación y un caudal de 4950 CFM y 1120 rpm., activado por relés de señal de control de 5VDC y tensión de operación de 11VAC @ 12A. El cultivo está conformado por tomate (Solanum Lycopersicum) tipo milano, variedad Santa Clara y se ha abonado con triple 15; no se han usado pesticidas, ni agentes para el control de plagas.


Los materiales que se utilizaron fueron: productos químicos y biológicos para el manejo agronómico del cultivo, tarjeta de desarrollo Arduino, sensores y actua-dores, semillas, abono y demás elementos consumibles para el cultivo del tomate.

El tipo de investigación realizada es experimental y se trabajó la metodología con un enfoque empírico-analítico, de carácter descriptivo y corte transversal, en cuatro etapas: análisis, planeación, ejecución y evaluación.


El Norte del Valle del Cauca tiene una temperatura que oscila entre 25 y 40 ºC en la zona plana y entre 10 y 26 ºC en la zona de cordillera. Este clima propicia la producción de casi todo tipo de cultivo durante todo el año. La producción agrícola presenta grandes retos determinados por el tipo de cultivo y sus condiciones, las cuales dependen de sus características biológicas para que sean más susceptibles al impacto generado por el clima, las plagas, las enfermedades y otros facto-res que alteran directamente su desarrollo fisiológico. En el caso del cultivo de tomate, este es uno de los más vulnerables a las plagas y enfermedades por las condiciones edafoclimáticas; a pesar de su alto mar-gen de rentabilidad y potencial productivo requiere de cuidados en el proceso, así como el uso elevado de insumos y mano de obra (Barón, 2010).

Por ello este cultivo se ha transformado en uno de los más costosos y de difícil manejo en la región. En este sentido, uno de sus principales limitantes productivos es su susceptibilidad a padecer las consecuencias de plagas y enfermedades. Ante esta realidad, y como so-lución ante los inconvenientes técnicos en los cultivos, se ha recurrido a la aplicación excesiva de plaguicidas; los cuales se consideran como sustancias químicas tóxicas que son utilizadas para eliminar agentes vivos. Otra estrategia implementada para reducir dichas dificultades ha sido la implementación de sistemas productivos bajo invernadero, siendo sistemas que permiten reducir el impacto generado por altos niveles de humedad y presencia de insectos.

De manera inicial el sistema de monitoreo permite el seguimiento de las variables, de modo que se pueda establecer el comportamiento del sistema frente a las condiciones ambientales externas. En términos de la temperatura se realizaron pruebas para determinar el comportamiento del sistema de control, se logró iden-tificar una reducción de temperatura en comparación con la temperatura exterior de hasta 5 °C tal como se muestra en la Figura 2.

Se puede apreciar que la temperatura antes de la activación del sistema de control presenta hasta 8 °C por encima de la temperatura exterior, lo que puede verse como una temperatura muy elevada para las plantas; cerca de las 2:00 p.m. el sistema de flujo for-zado y de aspersión se enciende durante 20 minutos, evidenciando una baja significativa de la variable en 7


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°C por debajo de la temperatura ambiente; alrededor de las 2:30 p.m. se enciende solo el sistema de flujo forzado durante 10 minutos para observar el comportamiento, se identifica que la temperatura nuevamente vuelve a bajar 7 °C en comparación con la temperatura externa; esta vez se emplea menos tiempo en la reducción (al-

rededor de 5 min) y se logra mantener durante 30 min después de los cuales la temperatura comienza a subir lentamente; luego el sistema no se vuelve a activar y se puede observar que la temperatura se mantiene por debajo de la exterior en por lo menos 3 °C.

Figura 2. Comportamiento de la temperatura.

Con la variable humedad relativa, las pruebas de comportamiento permiten evidenciar un aumento de dicha variable; lo que es esperado como resultado de la estrategia de control. También se puede observar que alrededor de las 2:00 p.m. el sistema muestra un aumento de la humedad relativa; al estar 10 % por debajo de la humedad relativa exterior en un lapso de 20 min, siendo el tiempo en que los aspersores están encendidos; al momento del cierre se observa una re-ducción esperada dadas las condiciones de operación;

cerca de las 2:30 p.m., cuando se enciende el sistema de flujo forzado, se observa un pico asociado a la cir-culación de aire y luego se presenta un aumento súbito debido a la no circulación de aire y al proceso natural de evaporación al interior del invernadero. Lo anterior permite determinar que es necesario generar flujo de aire con la intensión de evitar el aumento repentino de la humedad relativa al interior del invernadero (Figura 3).


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Figura 3. Comportamiento de la humedad relativa.

La variable de humedad del suelo demuestra de manera inicial que no es necesario el sistema de riego por goteo, ya que la variable logra mantenerse a lo largo de la prueba. Entre las 12:00 p.m. y las 2:00 p.m. se logra observar una reducción lenta de la humedad; alrededor de las 2:00 p.m., cuando el sistema de as-persión se enciende, se observa un aumento del 66 % hasta el 70 %; siendo el momento en el que el sistema de aspersión es apagado; las fluctuaciones posteriores

se dan por la distribución del contenido del agua en el suelo; finalmente, se estabiliza alrededor del 75 % (Figura 4).

Con todo lo anterior se logra determinar que la estrategia para el control de la temperatura es funcional y que se requieren más pruebas para probar diferentes configuraciones del sistema de control a modo de poder encontrar la alternativa más eficiente para el control de las variables.

Figura 4. Humedad del suelo.


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Las labores de gestión de dispositivos, monitoreo y control de las variables de manera local son visuali-zadas a través de una pantalla LCD de 20 x 4 y un teclado matricial de 4 x 4, que permite el ajuste de los parámetros de operación del sistema; adicionalmente se instala un shield Arduino Ethernet V3, que permite el almacenamiento de las variables monitoreadas cada hora en una memoria SD de manera local, así como

la transmisión de los datos a un servidor remoto que permite el almacenamiento y visualización de las va-riables en el invernadero desde cualquier dispositivo con capacidad de navegación Web a través de protocolo HTTP. En la Figura 5 se puede observar el diagrama esquemático de la configuración del sistema de moni-toreo y control.

Figura 5. Vista esquemática del sistema de monitoreo y control de variables.

El control de variables edafoclimáticas es posible mediante la implementación de sensores, una interfaz de Arduino y un sistema SCADA que permite el mando (encendido-apagado) en los sistemas de ventilación y riego dentro del laboratorio, una conexión vía Ethernet a fin de obtener la recepción de todas las variables en una interfaz gráfica diseñada en la aplicación Lab-VIEW (Figura 6 y Figura 7) la cual permite el control del ambiente y la visualización de los datos, además del aplicativo de control que se desarrollo para este proyecto.

Figura 6. Interfaz LabVIEW.

Figura 7. Estructura del sistema de control de SCADA.

Software desarrollado en el proyecto

El aplicativo SICLA es un software de control elabo-rado en base a los requerimientos del cultivo, diseñado en un lenguaje práctico y de fácil manejo para todo tipo usuario. El diseño se realizó en módulos enfocados a la manipulación de variables edafoclimáticas del labo-ratorio y enviada a la base de datos para su proceso de análisis y graficación desde la interfaz de la aplicación; el proceso se realizó a través de las fases de desarrollo de software, comprendiendo la fase inicial de análisis y reconocimiento del sistema hasta su ejecución y eva-luación dispuesta a pruebas, identificando sus casos


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de uso para su respectiva codificación e instalación ( Figura 8, Figura 9, Figura 10 y Figura 11).

Figura 8. Módulos SICLA.

Figura 9. Menu.

Figura 10. Modulo plantas.

Figura 11. Roles.

4. Conclusiones

A partir del análisis de la ficha de caracterización del cultivo de tomate, el suelo, las variables de tempe-ratura y humedad relativa, se hizo el diseño del sistema de control a través de un microcontrolador Arduino para el invernadero del laboratorio de agromática.

Los actuadores y sensores empleados para el sis-tema de control de variables de humedad relativa y temperatura se instrumentaron y acoplaron a un micro-controlador Arduino Mega 2560, con la programación del control de variables, acorde a las necesidades del cultivo de tomate del invernadero del laboratorio de agromática, permitiendo monitoreo y control de las mismas y su respectiva comunicación inalámbrica para un entorno Web donde se obtiene la telemetría de estos.

El sistema implementado opera en condiciones óptimas, y su funcionalidad es acorde a los requeri-mientos del invernadero, a un costo más bajo que el usar otras tecnologías alternativas como controladores lógicos programables.

Agradecimientos

Gracias al apoyo del Centro de Automatización Industrial del SENA Regional Caldas, SENNOVA, al semillero de investigación TECNONET, para llevar a cabo el proyecto.

Referencias

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1. Introducción

El uso de redes neuronales recurrentes de tiempo continuo (CTRNNs) (Beer, 1995), para el diseño de controladores de agentes móviles, se ha destacado en la robótica evolutiva (Harvey, Di Paolo, Wood, Quinn, Tuci, 2005). Aunque es cierto que inicialmente en los proyectos emprendidos se utilizaban agentes físicos, en los últimos años ha predominado la tendencia de implementar modelos adaptados al diseño de agentes sintéticos en entornos virtuales de simulación (Jakobi, 1998) tal como pueden ser los videojuegos. El área de

los videojuegos es, además de una potente industria de entretenimiento, un marco de experimentación e investigación para testear técnicas de inteligencia artificial en entornos complejos. Este artículo pretende adaptar al control de personajes virtuales (o ‘bots’, agentes sintéticos con comportamiento humano) diversas técnicas de evolución de CTRNNs en un videojuego comercial actual. En concreto, el objetivo es el de presentar el diseño y la evaluación de diferentes modelos de CTRNNs como controladores del comportamiento de bots en el entorno del videojuego Unreal Tournament 2004.

Se diseñaron una serie de experimentos en los que se evalúan los CTRNNs con la finalidad de

Vector 10 (2015) 96 - 105ISSN 1909 - 7891

Somatic MarkerBot - bots con emociones artificiales basados en CBR y la teoría de Damasio

Javier Olmos Lanzetaa, Manuel Glez Bediab, Luis F. Castilloc*, Gustavo A. Isazad, Jeferson Arangoe

a Ingeniero Superior en Informática, Universidad de Zaragoza, España.bPh.D. Informática y Automática. Profesor Universidad de Zaragoza. España

cPh.D. Informática y Automática. Profesor Asociado/Investigador Senior Departamento de Sistemas e Informática - Universidad de CaldasdPh.D. Ingeniería de Software. Profesor Asociado/Investigador Asociado Departamento de Sistemas e Informática - Universidad de Caldas

eM.Sc. Ingeniería Computacional, Universidad de Caldas, Colombia."


* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (L.F. Castillo)

ResumenLa robótica evolutiva (RE) es una metodología que utiliza computación evolutiva para desarrollar controladores para robots autónomos. Una de las más importantes técnicas de RE está basada en el uso de redes neuronales recurrentes de tiempo continuo (CTRNNs) para el diseño de agentes virtuales y avatares de videojuegos. En este trabajo, se utiliza dicha metodología en el campo de los videojuegos. Específicamente, se diseñaron los bots virtuales con CTRNNs como controladores de los personajes no controlados en el marco del juego Unreal Tournament 2004. Se mostraran algunos experimentos que miden cuán buena es una CTRNN cuando el bot tiene que resolver problemas de movilidad y localizar obstáculos a lo largo de su trayectoria. Como se puede observar, el sistema presenta la capacidad de evitar los obstáculos en entornos no estructurados de UT2004.

Palabras clave: redes neuronales, videojuegos, CTRNNs, bots.

Somatic MarkerBot - Bots with artificial emotions based on CBR and the theory of DamasioAbstractEvolutionary robotics (ER) is a methodology that uses evolutionary computation to develop controllers for autonomous robots. One of the most important ER techniques is based on using Continuous-Time Recurrent Neural Network (CTRNNs) for designing virtual agents and videogame avatars. This methodology is used in a videogame field in this paper. Specifically, virtual bots were designed with CTRNNs as the controllers of the non-player characters in the framework of the Unreal Tournament 2004 game. Some experiments that measure how good a CTRNN is when the bot has to solve roving problems and localizing obstacles along its path will be shown. As it can be noticed, the system presents the ability of obstacle avoidance in unstructured UT2004.environments

Key words: neural networks, videogames, CTRNNs, bots.

Cómo citar este artículo:Olmos Lanzeta J., Glez Bedia M., Castillo L.F., Isaza G.A., Arango J. (2015). Somatic MarkerBot - bots con emociones artificiales basados en CBR y la teoría de Damasio. Revista Vector, 10: 96-105.


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que surjan comportamientos básicos en un bot. Por un lado, se busca un modelo en el que emerja la capacidad de navegación y evasión de obstáculos en el entorno no estructurado de UT2004; se puede definir como un entorno no estructurado a aquellos entornos donde no es viable que un agente pueda disponer de un mapa por lo complejo o lo cambiante del mismo (Arkin, 1998). Por otro lado se busca que emerja la capacidad de perseguir, localizar y seguir trayectorias de bots enemigos en movimiento. Unreal Tournament 2004, también conocido como UT2004 o UT2K4, es un videojuego de acción en primera persona principalmente orientado a la experiencia multijugador cuyo objetivo varía según el modo de juego elegido, pero que en todos los casos incluye el uso de la violencia (virtual, por supuesto) para conseguirlo. Unreal Tournament 2004 es parte de la serie Unreal y fue codesarrollado por Epic Games y Digital Extremes y publicado por Atari.

2. Herramientas y fundamento teórico

Herramientas utilizadas

Para la implementación de los bots se ha utilizado el videojuego Unreal Tournament 2004 junto con la ampliación Gamebots 2004 (que permite ejecutar bots en el videojuego) y la plataforma Pogamut 3 (que permite programar al agente virtual en el lenguaje de programación Java (utiliza JDK 6), así como conectarlo y recibir información del videojuego mediante un plugin para Netbeans 6.9.1). El programa UnrealED, incluido en la instalación del videojuego, fue utilizado para el diseño de mapas adecuados para cada experimento. En cuanto a la evolución de redes neuronales, se estudió la utilización de la plataforma universitaria Condor como herramienta para poder lanzar servidores en varios ordenadores y paralelizar así las numerosas simulaciones necesarias. De esta manera, se habría reducido drásticamente el tiempo necesario para la convergencia de los algoritmos genéticos. No obstante, Condor no está preparada para soportar servidores. También se contempló la posibilidad de utilizar plataformas como ANJI (la cual aplicaba el algoritmo NEAT que no solo evoluciona los pesos de los distintos parámetros de la red, sino también su topología) o JGAP; ambas, para programar algoritmos genéticos aplicados a redes neuronales en Java. La primera de ellas fue desechada debido a que se estimó que el tiempo requerido por el algoritmo NEAT habría sobrepasado las limitaciones de tiempo para este proyecto.

Por su parte JGAP fue desechado por estar diseñado únicamente para evaluaciones rápidas debido a que

aumentaba enormemente el tamaño de cada población de individuos, algo inviable para evaluaciones que pueden durar hasta un minuto tal como ocurre en este caso. Además, ninguna de ellas era compatible con redes neuronales dinámicas. Se tomó, por tanto, la decisión de diseñar módulos propios para la evolución de las CTRNNs.

Evolución redes neuronales dinámicas

Entre la comunidad que estudia los agentes autónomos existe un interés creciente en el uso de redes neuronales dinámicas para controlar el comportamiento de agentes (Chandrasekaran, 2013) y en la evolución de dichas redes (Collins & Jefferson, 1991; Werner, 1991; Beer & Gallagher, 1992; Spiessens & Torreele, 1992; Cliff, Husbands & Harvey, 1993). Estos trabajos, entre otros, han mostrado que la combinación de algoritmos genéticos y redes neuronales es una técnica muy interesante para desarrollar estructuras de control en agentes autónomos. Como contra, el tiempo necesario para la evolución es la limitación más importante que parece mostrar el enfoque evolutivo.

Redes neuronales

El uso de las redes neuronales en el área conocida como robótica evolutiva es predominante. Sus ventajas principales son su resistencia al ruido, su capacidad de interpolación, el paralelismo, su capacidad para modelar sistemas dinámicos en el caso de las redes neuronales recurrentes y dinámicas, así como la buena respuesta a su evolución mediante algoritmos genéticos; siendo por ambos mecanismos donde ‘emerge’ el significado de sus acciones. Por otro lado, lo habitual es que la actualización de las neuronas sea síncrona (lo apropiado cuando la tarea de la red neuronal es el reconocimiento y clasificación de patrones); pero cada vez con más frecuencia se usan redes neuronales que utilizan el tiempo como uno de los múltiples soportes de la información que procesan, ya que una de las características que se deben extraer consiste en la relación temporal de otras características. Su funcionamiento es totalmente asíncrono, con unas conexiones interneuronales que producen retardos en las entradas de las neuronas. Hay otros modelos donde las neuronas son planteadas como sistemas dinámicos continuos y por lo tanto su comportamiento se describe con ecuaciones diferenciales (Beer, 1995).

Hipótesis del marcador somático de Damasio

Antonio Damasio, en su libro El error de descartes, intenta demostrar que las emociones forman parte

Javier Olmos Lanzeta et al. / Vector 10 (2015) 96-105

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del razonamiento; lo que sería, según él, “una racionalidad de las emociones”. Damasio intenta dar explicación a los comportamientos de algunos de sus pacientes que han sufrido daños en el lóbulo central. Estos no muestran ningún signo de emoción ante situaciones sensibles o trágicas por lo que, aunque conservan todas sus facultades cognitivas, pierden la capacidad para tomar decisiones. Damasio llega a la conclusión de que “la defectuosa capacidad de toma de decisiones se debe a la ausencia de emociones”, registrando evidencias experimentales acerca de comportamientos nada exitosos por parte de estos sujetos, en dos aspectos principalmente: (i) emplean, irracionalmente, cantidades de tiempo desmedidas en tareas triviales; (ii) toman malas decisiones ―en vez de retrasarlas― por la falta de motivación que manifiestan sus representaciones mentales sobre estados futuros.

Damasio desarrolla el modelo de “marcadores somáticos” para explicar, desde un punto de vista neurofisiológico, el porqué del comportamiento de sus pacientes. Su “hipótesis del marcador somático” propone que la participación emocional en el proceso de deliberación práctica y toma de decisiones, lejos de constituir una interferencia perturbadora, es más bien una condición de posibilidad del mismo. Si nuestra deliberación práctica tuviese que desarrollarse según los criterios de la teoría de la decisión, no podríamos tomar decisiones adecuadas en situaciones de urgencia debido a la complejidad del cálculo requerido y al gran número de cursos de acción alternativos a evaluar. Sin embargo este número es drásticamente reducido, según Damasio, por la participación de las emociones en la selección de alternativas que serán tenidas en cuenta.

La idea de Damasio, de que las emociones ayudan a realizar una selección previa, ha generado una corriente de investigaciones que buscan la manera más eficiente de modelar las emociones artificialmente. Estas investigaciones se centran en situaciones donde la racionalidad no funciona tan rápido como se desearía o, incluso, en situaciones en las que no es necesario racionalizar completamente para tomar una decisión. Para aplicar esta hipótesis existen técnicas que se ajustan perfectamente que, tal como el caso de los sistemas de razonamiento basados en casos, pueden usarse para ver cómo las emociones reducen las opciones antes de tomar una decisión.

Razonamiento basado en casos (CBR)

Kolodner (Miller & Cliff, 1994) propuso en la década de los 80 un modelo de razonamiento conocido como “sistema de razonamiento basado en casos” (Arkin, 1998). Este modelado se caracterizaba por superar

algunos de los problemas que afectaban a los sistemas expertos. En lugar de basarse exclusivamente en el conocimiento general del dominio de un problema, se utiliza el conocimiento específico de experiencias previas en situaciones concretas. Un sistema de razonamiento basado en casos, fundamentalmente, resuelve un problema por medio de la adaptación de soluciones dadas con anterioridad a problemas similares.

Un sistema CBR típico está compuesto por cuatro etapas secuenciales que se invocan siempre que sea necesario resolver un problema (Collins & Jefferson, 1991). La figura 1 muestra el ciclo de vida de un sistema de razonamiento basado en casos clásico, donde las cuatro etapas del proceso son:

Figura 1. Ciclo de vida de un CBR.

Al igual que otros mecanismos de resolución de problemas, el objeto de un sistema CBR es el de encontrar la solución a un problema determinado. La misión del algoritmo de recuperación consiste en buscar en la memoria del sistema y seleccionar aquellos ejemplos más similares (junto con sus soluciones) al problema presente. Los casos (problema-solución) seleccionados son reutilizados para generar una solución. Si es posible, la solución se revisa y finalmente se crea un nuevo caso que se almacena en la memoria del sistema. Los casos almacenados en la memoria pueden ser eliminados o modificados, pudiendo crearse nuevos casos a través de la mezcla de características de otros ya existentes.

La intervención humana puede ser necesaria a lo largo del ciclo de vida de un sistema CBR, especialmente en las dos últimas fases del ciclo (revisión y retención). Este hecho supone uno de los


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mayores inconvenientes de esta metodología, por lo que ha sido señalado como un gran inconveniente por sus detractores. En ocasiones se elimina esta fase para la automatización completa del sistema.

La aplicación de sistemas CBR a videojuegos está empezando a dar sus frutos a la hora de crear comportamientos para NPC (Non Player Character) más realistas. Principalmente, se están haciendo investigaciones en juegos RTS puesto que estos consiguen aprovechar mucho mejor el ciclo de vida de un sistema CBR. El mayor problema que tenían las técnicas tradicionales de inteligencia artificial con este tipo de juegos era su amplio espacio de búsqueda para decidir qué acción tomar en un momento dado. Con los sistemas CBR se consigue reducir este problema al extraer de jugadores expertos sus conocimientos y convertirlos en casos. Algunos de los juegos en los que han sido probadas estas técnicas (la mayoría son juegos RTS) son WARGUS (Werner, 1991; Beer & Gallagher, 1992; Spiessens & Torreele, 1992), C-evo (Cliff et al., 1993), RoboCup (no es un videojuego en sí mismo) (Miller & Cliff, 1994) y Monopoly (Beer, 1996).

Técnicas y herramientas desechadas

A continuación se van a comentar brevemente algunas de las técnicas, herramientas o proyectos anteriores que se han consultado para su posible utilización; pero por diversos motivos no han si utilizados para el posterior desarrollo del bot.

ALMA6: es un modelo para el manejo de emociones que, unido a Pogamut, intenta dar un comportamiento emocional al bot dividiendo su comportamiento en emociones, estados de humor y personalidad. Aunque la idea es interesante no se consideró como un camino a seguir.

Posh7: otra de las técnicas consultadas para determinar los comportamientos. En este caso POSH (Parallel-rooted, Ordered Slip-stack Hierarchy) es una arquitectura que interpreta planes dinámicos

(planificación reactiva). En este caso se desechó porque era más interesante el uso de árboles a la hora de controlar el comportamiento del bot, en lugar de planes de rutas que es lo que propone este sistema.

jColibri28: es un framework orientado a objetos, el cual facilita la construcción de sistemas de razonamiento basados en casos (CBR). Principalmente, proporciona el esqueleto de un sistema CBR para poder integrarlo en cualquier aplicación que se quiera crear basada en un sistema CBR. El problema de usar este framework es que el sistema compuesto por UT2004, GameBots 2004 y Pogamut obliga a modificar el concepto clásico de un CBR y adaptarlo a las posibilidades ofrecidas.

3. Descripción del modelo

Después de verificar el funcionamiento del entorno y cómo se puede crear cualquier bot, en este apartado se van a comentar los aspectos concretos relacionados con la creación del Somatic MarkerBot; bot basado en un sistema CBR para modelar la hipótesis de marcadores somáticos; por lo que se definirán las condiciones que van a tener la partida, la base de casos, las variables de entorno elegidas para controlar el bot, las funciones que lo hacen mover y los comportamientos que tiene asociados; en suma, la descripción del modelo utilizado.

Condiciones de partida: aunque no es algo que forme parte del desarrollo del bot y sí de las pruebas que posteriormente se realizan, lo primero antes de empezar a crearlo es constatar cuales son las condiciones generales de la partida sobre las que se van a hacer dichas pruebas o experimentos. En la tabla 1 se muestran los 8 niveles que pueden tener los rivales, en la tabla 2 los 29 tipos de mutadores�1 existentes y en la tabla 3 todas las condiciones que se pueden configurar a la hora de crear el servidor. Es importante definir correctamente estas condiciones porque afectan al desarrollo de las pruebas, especialmente al comportamiento del bot.

Tabla 1Nivel de experiencia del bot

Novato Aventajado Experimentado HabilidosoAdicto Maestro Inhumano Invencible


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Tabla 2Mutadores del juego UT2004

AirControl MutBonusVehicles Super BerserkArena No Adrenaline Tranquilliser GunsBigHead No SuperWeapons UDamage RewardsBonus Combos Onslaught Weapons UT ClassisGBHUDMutator PathMarkerMutator UT2003 StyleGBNoWeaponMutator QuadJump UTV2004SInstaGib Regeneration VampireLightning Guns Slow Motion Corpses Vehicle PickupsLowGrav Sniper Rifles Zoom InstaGibSpecies Statistics

Tabla 3Condiciones que se pueden configurar

Condición Máximo Elegido ¿Por qué?

Número de participantes 32 4

Suficiente número de participantes para no sobrecargar el sistema y para tener siempre enemigos visibles.

Niveles del bot 8 3 Nivel “jugador experimentado”, es un nivel adecuado a la mayoría de jugadores típicos del juego.

Autoajustar nivel SI/NO NO Para los resultados será mejor no tener unos enemigos que varíen su calidad.

Permiso de recoger armas SI/NO SI Cualquier arma del escenario puede ser recogida.

Puntos objetivo 999 25 Menos de 15 puntos son partidas muy rápidas y poco aclaratorias. Más de 40 son partidas redundantes.

Tiempo de juego 999 min 30 min Para el número de puntos objetivo los 30 minutos son más que suficientes.

Protección al renacer 30.0 s 2.0 s Tiempo invulnerable recién renacido (sino dispara). Da tiempo a un

primer movimiento, pero no permite coger armas con seguridad.Color de los equipos SI/NO NO En una partida DeathMatch no es necesario.Arrojar armas SI/NO SI Puede tirar el arma si interesa.Agitar armas SI/NO SI Los disparos del arma tienen vibraciones.

Translocador inicial SI/NO NO Las únicas armas iniciales son la shield gun (para protegerse) y el assault rifle (para atacar).

Sarcasmo SI/NO NO No es necesario.

Mutadores 29 0 Complica el nivel de la partida y las posibilidades, por lo que se prescinde de ellos, ya que en las partidas normales no existe ninguno.

El primer problema viene dado por los tiempos de ciclo irregulares (a pesar de que es posible configurar de forma manual), ya que cada determinado tiempo GameBots debe lanzar sus comandos de acción; lo cual viene predefinido a 0,25 segundos, es decir, 4 acciones por segundo; así la mala gestión por parte de Pogamut 3 provoca alternancias entre dos valores. El más habitual es un tiempo de ciclo irregular entre más de 0,4 segundos y menos de 0,5, al igual que es posible que en alguna ocasión se produzca un tiempo de ciclo irregular inferior a 0,25 segundos.

Somatic MarketBot: al plantear la idea de usar los CBR como la estructura para representar los marcadores somáticos en la teoría de Damasio, en un juego como UT2004, lo más natural es encontrarse problemas que impidan desarrollar la metodología de manera exacta a como se plantea teóricamente; por ello el sistema CBR propuesto en este proyecto varía sobre el original. La figura 2 muestra las diferencias entre lo que se puede considerar un CBR clásico y lo que sería el CBR modificado para adaptarse al UT2004. En general, no hay grandes diferencias conceptuales.


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Figura 2. CBR clásico vs CBR UT2004.

Para un CBR, el elemento principal es la estructura del caso y en nuestro ejemplo está caracterizado en la tabla 4.

Tabla 4Estructura de caso de estudio

Variables de entorno: informan cómo está el juego en un momento determinado.Comportamiento: forma de actuar que tuvo el bot en ese momento. Se guarda una asignación al comportamiento, por lo que no es posible modificar los comportamientos en tiempo real.Adaptabilidad: valor que simula el marcador somático de Damasio, indicando lo buena o mala que es la relación entre variables de entorno y comportamiento en un caso particular. Con este valor, se puede simular el concepto de emoción a la hora de elegir una opción tal como propone Damasio. Las parejas “variables de entorno-comportamiento” que hayan sido negativas para el bot en su ejecución bajarán su valor de adaptabilidad discriminándolas antes de tenerlas en cuenta en futuras situaciones. Y las que hayan sido positivas aumentarán su valor, estando siempre en la parte superior de la base de casos, consiguiendo que siempre el bot las tenga en cuenta; aunque luego, al deliberar, elija otra de menor valor pero más adecuada a la situación real.

La principal diferencia con el CBR típico es que los casos son introducidos inicialmente debido a problemas en la creación de comportamientos en tiempo real y solo se modifica el valor de adaptabilidad; en ningún momento se crea un nuevo caso mezcla de otros anteriores, ni se repara un caso creado, ya que estos no se modifican.

Al no permitir que los casos se creen en tiempo de ejecución, el bot necesita un amplio conjunto de comportamientos variados para facilitar su adaptación a diversas situaciones y que dichos comportamientos vayan ordenándose según avanza el bot en la partida.

Comportamientos: son los que permiten al bot adaptarse y actuar de diversas maneras (que pueden ser mejores o peores en función de la situación en la que se encuentre). Los comportamientos se han creado en forma de árbol (figura 3) y dependiendo de las condiciones de la partida, el árbol binario 1 discurre por una rama u otra; actuando de la mejor manera posible. En las hojas de cada comportamiento están las llamadas “acciones simples”. El tamaño de los árboles es variable entre cuatro y cinco niveles.

Figura 3. Árbol binario.

4. Modelos propuestos

Se han definido dos modelos para que emerja la capacidad de navegación y evasión de obstáculos en el entorno no estructurado.


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Modelo 1

Dada la dificultad que el algoritmo genético parece tener, a saber: que un bot aprenda por sí mismo a evitar obstáculos y explorar el entorno caminando en línea recta (siempre que le sea posible) debido a los tiempos de ciclo y la limitación en el tamaño de las redes neuronales establecidos por Pogamut 3, en este primer modelo se pretende buscar alternativas al diseño del bot que permitan adaptarlo al entorno del videojuego UT2004. Para ello, se ha establecido un diseño donde la red neuronal recibe una pequeña ayuda externa a la hora de modelar su comportamiento. Dado que la tarea problemática es la de caminar en línea recta para evitar los obstáculos, este modelo reseteará la red neuronal al final de cada evasión. Dicho de otra manera, el bot será autosuficiente en la tarea de explorar el entorno y evitar los obstáculos que encuentre en su camino; pero una vez concluida esta tarea, es decir, en el momento en que todos sus sensores vuelvan a tener un valor 0, la red neuronal se reseteará y volverá a comenzar el proceso de exploración del entorno. A pesar de que el ideal sería que la red aprendiese a realizar este comportamiento por sí misma, parece improbable para la velocidad del bot y los tiempos de ciclo actuales tal como se ha visto hasta ahora. En el siguiente modelo se puede ver qué ocurriría si dichas condiciones fueran cambiadas. Debido a que el comportamiento de caminar en línea recta ha dejado de ser un comportamiento emergente, la función ‘fitness’ ya no es necesaria. Se retorna por lo tanto a una función ‘fitness’ basada en el comportamiento, que es implícita y que utiliza variables externas tal como se pretendía en primera instancia. La función ‘fitness’ es la que se muestra en la siguiente ecuación.

(1)

La variable numCiclos indica el número total de ciclos vividos por el bot y numColisiones indica el número de ciclos en los que el bot ha sufrido o

permanecido en contacto con un obstáculo. Mediante esta función podemos conocer, por tanto, el porcentaje de ciclos en los que el bot ha entrado en colisión; siendo el mejor bot aquel que menos colisiones sufre a lo largo de su tiempo de vida. Los resultados de la función ‘fitness’ para el mejor experimento de entre todos los realizados para este modelo se muestran en la gráfica 1. La duración del experimento fue de 100 generaciones; las 25 primeras se dedicaron a la primera fase del experimento y fueron suficientes para llegar a un resultado óptimo; la segunda fase se alargó durante 75 generaciones más.

Gráfica 1. Resultados para la función fitness.

Según se observa en la gráfica 1, en el mejor caso del modelo 1 del experimento 1: la línea discontinua vertical muestra el paso de la fase 1 a la fase 2 del experimento; la línea azul muestra el valor obtenido por el mejor individuo de cada generación; la línea discontinua roja muestra la media de todos los individuos de cada generación.

La CTRNN obtenida como resultado tras el experimento genético, por ser la primera que alcanza un comportamiento con un porcentaje de éxito máximo, es la mostrada en la figura 4. Hay que tener en cuenta que la red es simétrica, por lo que los valores de los pesos del enlace entre la neurona de entrada 0 a la neurona de salida 1 (u01) y el enlace entre la neurona de entrada 5 y la neurona de salida 1 (u15) serán iguales.


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Figura 4. CTRNN resultado del experimento 1 del modelo 1.

Por último, en la figura 5, se muestra un ejemplo gráfico del comportamiento del bot.

Figura 5. Ejemplo gráfico del comportamiento de un bot controlado por la CTRNN del experimento 1 del modelo1.

[A] el bot localiza un obstáculo; [B] el bot reacciona y evita el obstáculo; [C] el bot ha evitado correctamente el obstáculo sin colisionar contra él y resetea su CTRNN para explorar el entorno de nuevo.

Modelo 2

En este modelo se pretende estudiar, de cara al futuro, qué podría conseguirse en caso de contar con una plataforma como Pogamut 3 que trabajase con un tiempo de ciclo de 0,1 segundos. Debido a que evidentemente no es posible reducir el tiempo de ciclo tal y como está programada dicha plataforma en la actualidad, se ha simulado este experimento

disminuyendo la velocidad del bot al 0,1 de su velocidad total. La lógica empleada para dicho cambio es la siguiente: si tenemos en cuenta la fórmula espacio = velocidad x tiempo y la aplicamos a cada ciclo, vemos que el espacio recorrido en cada ciclo depende de la velocidad del bot por el tiempo de duración de dicho ciclo. Si en lugar de disminuir el tiempo de ciclo disminuimos la velocidad, el espacio recorrido por el bot ―y el número de ciclos en qué consistirá el proceso de evitar obstáculos― será el mismo que el del bot a la velocidad de los experimentos anteriores con un tiempo de ciclo de 0,1 segundos. Ya que el hecho de caminar en línea recta tras haber evitado un obstáculo debe ser un comportamiento que emerja del propio bot,


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la función ‘fitness’ para este modelo es la mostrada en la siguiente ecuación.

Donde V es la suma de las velocidades de los motores, Δv es el valor absoluto de la diferencia algebraica entre los valores de velocidad de los motores, e i es el mayor de los valores devueltos por los sensores. Esta función se evalúa en cada ciclo y el resultado es la suma de todos ellos dividido por el número total de ciclos. Mediante la cual se pretende que el bot se desplace en línea recta siempre que sea posible gracias al factor (1-√ (Δv)), que devolverá valores cercanos a 1 cuanto menor sea el giro y cercanos a 0 en casos donde el giro sea mayor y evite los muros gracias al factor (1 − i). Los resultados de la función ‘fitness’ para el mejor experimento de entre todos los realizados para este modelo se muestran en la gráfica 2.

Gráfica 2. Resultados para la función fitness en el mejor caso del modelo 2 del experimento.

La línea discontinua vertical muestra el paso de la fase 1 a la fase 2 del experimento. La línea azul muestra el valor obtenido por el mejor individuo de cada generación. La línea discontinua roja muestra la media de todos los individuos de cada generación.

El hecho de que el bot con mejor valor ‘fitness’ no supere valores del 80 %, se debe a que el bot debe girar al encontrar un obstáculo y los sensores devuelven valores mayores que 0 al localizarlos. Por otro lado el hecho de que el valor ‘fitness’ sea menor al pasar de la fase 1 a la fase 2 del experimento, se debe a que el número de obstáculos es mayor en este último. La CTRNN obtenida como resultado tras el experimento genético es la mostrada en la figura 6. Al igual que en el modelo anterior hay que tener en cuenta la simetría de la red.

Figura 6. CTRNN resultado del experimento para el modelo 2.

5. Conclusiones

Las limitaciones en el software y el hardware actuales pueden ser un gran impedimento en la emergencia de comportamientos de navegación para agentes virtuales en los videojuegos actuales. Como se ha visto para el modelo 1, la aplicación de estas técnicas hoy en día requiere de cierta necesidad de toma de decisiones por parte del programador. Sin embargo como ha demostrado el modelo 2 a medida que el hardware evolucione y podamos contar entre otras cosas con unidades de procesamiento dedicadas exclusivamente a la IA, la posibilidad de utilizar redes más complejas y realizar más acciones por segundo permitiría obtener redes neuronales con mayor capacidad para la navegación en entornos no estructurados. Otra opción es la de reducir el potencial gráfico de los juegos en pos del procesamiento de la IA, algo muy interesante desde el punto de vista científico pero con poco interés comercial dada la situación actual del mercado por lo que queda fuera del alcance de este artículo.

Agradecimientos

Al Departamento de Sistemas y Computación de la Universidad de Zaragoza y al Departamento de Sistemas e Informática de la Universidad de Caldas.


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Referencias

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1. Introducción

De acuerdo con la OIT (2010), el turismo médico es la práctica de cruzar la frontera de un país para obtener cuidado médico. Según la misma organización, este nuevo segmento es parte de una oferta central en países tales como Colombia, Costa Rica, Estonia, Hungría, India, Jordania, Kenia, Letonia, Lituania, Malasia, Polonia, Tailandia y Túnez. Se trata de un fenómeno social y económico que crece en forma acelerada. Se estima que para el año 2017 cerca de 16 millones de pacientes de Estados Unidos recibirán algún tipo de atención por fuera de su país; y que, en términos monetarios, estos servicios habrán significado unos 373 mil millones de dólares. Un cambio importante en el flujo de pacientes internacionales ha provocado que a diferencia de otras épocas en que los pacientes

viajaban desde países menos avanzados hacia los más avanzados, ahora el flujo se da en ambos sentidos; generando nuevas oportunidades en países de menor desarrollo relativo (Gill y Singh, 2011).

El turismo médico es uno de los segmentos de mayor crecimiento en la industria turística mundial (Heung et al., 2011). De acuerdo con Bookman y Bookman (2007), un país puede adquirir una ventaja competitiva en el turismo médico potenciando factores no vinculados a los aspectos médicos tales como la proximidad o la facilidad del viaje. Se entiende que la facilidad del viaje tiene que ver con la infraestructura, rutas, frecuencias, pero también con el confort del destino. Gill y Singh (2011) subrayan la importancia de la calidad de los hoteles y de la gastronomía local como uno de los elementos a considerar por un eventual pasajero médico. La industria del turismo médico es una industria extensa y que involucra actores muy diversos, según se describe en la Figura 1 (Lunt et al., 2011).

Vector 10 (2015) 106 - 110ISSN 1909 - 7891

Infraestructuras y turismo de salud: desafíos de la industria hotelera

Agustin Arieu*

Escuela de Negocios Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional General Pacheco. Swiss Medical Group. Cámara Argentina de Turismo Medico


* Autor de correspondencia.* E-mail: [email protected] (A. Arieu)

ResumenLa consolidación del rubro salud como segmento turístico genera oportunidades para los actores de esta industria, en especial para la industria hotelera; la cual requerirá de ciertas adecuaciones particularmente en términos edilicios y de servicio.

Palabras clave: turismo médico, hotelería, seguridad del paciente, medicina internacional, salud.

Infrastructure and health tourism: Challenges for the hotel industryAbstractThe consolidation of healthcare as a tourism segment creates opportunities for this industry actors, especially for the hotel industry, which will require certain adjustments, especially in architectural and service terms.

Key words: medical tourism, hotel industry, patient safety, international medicine, health

Cómo citar este artículo:Arieu A. (2015). Infraestructuras y turismo de salud: desafíos de la industria hotelera. Revista Vector, 10: 106-110.


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Figura 1. Diagrama del turismo médico.

De acuerdo con un estudio realizado por la Organización Internacional del Trabajo (2010), es posible identificar las siguientes tendencias (y desafíos) principales dentro del sector de la hotelería y el turismo: envejecimiento de la población y cambio demográfico; migración internacional de trabajadores; relevancia de los países emergentes; turismo médico y de bienestar; mayor uso de tecnologías de la información e Internet; cambio climático; diversificación de los productos turísticos.

Resulta importante señalar el destacado papel de la salud dentro de estas mayores tendencias; lo cual tiene que ver con las necesidades de una población más envejecida que requiere de un servicio distinto, el desarrollo del segmento del turismo médico en forma más explícita, pero también la creación de nuevos conceptos como spas y residencias médicas.

Han y Hwang (2013) señalan que la oferta de servicios médicos en establecimientos hoteleros incrementa su atractivo para un tipo de pasajero internacional que busca realizar un viaje por motivos de salud y en tal sentido cualquier región que busque ser competitiva en este segmento turístico debe prestar atención en ofrecer un servicio focalizado en las necesidades de los pacientes.

El propósito de esta publicación es explorar los efectos que el turismo médico pueda tener en la industria hotelera en general y la adecuación de los establecimientos a este nuevo tipo de demanda en particular.

2. La industria de la salud y su incidencia en el sector hotelero

Puede observarse la existencia de una mayor vinculación entre la industria hospitalaria y la hotelera. Los grandes hospitales atraen a pasajeros que pueden provenir de largas distancias, incluso desde el exterior; lo cual obliga al pernocte del propio paciente, familiares o acompañantes.

Toda la infraestructura de la industria turística (agencias, aerolíneas, hoteles y taxis) puede beneficiarse de este nuevo nicho. Especialmente debido a que una parte importante de los pacientes tienen períodos largos de recuperación, por lo que el beneficio para el turismo es importante; aunque en una mayor medida para la industria hotelera (Connel, 2006).

Estudios recientes muestran el impacto que importantes instituciones de salud poseen en sus ciudades respectivas, por ejemplo: la Mayo Clinic

Agustin Arieu / Vector 10 (2015) 106-110

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en Rochester, Cleveland Clinic en Cleveland o Johns Hopkins Hospital en Baltimore. En el caso de Rochester, esta ciudad demuestra una importante especialización en el rubro salud con una tasa de empleo superior al 20 % para este sector, generando una muy significativa afluencia de pacientes de otras regiones, haciendo que el segmento de mayor ocupación hotelera en la ciudad sea justamente el de pasajeros por motivos de salud; lo que adicionalmente conlleva a una tasa de ocupación para dicha región superior a la media nacional y a la vez con tarifas más altas (Miszczyk, 2013).

A partir de esta nueva perspectiva que trae la salud al sector hotelero, muchos proyectos de inversión en este rubro presentan un marcado acento en los servicios vinculados a la salud. Por ejemplo: en Hungría, la Agencia de Inversiones y Comercio en un informe del año 2014 presenta algunos proyectos de este tipo entre ellos el Premium Health Park Kapuvar el cual consiste en la construcción de 2 hoteles de 5 y 4 estrellas, una villa médica de 50 departamentos y un complejo terapéutico y spa con una inversión de más de 60 millones de euros, en cercanías a Viena, Budapest y Austria. Aprovechando la ventaja local de sus aguas termales, este emprendimiento plantea orientarse a un target comercial de aproximadamente 400 mil personas que sufren algún tipo de enfermedad vascular en Hungría y más de 60 millones de personas en toda Europa. Desde el punto de vista de los tratamientos se plantea una colaboración con el hospital público de Kapuvar. Con una inversión superior a los 50 millones de euros Hungarian Mansion Hotel Chain se plantea como un desarrollo similar, orientado a turistas médicos en búsqueda de rehabilitación y wellness que valoran además el lujo y la exclusividad. En Miami, el grupo inversor Omega Grid planea construir un hotel médico con un foco casi exclusivo en pacientes, buscando lograr una alta ocupación a través de alianzas con los hospitales de la zona (Miami Dade College Medical Center Campus, Holtz Children’s Hospital, Jackson

Memorial Hospital y University of Miami Hospital). En Cancún, con 100 habitaciones y ubicado cerca de uno de los hospitales más destacados de la región ―el hospital Galenia, que es el único de tercer nivel en el Estado de Quintana Roo, contando con certificación de Joint Commission―, el hotel Four Points by Sheraton es el reflejo de esta nueva tendencia dentro de una importante cadena multinacional como lo es Starwood; encontrándose apalancado por una inigualable ventaja competitiva natural y un excelente nivel de servicios médicos. En Argentina, varios hoteles integran ya la Cámara Argentina de Turismo Médico; manifestando un fuerte interés por desarrollar este segmento.

3. Perfil del pasajero médico e implicancias para su alojamiento

Los principales factores que impulsan a un paciente a trasladarse hacia otro país a fin de recibir atención médica están relacionados con el costo, las esperas, la calidad médica, la reputación de las instalaciones y la disponibilidad de opciones de tratamiento en el destino. Además el perfil esperado de un pasajero médico suele ser el de un hombre no muy mayor, de ingresos medios o bajos, con cobertura médica limitada en su país y con un compromiso en su salud moderado, sin riesgo de vida inminente (Guy et al., 2015).

Desde un punto de vista ergonómico, las características físicas de un pasajero con fines médicos generan una serie de requisitos adicionales de alojamiento. Ya sea en instancias pre, posquirúrgicas o de rehabilitación, este tipo de pasajeros normalmente demandará infraestructuras y servicios usualmente no contemplados. A efectos de determinar cuáles y qué importancia relativa tiene cada uno, se consultó con médicos especialistas de la organización Swiss Medical Center y se realizó una ponderación siguiendo la metodología de Brown y Gibson de comparación por pares.


[ 109 ]

Figura 2. Ponderación metodología Brown y Gibson.

A partir de este estudio, desde el punto de vista de la infraestructura, se pueden mencionar los siguientes elementos ordenados de mayor a menor importancia relativa: cama de acompañante; desfibrilador automático (DEA); habitación con baño para discapacitados; cama del paciente que permita la circulación lateral por ambos lados e idealmente de tipo hospitalaria; teléfono en habitación y baño; rampa en todos los sectores de la habitación y espacios comunes; puertas de habitación y baño de dimensiones adecuadas para la circulación con silla de ruedas; timbre de emergencias; ascensor con dimensiones adecuadas; sistemas contra incendio con doble puerta en pasillos; sector del hotel para pacientes y mostrador exclusivo.

Respecto de los servicios, también en orden de importancia tenemos: área protegida médica; servicio de enfermería; servicio de cuidador; housekeeping 24 x 7; personal acreditado en RCP; servicio de dietas especiales; concierge médico; personal shopping; asistencia con silla; checkin y checkout express y estética personal.

4. Conclusiones

El turismo médico es un segmento que seguirá creciendo a un ritmo importante. La industria hotelera, como parte de la cadena de valor de esta industria, buscará adaptarse a las necesidades particulares de este tipo de pasajeros. En el corto plazo es esperable que las cadenas de hoteles consideren al segmento como parte de un mix; mientras que en el mediano plazo se desarrollarán proyectos enfocados casi con exclusividad al mismo, en la mayoría de los casos asociados a una organización de salud que considere al hotel como una extensión de su propia infraestructura de servicios.

Desde el punto de vista de la gestión, la adaptación a este tipo de pasajeros se traduce en la incorporación de infraestructuras y servicios. Los primeros asociados fundamentalmente a cuestiones de movilidad, seguridad y acompañamiento. Los segundos enfocados fundamentalmente a cobertura de emergencias y una atención más personalizada.

Agustin Arieu / Vector 10 (2015) 106-110

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Sería interesante, desde el punto de vista de la investigación, profundizar en aspectos vinculados con la capacitación del recurso humano y la adaptación edilicia tanto para desarrollos hoteleros nuevos como para la adaptación de instalaciones ya existentes. Asimismo, explorar los encadenamientos productivos y la incorporación de esta temática en la elaboración de planes estratégicos urbanos.

Referencias

Bookman, M., Bookman, K. (2007). Medical Tourism in Development Countries. Palgrave Macmillan: New York.

Connel, J. (2006). Medical tourism: Sea, sun, sand and y surgery. Tourism Management, 27 (6): 1093-1100.

Gill, H., Singh, N. (2011). Exploring the Factors that Affect the Choice of Destination for Medical Tourism. Journal of Service Science and Management, 4: 315-324.

Guy, B, Nevins, J., Dotson, M. (2015). Characteristics of consumers likely and unlikely to participate in medical tourism. International Journal of Healthcare Management, 8 (2): 68-76.

Han, H., Hwang, J. (2013). Multi-dimensions of the perceived benefits in a medical hotel and their roles in international travelers’ decision-making process. International Journal of Hospitality Management, 36: 100-108.

Heung, V., Kucukusta, D., Song, H. (2011). Medical tourism development in Hong Kong: An assessment of the barriers. Tourism Management, 32: 995-1005.

OIT. (2010). Developments and Challenges in the hospitality and tourism sector. Disponible en: http://www.ilo.org/wcmsp5/groups/public/@ed_norm/@relconf/documents/meetingdocument/wcms_166938.pdf. [Consulta: 1 de febrero de 2016]

Lunt, N. et al. (2011). Medical Tourism: Treatments, Markets and Health System Implications: A scoping review. OECD. Directorate for Employment, Labour and Social Affairs. Disponible en: http://www.oecd.org/els/health-systems/48723982.pdf. [Consulta: 1 de febrero de 2016]

Miszcyk, A. (2013). Medical Metropolis: The impacts of the healthcare industry on Rochester, Minnesota. Disponible en: http://digitalcommons.macalester.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1033&context=geography_honors. [Consulta: 1 de febrero de 2016]

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INSTRUCCIONES PARA LA PUBLICACIÓN DE ARTÍCULOS

La revista VECTOR, órgano de difusión de los saberes de la comunidad ingeniería global, le hace una cordial invitación, para que sea partícipe de la construcción de este proyecto, mediante el envío de artículos para su publicación con la siguiente topología:

1) Artículos producto de investigaciones científicas o tecnológicas: presentación detallada de resultados originales de proyectos de investigación.

2) Artículo de revisión: Documento resultado de una investigación donde se analizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones, publicadas o no, sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuenta de los avances y las tendencias de desarrollo. Se caracteriza por presentar una cuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias.

3) Artículo corto: Documento breve que presenta resultados originales preliminares o parciales de una investigación científica o tecnológica, que por lo general requieren de una pronta difusión.

4) Reportes de caso: Documento que presenta los resultados de un estudio sobre una situación particular, con el fin de dar a conocer las experiencias técnicas y metodológicas consideradas en un caso especifico. Incluye una revisión sistemática comentada de la literatura sobre casos análogos.

ESTRUCTURA DEL ARTÍCULO

Los artículos producto de investigaciones científicas o tecnológicas, para ser considerados por el comité editorial para su posible publicación en la revista VECTOR, deberán contar con la siguiente estructura:

a) Titulo del artículo. Debe ser explicativo del artículo, ir escrito en letra tipo Times New Román No. 14 , negrilla y sin mayúsculas sostenidas, con un máximo de 20 palabras.

b) Información de los autores. Nombre y apellidos de los autores en letra Times New Roman No. 12. En la siguiente línea se debe indicar la dependencia y la institución en la cual trabaja cada uno de los autores iniciando con el superíndice correspondiente. En el pie de página, simbolizado por un asterisco (*), se indicará el correo electrónico del autor de correspondencia. Opcionalmente, se pueden relacionar los correos electrónicos de los demás autores. Ejemplo:

Luis Vasconcelosa, Javier Parradob, Rubén Aceroa*

a Departamento de Ingeniería, Universidad de Caldas, Calle 65 No. 26-10, Manizales, Colombiab Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Edificio 336 - Ciudadela Universitaria Meléndez,

Cali, Colombia

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En el pie de página se relaciona la siguiente información:

* Autor de correspondencia.E-mail: [email protected] (R. Acero)E-mail: [email protected] (L. Vasconcelos)E-mail: [email protected] (J. Parrado)

c) Resumen (Abstract). Debe incluirse un resumen, primero en español, y luego en inglés no mayor a 200 palabras, consistente en una presentación abreviada y precisa del contenido del documento, sin interpretaciones, críticas o juicios valorativos, pero involucrando la metodología, los resultados y las conclusiones.

d) Palabras clave. Deben presentarse cinco palabras que identifiquen los aspectos relevantes del artículo. Éstas deben ir inmediatamente después de cada resumen.

e) Introducción. Debe describir el planteamiento general del estudio, tales como: contexto, antecedentes, breve estado del arte de la temática abordada, objetivos y alcance del estudio.

f) Materiales y métodos. Se debe describir de manera concisa la metodología utilizada durante la realización del estudio objeto del artículo; por ejemplo, se deben precisar los métodos analíticos empleados, los equipos utilizados, los microorganismos usados y, en general, los aspectos más relevantes que permitan una visualización por parte del lector del enfoque metodológico aplicado. En el caso de artículos que no correspondan a investigaciones experimentales, por ejemplo artículos sobre modelación o simulación de procesos, en esta sección se debe describir el enfoque utilizado incluyendo información sobre los métodos numéricos, algoritmos y programas de computador, entre otros aspectos (si aplican); en este caso, el nombre de la sección puede modificarse.

g) Resultados y discusión. Aquí, el autor muestra de manera clara, precisa y objetiva los resultados del trabajo de investigación, valiéndose en lo posible de cuadros, gráficos, y diagramas. Asimismo, el autor evalúa sus hallazgos y determina hasta qué punto ha contribuido a la solución de la problemática descrita en la introducción. La sección de discusión se puede presentar en forma separada. En los artículos experimentales, es importante presentar la evaluación estadística de los resultados obtenidos.

h) Conclusiones. Las conclusiones principales se definen a partir de la implicación de los resultados y deben presentarse en una sección de conclusiones corta (máximo 200 palabras).

i) Referencias. Se exige que éstas se incluyan al final del artículo, ordenadas alfabéticamente, y de acuerdo con las siguientes normas:

1) Artículos de revistas

Ejemplo: Numminen K., Sipila O., Makisalo H. (2005). Preoperative hepatic 3D models: Virtual liver resection using three-dimensional imaging technique. European Journal of Radiology, 56:179-184.

2) Libros

Ejemplo: Edgar T.F., Himmelbleau D.M., Lasdon L.S. (2001). Optimization of Chemical Processes. McGraw-Hill: New York. 651 p.

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3) Secciones de Libro

Ejemplo: Madson P.W., Monceaux D.A. (1995). Fuel ethanol production. En: The Alcohol Textbook. Lyons T.P., Kelsall D.R., Murtagh J.E. (Eds.). University Press: Nottingham. pp. 257-268.

4) Informes

Ejemplo: Espinal C.F., Martínez H.J., Acevedo X. (2005). La cadena de cereales, alimentos balanceados para animales, avicultura y porcicultura en Colombia. Una mirada global de su estructura y dinámica 1991-2005. Documento de Trabajo No. 87. Observatorio Agrocadenas Colombia, Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural: Bogotá. 94 p. Disponible en: http://www.agronet.gov.co/www/docs_agro-net/200511215360_caracteri zacion_cereales.pdf.

5) Tesis doctorales o trabajos de grado.

Ejemplo: Li X. (2004). Conflict-based method for conceptual process synthesis. Tesis de Ph.D. Departamento de Tecnología Química, Lappeenranta University of Technology: Lappeenranta, Finlandia. 79 p.

6) Congresos, simposios, encuentros o similares

Ejemplo: Stadherr M.A. (1997). Large-scale process simulation and optimization in a high performance computing environment. En: Aspen World 97. Boston, MA, EUA.

7) Páginas web

Ejemplo 1: ETPI. (2003). The sugar sector environmental report. Environmental Technology Program for Industry (ETPI). Disponible en: http://www.cpp.org.pk/etpirpt/SugarSectorReport.pdfS. [Visitada en julio de 2006].

Ejemplo 2: Berg C. (2004). World Fuel Ethanol Analysis and Outlook. Murtagh & Associates. Disponible en: http://www.distill.com/World-Fuel-Ethanol-A&O-2004.html. [Visitada en noviembre 2007].

8) Patentes

Ejemplo: Maranhao L.E.C. (1982). Individual bagasse drier. Patente de Estados Unidos 4326470.

Para el manejo de las citas y referencias bibliográficas, Vector tiene a disposición de los autores un archivo de EndNote con el estilo (plantilla) requerido por las normas de la revista. Los autores pu-eden escribir un mensaje al correo electrónico [email protected] solicitando el archivo mencionado o descargarlo directamente de la página web de la revista.

PRESENTACIÓN DE ARTÍCULOS

La extensión máxima del artículo a publicar, incluyendo figuras y tablas, será de máximo 15 páginas tamaño carta con interlineado a 1,5 espacios, letra Times New Roman No. 12, a una columna. El texto deberá escribirse en MS Word, con márgenes iguales de 2,5 cm. Diferencie claramente el inicio de cada párrafo mediante una sangría de tres espacios (no utilizar un renglón vacío para diferenciar los párrafos). Los títulos de las diferentes secciones del artículo (incluyendo la introducción y las con-

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clusiones) deben ir numerados; se permiten numeraciones de los títulos y subtítulos hasta el cuarto nivel (por ejemplo, 3.1.2.4).

Las ilustraciones, gráficas, fotografías, esquemas, diagramas de flujo y cualquier tipo de material gráfico se deben etiquetar como figuras y citar en el texto de la siguiente manera: Figura 1, Figura 2, etc. Las tablas se deben citar en el texto así: Tabla 1, Tabla 2, etc. Lo anterior también aplica para los títulos de las tablas y las leyendas de las figuras. Los epígrafes (leyendas) de las figuras deben ir después de las mismas; los títulos de las tablas deben ir antes de las mismas.

Las citas bibliográficas que van en el texto del artículo deben contener solamente el primer apellido del autor (sin iniciales del segundo apellido o del nombre) seguido de una coma y el año de publicación de la correspondiente fuente bibliográfica. Cuando la fuente bibliográfica (artículo, libro, capítulo de libro, informe, patente, página web, memorias en eventos, etc.) tenga dos autores, se deberán relacio-nar los apellidos de los dos autores unidos por la conjunción “y”, seguidos de una coma y el año de publicación; si la fuente tiene tres o más autores, se debe indicar el apellido del primer autor seguido de la abreviatura “et al.” en cursiva, una coma y el año de publicación. Si se reportan diferentes fuentes de un mismo autor o autores en un mismo año, se debe agregar al final del año una letra en orden alfabético para poder diferenciarlas. Si la cita es directa, el apellido del autor no va entre paréntesis, pero sí el año; si la cita es indirecta, tanto el apellido del autor como el año van entre paréntesis. Varias citas bibliográficas se agrupan según el orden alfabético de los autores y luego por año.

Ejemplos:“De acuerdo con Smith (2003), las representaciones...”“Smith y Adams (2006) han reportado...”“Diferentes trabajos han demostrado la validez de este enfoque (Cárdenas et al., 2010; Smith, 2004a, 2004b; Taylor y Martínez, 2011)...”. El documento se debe enviar al correo electrónico: [email protected]. CUALQUIER INFORMACIÓN ADICIONAL, NO DUDE EN COMUNICARSE A: [email protected]

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GUIDE FOR AUTHORSThe VECTOR journal, as a disclosure medium of knowledge in the global engineering community, makes a cordial invitation to be a contributor in the construction of this project, by sending original manuscripts for their publication. The types of paper that can be published are as follows:

1) Research Paper: Detailed presentation of the original results of research projects.

2) Review Paper: A document where the results of published or non-published research works on a field in science or technology are analyzed, systematized and integrated with the purpose of presenting the advances and development trends. It is characterized by presenting a thorough literature review of at least 50 references.

3) Short Communication: A brief document that presents preliminary, partial or original results of a scientific or technological research, which generally requires a soon disclosure.

4) Case Study: A document that presents the results of a study on a particular situation, with the purpose of presenting technical and methodological experiences considered in that specific case. It includes a commented systematic literature review on analogous cases.

ARTICLE STRUCTURE

In order to be considered by the Editorial Board as a possible publication in the VECTOR journal, the research papers must be structured in the following way:

a) Title of the article. It must explain the article, be in the Times New Roman font No. 14, bold type and without all caps, with a maximum of 20 words

b) Authors’ information. Authors’ full name in Times New Roman font No. 12. In the next line, the affiliation of each one of the authors and the address of the institution where they work, starting with the corresponding superscript. In the footnote, symbolized by an asterisk (*), the corresponding author’s electronic mail address should be indicated. Optionally, the e-mails of the remaining authors may be linked. Example:

Luis Vasconcelosa, Javier Parradob, Rubén Aceroa*

a Department of Engineering, Universidad de Caldas, Calle 65 No. 26-10, Manizales, Colombiab College of Chemical Engineering, Universidad del Valle, Edificio 336 - Ciudadela Universitaria Meléndez,

Cali, Colombia

In the footnote, the following information should be indicated:

* Corresponding author.E-mail: [email protected] (R. Acero)E-mail: [email protected] (L. Vasconcelos)E-mail: [email protected] (J. Parrado)

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c) Abstract. An abstract must be included. It must be no longer than 200 words, and consists in a brief and precise presentation of the document, without interpretations, critics, or evaluative judgments, but concerning the methodology, the main results and the conclusions.

d) Keywords. Provide a maximum of 5 keywords to identify the most important aspects of the article. These words must be immediately after the abstract.

e) Introduction. It must describe the general proposal of the study, such as: background, brief state-of-the art on the specific thematic, and the objectives and scope of the study.

f) Materials and methods. The methodology used during the article study is due to describe in a concise way. The analytical methods that were used, the equipment, the microorganisms, and in general the most important aspects that allow the visualization by the reader of the methodological approach employed, should be presented. In the case of articles which do not correspond to an experimental research, e.g., papers about process modeling or simulation, the approach used must be described. This approach should include information about the numerical methods, algorithms, and software utilized, among other aspects (if they apply). In this case, the section name can be modified.

g) Results and discussion. Here, the authors show in a clear, precise and objective way, the results of the research study using figures (pictures, graphs, diagrams) and tables. Also, the author evaluates his/her findings and determines to what extent he/she has contributed to the solution of the problem described in the introduction. The discussion section can be presented in a separate way. In the experimental articles, it is important to present the statistical assessment of the results obtained.

h) Conclusions. The main conclusions drawn from results should be presented in a short Conclusions section (maximum 200 words).

i) References. It is demanded that references are included at the end of the article, alphabetically ordered, and obeying the following norms:

1) Journal articles

Example: Numminen K., Sipila O., Makisalo H. (2005). Preoperative hepatic 3D models: Virtual liver resection using three-dimensional imaging technique. European Journal of Radiology, 56:179-184.

2) Books

Example: Edgar T.F., Himmelbleau D.M., Lasdon L.S. (2001). Optimization of Chemical Processes. McGraw-Hill: New York. 651 p.

3) Book sections

Example: Madson P.W., Monceaux D.A. (1995). Fuel ethanol production. In: The Alcohol Textbook. Lyons T.P., Kelsall D.R., Murtagh J.E. (Eds.). University Press: Nottingham. pp. 257-268.

4) Reports

Example: Wooley R., Ruth M., Sheehan J., Ibsen K., Majdeski H., Galvez A. (1999). Lignocellulosic biomass to ethanol process design and economics utilizing co-current dilute acid prehydrolysis and enzymatic hydrolysis.

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Current and futuristic scenarios. Technical Report NREL/TP-580-26157. National Renewable Energy Laboratory: Golden, CO (USA). 123 p. Available in: http://www.senternovem.nl/mmfiles/26454_tcm 24-124156.pdf.

5) Ph.D. thesis or M.Sc. works

Example: Li X. (2004). Conflict-based method for conceptual process synthesis. Ph.D. Thesis. Department of Chemical Technology, Lappeenranta University of Technology: Lappeenranta, Finland. 79 p.

6) Congresses, symposia, meetings or academic events:

Example: Stadherr M.A. (1997). Large-scale process simulation and optimization in a high performance computing environment. In: Aspen World 97. Boston, MA, USA.

7) Websites

Example 1: ETPI. (2003). The sugar sector environmental report. Environmental Technology Program for Industry (ETPI). Available in: http://www.cpp.org.pk/etpirpt/SugarSectorReport.pdf. [Visited in July 2006].

Example 2: Berg C. (2004). World Fuel Ethanol Analysis and Outlook. Murtagh & Associates. Available in: http://www.distill.com/World-Fuel-Ethanol-A&O-2004.html. [Visited in November 2007].

8) Patents

Example: Maranhao L.E.C. (1982). Individual bagasse drier. United States Patent 4326470.

To handle citations and references, Vector has made available to the authors the EndNote file with the style (template) required by the journal rules. Authors can write an e-mail message requesting the mentioned file to [email protected] or download it directly from the website of the journal.

ARTICLE PRESENTATION

The maximum length of the article to be published, including figures and tables, should be at the most 15 pages using 1.5 spacing and Times New Roman font No. 12 in one column. The text should be written in MS Word using 2.5 cm margins. Differentiate clearly the beginning of each paragraph indented by three spaces (do not use a blank line to differentiate paragraphs). Numbering of headings and subheadings up to the fourth level (for example, 3.1.2.4) is allowed.

Illustrations, images, charts, photographs, diagrams, flow charts and any type of graphic material should be labeled as figures and must be cited in the text in the next way: Figure 1, Figure 2, etc. Tables should be cited in the text as follows: Table 1, Table 2, etc. This also applies to the titles of tables and figure captions. The headings (captions) for figures should go after them; the titles of the tables should go before them.

All the citations within the text must contain only the first Author’s last name (without initials of the second last name or name) followed by a comma and the year of publication of the corresponding reference. When the reference (article, book, book chapter, report, patent, website, presentation on

[ 118 ]

events, etc.) has two authors, the citation must list the Authors’ last names joined by the conjunction “and” followed by a comma and the year of publication. If the reference has three or more authors, the citation must indicate the surname of the first Author followed by the abbreviation “et al.” in italic style, a comma, and the year of publication. If different sources are reported by the same author or authors in the same year, add at the end of the year in the citation (and in the reference year) a letter in alphabetical order to differentiate them. If the citation is direct, the author’s last name does not go in parentheses, but it does the year. If the citation is indirect, the author’s surname and the year of publication must be in parentheses. Several citations are grouped according to the alphabetical order of the authors and then by year.

Examples:“According to Smith (2003), the representations...”“Smith and Adams (2006) have reported...”“Different studies have demonstrated the validity of this approach (Cardenas et al., 2010; Smith, 2004a, 2004b; Taylor and Martinez, 2011)...”.

The document must be sent to the e-mail: [email protected].

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Esta revista se terminó de imprimiren el mes de diciembre de 2015en el taller de Editorial Matiz

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