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I CONGRESO AGROINDUSTRIAL DE INVESTIGACION Y RESPONSABILIDAD SOCIAL ICARS - 2013.

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2 I CONGRESO AGROINDUSTRIAL DE INVESTIGACION Y RESPONSABILIDAD SOCIAL ICARS

3 Sin embargo, el conocimiento de las propiedades reológicas de alimentos fluidos o semisólidos, como las salsas, es de especial interés en la industria alimenticia, y desviaciones específicas en estas propiedades pueden ser influenciadas por la adición de diferentes hidrocoloides (Sahin y Ozdemir, 2004). Actualmente existe una gran competencia de productos alimentarios, tanto frescos como procesados, es por ello que las empresas agroindustriales se ven en la necesidad de promover el desarrollo de nuevos productos como derivados de materias primas vegetales, generando un mayor desarrollo de la cadena agroalimentaria nacional (MINAG, 2005). Las diversas presentaciones son más notorias en frutas y hortalizas, como es el caso de la alcachofa, que ha venido posicionándose a lo largo de los últimos años en el mercado nacional e internacional. Ya que en nuestro país no existe gran hábito de consumo de la alcachofa, la mayoría de la producción nacional es destinada al mercado internacional en la modalidad de producto procesado (MINAG, 2006). El uso industrial de la alcachofa permite la obtención de productos y subproductos derivados directamente de cualquiera de sus partes empleadas. Uno de estos productos es la salsa de alcachofa.

4 ¿Cuál será el efecto de la concentración de CMC, gomar guar y goma xantana en la sinéresis, características reológicas y consistencia sensorial de salsa de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad Imperial Star? Es por esto que se presenta esta investigación en la que se elabora una salsa de alcachofa adicionándole en su elaboración ciertos hidrocoloides, como: carboximetilcelulosa (CMC), goma guar y goma xantana. Lo cual llevó a plantearse el siguiente problema: ¿Cuál será el efecto de la concentración de CMC, gomar guar y goma xantana en la sinéresis, características reológicas y consistencia sensorial de salsa de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad Imperial Star? Estos hidrocoloides se emplean para modificar la textura y brindar características específicas en diversas formulaciones alimenticias (Yaseen y otros, 2001); dando lugar a altas viscosidades a bajas concentraciones (1%) y son de estudio complejo, lo que hace que su descripción a través de correlaciones matemáticas sea de gran interés (Silva, 2010). Por lo que, se han desarrollado numerosos hidrocoloides específicamente como sustitutos de grasa o mejoradores de características texturales; esto en consecuencia, ha dado lugar a un aumento en su demanda (Williams y Phillips, 2000). Esta optimización en formulaciones alimenticias puede realizarse mediante el uso de técnicas adecuadas. Una de estas, es el diseño de mezclas, la cual asume que una respuesta de interés en una mezcla depende únicamente de las proporciones relativas de los ingredientes en esta. Dichas proporciones son positivas, dependientes entre si, y si están expresadas como fracción de mezcla, deben sumar siempre la unidad. (Gutiérrez, 2008).

5 Nikzade y otros (2011) estudiaron el efecto de leche de soya y estabilizantes (goma xantana, goma guar y emulsificantes mono y digliceridos) en la estabilidad de mayonesa baja en grasa aplicando el método de diseño de mezclas simplex con centroide para determinar la mezcla que brinde la mayor estabilidad y mejores propiedades texturales y reológicas; concluyendo una mezcla óptima (en base a 1%) de 6,7% mono y diglicéridos; 36,7% goma guar y 56,7% goma xantana. La goma xantana mostró ser la más efectiva como estabilizante ya que un incremento en su concentración seguida por la goma guar causó los más altos valores de estabilidad, viscosidad y firmeza. Igualmente, Arocas y otros (2009) investigaron el efecto de la goma xantana y goma de algarrobo en concentraciones de 0,15% en la estabilidad de salsa blanca durante el ciclo congelación – descongelación. Determinaron la sinéresis como indicador de la estabilidad en la salsa. Ambos hidrocoloides redujeron los cambios estructurales después de la congelación, pero la goma xantana fue más efectiva que la goma de algarrobo.

6 Sahin y Ozdemir (2004), adicionaron hidrocoloides (goma tragacanto, guar, algarrobo, xantana y CMC) en diferentes concentraciones (0; 0,5 y 1,0%) a tres formulaciones de salsa kétchup (con 7,5; 10 y 12,5 % de sólidos solubles totales) y estudiaron el efecto sobre la sinéresis. Todos los hidrocoloides disminuyeron la separación de fases (sinéresis); sin embargo, la mezcla binaria de goma xantana y goma guar fueron los más efectivos al producir los menores valores de sinéresis.

7 FunciónAplicación en Alimentos Inhibidor de la cristalización Helados EmulsificanteAderezos, bebidas Encapsulante Sabores, vitaminas microencapsuladas Formador de películasProductos cárnicos Agente floculanteVino, cerveza Estabilizador de espumaCerveza, cremas Agente gelificantePostres EstabilizanteMayonesa, cerveza Agente espesanteSalsas, mermeladas Cuadro 1. Funciones y aplicaciones de hidrocoloides en alimentos. Fuente: Badui (2006)

8 Características reológicas Dilatante Newtoniano Plástico General (Pa) Plástico Bingham Pseudoplástico Figura 1. Esfuerzo de corte frente a velocidad de corte para fluidos newtonianos y no newtonianos. Fuente: Levenspiel (1993)

9 Materia prima Alcachofa sin espinas (Cynara scolymus L.) variedad Imperial Star. Insumos Carboximetil celulosa (CMC), goma guar y goma xantana procedentes de la empresa Montana S.A. CMC GOMA GUARGOMA XANTANA

10 Metodología Experimental El esquema experimental empleado para la elaboración de salsa de alcachofa correspondió al desarrollo de un diseño de mezclas denominado Diseño simplex reticular (3,2) con centroide ampliado (Figura 2) dentro de la metodología Superficie de respuesta. GG GX x 2 = 0 x 1 = 1 x 2 = 1 x 1 = 0 x 3 = 1 x 1 = x 2 = 1/2 x 1 = x 3 = 1/2 x 3 = 0 x 2 = x 3 = 1/2 x 1 = x 2 = x 3 = 1/3 CMC Figura 2. Diseño símplex reticular (3,2) con centroide ampliado. Fuente: Montgomery (2002). Donde: N: Número de tratamientos : Número de factores : Número de niveles de los factores

11 Trata- miento Variables realesVariables respuesta CMC (%) GG (%) GX (%) Sinéresis (%) Índice reológico n Índice de consistencia k (Pa.s n ) Esfuerzo de corte inicial Consistencia sensorial T1T1 100 T2T2 010 T3T3 001 T4T4 0,5 0 T5T5 0 T6T6 0 T7T7 0,33 T8T8 0,670,17 T9T9 0,670,17 T 10 0,17 0,67 Cuadro 2. Diseño simplex reticular (3,2) con centroide ampliado.

12 Procedimiento para la elaboración de salsa de alcachofa Hidrocoloide:Preservante: CMC Sorbato de Potasio Goma Guar Goma Xantana Ingredientes: Agua Aceite Vinagre Azúcar Sal Especias Brácteas Tallo fibroso Punta de hojas Fibra interna Pilosidades Alcachofa Mezclado y estandarizado Pasteurizado Envasado Cierre Enfriamiento Recepción y pesado Perfilado Selección Desbractado Clasificación Enfriado Escaldado Despuntado Cuarteado Repaso de Cuartos Reducción de Tamaño Tamizado Almacenamiento Figura 3. Diagrama de flujo para la elaboración de salsa de alcachofa variedad Imperial Star.

13 Métodos de análisis Análisis de la alcachofa - Análisis fisicoquímico Humedad. Método de la A.O.A.C. (1995). Sólidos solubles. Método de la A.O.A.C. (1995). Acidez. Método de la A.O.A.C. (1995). pH. Método de la A.O.A.C. (1995). Análisis de la salsa de alcachofa - Sinéresis: Pérdida de agua por centrifugación. Downey (2003) Donde: M 1 : Peso de la muestra M 2 : Pérdida de peso después de la centrifugación S: Porcentaje de Sinéresis

14 -Análisis reológico Reómetro rotacional digital modelo Brookfield RVDV – III. Spindle # 27. Temperatura de las muestras: 25 ºC. Velocidades de rotación: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 rpm. Elaboración de reogramas mediante las gráficas: vs. Cálculo del esfuerzo de corte inicial ( ): Ecuación de Casson: Una vez encontrado el esfuerzo de corte inicial, se procede a encontrar el índice de consistencia (k) y el índice reológico (n) mediante la gráfica : vs. Siendo : k: antilog del intercepto n: pendiente -Consistencia sensorial Prueba de medición del grado de aceptación en función a la consistencia con escala hedónica estructurada de nueve puntos (me gusta – me disgusta), empleando como panelistas no entrenados a consumidores de 18 a 45 años, conformado por 40 personas, de ambos sexos.

15 Característica FisicoquímicaCantidad pH5.60 Sólidos solubles totales (ºBrix)6 Acidez0.45 Humedad (%)84.1 Caracterización de la materia prima Peso promedio: 210 g. Calidad: Primera. Calibre de materia prima: 60 – 65 mm. de diámetro. Calibre de corazón: 50 – 55 mm. de diámetro (luego de extraer las brácteas externas) Evaluación fisicoquímica de la alcachofa Evaluación de la materia prima Cuadro 3. Evaluación fisicoquímica de la alcachofa.

16 Cuadro 4. Valores experimentales para la sinéresis, índice reológico, esfuerzo de corte inicial, índice de consistencia y consistencia sensorial. Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Sinéresis (%) Índice reológico (n) Índice de consistencia k (Pa.s n ) Esfuerzo de corte inicial (Pa) Consistencia sensorial T1T1 1001,0080,3184,559,10386,75 T2T2 0100,2730,14126,3011,40106,70 T3T3 0010,0800,1679,099,42686,40 T4T4 0,5 00,1980,11167,8013,51006,85 T5T5 0,50 0,1340,14129,6611,74706,30 T6T6 00,5 0,1080,09156,2413,05006,25 T7T7 0,33 0,1330,20151,3211,58705,55 T8T8 0,670,17 0,4980,22147,6411,22806,30 T9T9 0,170,670,170,1500,21133,2011,68605,80 T 10 0,17 0,670,0980,25135,9610,60405,95 Evaluación de las salsas de alcachofa

17 Evaluación de la sinéresis Cuadro 5. Valores calculados para la sinéresis de las salsas de alcachofa.

18 Cuadro 6. Análisis de varianza de los modelos aplicados a la variable respuesta sinéresis de las salsas de alcachofa. Modelo Suma de Cuadrados (SC) Grado de libertad (GL) Cuadra- dos medios (CM) Error de SC Error de GL Error de CM FpR2R2 Lineal0,509320,25460,236270,03377,550,01790,6832 Cuadrático0,216530,07220,019740,004914,690,01260,9736 Cúbico Especial 0,010710,01010,009030,00303,550,15580,9879 Ajuste Total0,745590,0828 Al analizar los resultados se tuvo que el modelo matemático que más se ajustó estadísticamente al comportamiento de la sinéresis fue el modelo cuadrático, ya que su valor p fue (p < 0.05) y su coeficiente de determinación (R 2 ) fue mayor a 85% (0, 9736).

19 Cuadro 7. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado para la sinéresis. VariablesCoeficiente Error Estándar t(3)p -95.% Límite de confianza +95.% Límite de confianza CMC (%)1,020440, ,092110, ,832711, GG (%)0,259530, ,838380, ,071800, GX (%)0,075650, ,118930, ,112070, CMC*GG-1,538710, ,937720, , , CMC*GX-1,390450, ,461970, , , GG*GX-0,077870, ,249890, ,943080, Modelando matemáticamente el comportamiento de la sinéresis, la ecuación fue la siguiente: Sinéresis = 1,02044*CMC+0,25953*GG+0,07565*GX–1,53871*CMC*GG–1,39045*CMC*GX–0,07787*GG*GX

20 Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Sinéresis observada (%) Sinéresis estimada (%) T1T1 1001,008 1,020 T2T2 0100,273 0,260 T3T3 0010,080 0,076 T4T4 0,5 00,198 0,255 T5T5 0,50 0,134 0,200 T6T6 00,5 0,108 0,148 T7T7 0,33 0,133 0,118 T8T8 0,670,17 0,498 0,409 T9T9 0,170,670,170,150 0,137 T 10 0,17 0,670,098 0,058 Cuadro 8. Valores observados y estimados para la sinéresis de las salsas de alcachofa. Figura 4. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta sinéresis de las salsas de alcachofa

21 (a) (b) Figura 5. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para la. sinéresis de las salsas de alcachofa. CMC (%) GG(%) GX(%)

22 Reograma de salsa de alcachofa a 25°C.

23 Evaluación de las características reológicas Evaluación del índice reológico n Los valores de n están comprendidos entre 0,0856 y 0,3131 para todos los tratamientos evaluados, confirmando un comportamiento no newtoniano de tipo plástico general al notarse un valor n menor a 1 (Levenspiel, 1993) y un esfuerzo cortante que no parte del origen ( ). Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Índice reológico (n) T1T1 1000,31 T2T2 0100,14 T3T3 0010,16 T4T4 0,5 00,11 T5T5 0,50 0,14 T6T6 00,5 0,09 T7T7 0,33 0,20 T8T8 0,670,17 0,22 T9T9 0,170,670,170,21 T 10 0,17 0,670,25 Cuadro 9. Valores calculados para el índice reologico de las salsas de alcachofa

24 Cuadro 10. Análisis de varianza de los modelos aplicado a la variable respuesta índice reológico de las salsas de alcachofa Modelo Suma de cuadrados (SC) Grado de libertad (GL) Cuadrados medios (CM) Error de SC Error de GL Error de CM FpR2R2 Lineal0,015220,00760,028170,00401,900,21990,3513 Cuadrático0,003330,00110,024840,00620,180,90640,4275 Cúbico Especial 0, ,007830,00266,550,08320,8202 Ajuste Total 0,043390,0048 Al analizar los resultados se tuvo que ningún modelo matemático se ajustó al comportamiento de la variable respuesta índice reológico, ya que ninguno tuvo un coeficiente de determinación mayor o igual a 0,85 (R 2 85%); sin embargo, el modelo matemático que más se acercó fue el modelo cúbico especial con un coeficiente de determinación (R 2 ) de 0,8202.

25 Evaluación del índice de consistencia k Los valores de k estuvieron comprendidos entre 79,09 y 167,80 (Pa.s n ) para todos los tratamientos evaluados. Cuadro 11. Valores calculados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa

26 Cuadro 12. Análisis de varianza para el índice de consistencia k y su significancia en los modelos matemáticos Modelo Suma de cuadrados (SC) Grado de libertad (GL) Cuadrados medios (CM) Error de SC Error de GL Error de CM FpR2R2 Lineal 1509, , , ,29400,870,46010,1989 Cuadrático 5124, , , ,49457,160,04370,8743 Cúbico Especial 283, , ,34911,270,34160,9117 Ajuste Total 7587, ,0385 Al analizar los resultados se tuvo que el modelo matemático que más se ajustó estadísticamente al comportamiento del índice de consistencia fue el modelo cuadrático, ya que su valor p es (p<0,05) y su coeficiente de determinación (R 2 ) es mayor a 85% (0.8743).

27 Cuadro 13. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado al índice de consistencia k VariablesCoeficiente Error Estándar t(4)p -95.% Límite de confianza +95.% Límite de confianza CMC (%) GG (%) GX (%) CMC*GG CMC*GX GG*GX Modelando matemáticamente el comportamiento del índice de consistencia k, la ecuación fue la siguiente: k = 8930*CMC *GG *GX *CMC*GG *CMC*GX *GG*GX

28 Cuadro 14. Valores observados y estimados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa. Figura 6. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta índice de consistencia de las salsas de alcachofa. Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Índice de consistencia, k observado (Pa.s n ) Indice de consistencia, k estimado (Pa.s n ) T1T ,5589,30 T2T ,30120,90 T3T ,0982,20 T4T4 0,5 0167,80157,71 T5T5 0,50 129,66128,08 T6T6 00,5 156,24144,51 T7T7 0,33 151,32158,75 T8T8 0,670,17 147,64140,35 T9T9 0,170,670,17133,20156,36 T 10 0,17 0,67135,96133,58

29 (a) (b) Figura 7. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para el índice de consistencia k de las salsas de alcachofa. CMC (%) GG(%) GX(%)

30 Figura 8. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para la consistencia sensorial de las salsas de alcachofa. (a) (b) CMC (%) GG(%) GX(%) Evaluación de la consistencia sensorial

31 Determinación de la zona de formulación factible y localización numérica de la mezcla óptima Figura 9. Superposición de las gráficas de contorno de las variables sinéresis, índice de consistencia y consistencia sensorial. Optimización de la mezcla de hidrocoloides

32 Validación de la mezcla óptima Trata- miento CMC (%) GG (%) GX (%) Sinéresis (%) Índice reológico (n) Índice de consistencia k (Pa.s n ) Esfuerzo de corte inicial (Pa) Consistencia sensorial T OPTIMO 0,280,130,590,0890,13116,6811,33906,3 Mezcla óptima CMC: 0,28% Goma Guar: 0,13% Goma xantana: 0,59%

33 La evaluación de la sinéresis demostró que al utilizar solamente goma xantana en concentración de 1% (T 3 ) se obtiene el menor valor de sinéresis (0,08%); seguido por el T 2 (0,27%), y finalmente el T 1 (1,01%). El índice reológico n demostró que las salsas de alcachofa evaluadas tuvieron un comportamiento no newtoniano de tipo plástico general ya que estuvieron en el rango de 0,0856 y 0,3131 (n<1) y siguieron el modelo matemático de Hershel – Bulkley. Además, presentaron un esfuerzo de corte inicial entre 9,1038 y 13,5100 Pa. El índice de consistencia k varió entre 79,09 y 168,79 Pa.sn y se observó un efecto sinérgico de las mezclas binarias (T 4, T 5 y T 6 ) y ternarias (T 7, T 8, T 9 y T 10 ) de hidrocoloides ya que éstas produjeron valores más altos que los producidos con las concentraciones puras (T 1, T 2 y T 3 ), demostrando un efecto sinérgico positivo al aumentar el índice de consistencia k. Con el uso de estos hidrocoloides en proporciones de 0,28% de CMC; 0,13% de goma guar: y 0,59% de goma xantana como mezcla óptima se obtuvo los siguientes valores de las variables respuesta: 0,089% de sinéresis y calificación de 6 me gusta ligeramente.


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