I CONGRESO AGROINDUSTRIAL DE INVESTIGACION

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1 I CONGRESO AGROINDUSTRIAL DE INVESTIGACION
Y RESPONSABILIDAD SOCIAL ICARS EFECTO DE LA CONCENTRACION DE CMC, GOMA GUAR Y GOMA XANTANA SOBRE LA SINERESIS, CARACTERISTICAS REOLOGICAS Y CONSISTENCIA SENSORIAL DE SALSA DE ALCACHOFA (Cynara scolymus L.) VARIEDAD IMPERIAL STAR. Ing. Francisco Jesús Mora Barandiarán. Ingeniero en Industrias Alimentarias Universidad Privada Antenor Orrego M. Sc. Gabriela del CarmenBarraza Jáuregui Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de Trujillo Dr. Raúl Benito Siche Jara Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de Trujillo Ing. Jesús Alfredo Obregón Domínguez Consultor en Gestión de la Calidad en Engineering Consulting & Services

2 INTRODUCCION 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. 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).

3 INTRODUCCION 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). 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). 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). 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?

4 ANTECEDENTES 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.

5 ANTECEDENTES 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.

6 REVISION BILIOGRAFICA
Cuadro 1. Funciones y aplicaciones de hidrocoloides en alimentos. Función Aplicación en Alimentos Inhibidor de la cristalización Helados Emulsificante Aderezos, bebidas Encapsulante Sabores, vitaminas microencapsuladas Formador de películas Productos cárnicos Agente floculante Vino, cerveza Estabilizador de espuma Cerveza, cremas Agente gelificante Postres Estabilizante Mayonesa, cerveza Agente espesante Salsas, mermeladas Fuente: Badui (2006)

7 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)

8 MATERIALES Y METODOS Materia prima Insumos
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 GUAR GOMA XANTANA

9 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 x2= 0 x1= 1 x2 = 1 x1 = 0 x3 = 1 x1 = x2= 1/2 x1 = x3 = 1/2 x3 = 0 x2 = x3 = 1/2 x1 = x2 = x3 = 1/3 CMC Donde: N : Número de tratamientos : Número de factores : Número de niveles de los factores Figura 2. Diseño símplex reticular (3,2) con centroide ampliado. Fuente: Montgomery (2002).

10 Cuadro 2. Diseño simplex reticular (3,2) con centroide ampliado.
Trata- miento Variables reales Variables respuesta CMC (%) GG GX Sinéresis Índice reológico “n” Índice de consistencia “k” (Pa.sn) Esfuerzo de corte inicial “ “ Consistencia sensorial T1 1 T2 T3 T4 0,5 T5 T6 T7 0,33 T8 0,67 0,17 T9 T10

11 Procedimiento para la elaboración de salsa de alcachofa
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 Ingredientes: Agua Aceite Vinagre Azúcar Sal Especias Hidrocoloide: Preservante: CMC Sorbato de Potasio Goma Guar Goma Xantana Figura 3. Diagrama de flujo para la elaboración de salsa de alcachofa variedad Imperial Star.

12 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: M1: Peso de la muestra M2: Pérdida de peso después de la centrifugación S: Porcentaje de Sinéresis

13 - 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.

14 RESULTADOS Y DISCUSIONES
Evaluación de la materia prima 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 Cuadro 3. Evaluación fisicoquímica de la alcachofa. Característica Fisicoquímica Cantidad pH 5.60 Sólidos solubles totales (ºBrix) 6 Acidez 0.45 Humedad (%) 84.1

15 Evaluación de las salsas de alcachofa
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.sn) Esfuerzo de corte inicial “ “ (Pa) Consistencia sensorial T1 1 1,008 0,31 84,55 9,1038 6,75 T2 0,273 0,14 126,30 11,4010 6,70 T3 0,080 0,16 79,09 9,4268 6,40 T4 0,5 0,198 0,11 167,80 13,5100 6,85 T5 0,134 129,66 11,7470 6,30 T6 0,108 0,09 156,24 13,0500 6,25 T7 0,33 0,133 0,20 151,32 11,5870 5,55 T8 0,67 0,17 0,498 0,22 147,64 11,2280 T9 0,150 0,21 133,20 11,6860 5,80 T10 0,098 0,25 135,96 10,6040 5,95

16 Evaluación de la sinéresis
Cuadro 5. Valores calculados para la sinéresis de las salsas de alcachofa. Tratamiento CMC (%) GG GX Sinéresis T1 1 1,008 T2 0,273 T3 0,080 T4 0,5 0,198 T5 0,134 T6 0,108 T7 0,33 0,133 T8 0,67 0,17 0,498 T9 0,150 T10 0,098

17 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 F p R2 Lineal 0,5093 2 0,2546 0,2362 7 0,0337 7,55 0,0179 0,6832 Cuadrático 0,2165 3 0,0722 0,0197 4 0,0049 14,69 0,0126 0,9736 Cúbico Especial 0,0107 1 0,0101 0,0090 0,0030 3,55 0,1558 0,9879 Ajuste Total 0,7455 9 0,0828 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 (R2) fue mayor a 85% (0, 9736).

18 Cuadro 7. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado para la sinéresis.
Variables Coeficiente Error Estándar t(3) p -95.% Límite de confianza +95.% Límite de confianza CMC (%) 1,02044 0,067614 15,09211 0,000112 0,83271 1,208163 GG (%) 0,25953 3,83838 0,018485 0,07180 0,447254 GX (%) 0,07565 1,11893 0,325826 -0,11207 0,263381 CMC*GG -1,53871 0,311623 -4,93772 0,007830 -2,40391 -0,673503 CMC*GX -1,39045 -4,46197 0,011143 -2,25566 -0,525248 GG*GX -0,07787 -0,24989 0,814981 -0,94308 0,787334 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

19 Sinéresis estimada (%)
Cuadro 8. Valores observados y estimados para la sinéresis de las salsas de alcachofa. Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Sinéresis observada (%) Sinéresis estimada (%) T1 1 1,008 1,020 T2 0,273 0,260 T3 0,080 0,076 T4 0,5 0,198 0,255 T5 0,134 0,200 T6 0,108 0,148 T7 0,33 0,133 0,118 T8 0,67 0,17 0,498 0,409 T9 0,150 0,137 T10 0,098 0,058 Figura 4. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta sinéresis de las salsas de alcachofa

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

21 Reograma de salsa de alcachofa a 25°C.

22 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 ( ). Cuadro 9. Valores calculados para el índice reologico de las salsas de alcachofa Tratamiento CMC (%) GG GX Índice reológico (n) T1 1 0,31 T2 0,14 T3 0,16 T4 0,5 0,11 T5 T6 0,09 T7 0,33 0,20 T8 0,67 0,17 0,22 T9 0,21 T10 0,25

23 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 F p R2 Lineal 0,0152 2 0,0076 0,0281 7 0,0040 1,90 0,2199 0,3513 Cuadrático 0,0033 3 0,0011 0,0248 4 0,0062 0,18 0,9064 0,4275 Cúbico Especial 0,0170 1 0,0078 0,0026 6,55 0,0832 0,8202 Ajuste Total 0,0433 9 0,0048 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 (R2 ≥ 85%); sin embargo, el modelo matemático que más se acercó fue el modelo cúbico especial con un coeficiente de determinación (R2) de 0,8202.

24 Evaluación del índice de consistencia “k”
Los valores de “k” estuvieron comprendidos entre 79,09 y 167,80 (Pa.sn) para todos los tratamientos evaluados. Cuadro 11. Valores calculados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa Tratamiento CMC (%) GG GX Índice de consistencia k (Pa.sn) T1 1 84,55 T2 126,30 T3 79,09 T4 0,5 167,80 T5 129,66 T6 156,24 T7 0,33 151,32 T8 0,67 0,17 147,64 T9 133,20 T10 135,96

25 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 de CM F p R2 Lineal 1509,2885 2 754,6443 6078,0582 7 868,2940 0,87 0,4601 0,1989 Cuadrático 5124,0803 3 1708,0268 953,9779 4 238,4945 7,16 0,0437 0,8743 Cúbico Especial 283,9307 1 670,0472 223,3491 1,27 0,3416 0,9117 Ajuste Total 7587,3467 9 843,0385 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 (R2) es mayor a 85% (0.8743).

26 Cuadro 13. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado al índice de consistencia “k”
Variables Coeficiente Error Estándar t(4) p -95.% Límite de confianza +95.% Límite de confianza CMC (%) 8930 1489.4 4795 13066 GG (%) 12090 7955 16226 GX (%) 8220 4085 12356 CMC*GG 198346 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

27 Índice de consistencia, k observado (Pa.sn)
Cuadro 14. Valores observados y estimados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa. Tratamiento CMC (%) GG (%) GX (%) Índice de consistencia, k observado (Pa.sn) Indice de consistencia, k estimado (Pa.sn) T1 1 84,55 89,30 T2 126,30 120,90 T3 79,09 82,20 T4 0,5 167,80 157,71 T5 129,66 128,08 T6 156,24 144,51 T7 0,33 151,32 158,75 T8 0,67 0,17 147,64 140,35 T9 133,20 156,36 T10 135,96 133,58 Figura 6. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta índice de consistencia de las salsas de alcachofa.

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

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

30 Optimización de la mezcla de hidrocoloides
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 .

31 Validación de la mezcla óptima
CMC: 0,28% Goma Guar: 0,13% Goma xantana: 0,59% Validación de la mezcla óptima Trata- miento CMC (%) GG (%) GX Sinéresis Índice reológico (n) Índice de consistencia “k” (Pa.sn) Esfuerzo de corte inicial “ “ (Pa) Consistencia sensorial TOPTIMO 0,28 0,13 0,59 0,089 116,68 11,3390 6,3

32 CONCLUSIONES La evaluación de la sinéresis demostró que al utilizar solamente goma xantana en concentración de 1% (T3) se obtiene el menor valor de sinéresis (0,08%); seguido por el T2 (0,27%), y finalmente el T1 (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 (T4, T5 y T6) y ternarias (T7, T8, T9 y T10) de hidrocoloides ya que éstas produjeron valores más altos que los producidos con las concentraciones puras (T1, T2 y T3), 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”.