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UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZAN” – HUÁNUCO

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS E. P. INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

PROYECTO DE TESIS

EVALUACIÓN DEL CONTENIDO DE VITAMINA C Y CAROTENOS EN EL SECADO DE AGUAYMANTO (Physalis peruviana) EN CONDICIONES DE VACIO Y ULTRASONIDO

EJECUTOR

: GINA LILIANACAPCHA FABIAN

ASESOR

: ING. ESTACIO LAGUNA, ROGER

HUÁNUCO – PERÚ 2018

0

I.

1.1.

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

Planteamiento del problema

En la actualidad se habla mucho de dos tipos de deshidratación de alimentos, los que viene aplicando la industria de alimentos, nos referimos al secado con aire caliente y liofilización, el primero es un método muy usado pero puede deteriorar la calidad del alimento; y el segundo congela los alimentos para luego sublimar el hielo, el cual conserva mejor los alimentos, pero a la vez resulta muy caro. (Gallego et. al. 1995) Los sistemas de vacío en los procesos de secado tienen la ventaja de decaer la temperatura de ebullición, siendo un factor importante para secar las materias primas a bajas temperaturas, acción que ayudará a evitar las pérdidas de nutrientes como es el caso de la vitamina C y carotenos contenidas en los frutos del Aguaymanto. La combinación de radiación ultrasónica con aire caliente permite la aplicación a temperaturas más bajas y podría ser muy bien utilizado para el secado de materias primas sensibles al calor. Ahora bien, cabe mencionar que las aplicaciones de ultrasonido en condiciones de vacío han demostrado que se pueden acelerar los procesos de transferencia de masa haciendo que el tiempo de secado pueda disminuirse de manera moderada como sería en el proceso de deshidratado del Aguaymanto.

1

1.2.

Formulación del problema

1.2.1. Problema general

¿En qué medida influye el secado a vacío combinado con ultrasonido en el contenido de vitamina C y carotenos en el Aguaymanto?

1.2.2. Problemas específicos

-

¿Cuáles serán el comportamiento del contenido de la vitamina C y los carotenos a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en la obtención de Aguaymanto deshidratado?

-

¿Cómo influye el tiempo de secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en el contenido de humedad del Aguaymanto deshidratado?

-

¿Cómo influye el tiempo de secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en las características físico-químicas del Aguaymanto deshidratado?

-

¿Cómo influye el tiempo de secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en las características organolépticas del Aguaymanto deshidratado?

2

1.3.

Justificación

Justificación tecnológica y científico. El presente trabajo de investigación, será un aporte tecnológico adaptado a nuestra realidad ya que actualmente en nuestra región existe una producción de aguaymanto que se seca en secadores de bandejas, y con la opción de secado a vacío combinado con la tecnología emergente como es el ultrasonido a temperaturas bajas y con menores riesgos de pérdida de nutrientes. Justificación social. Este producto será favorable para la salud del consumidor por su contenido de vitamina C y carotenos, contribuyendo así, al sistema inmunológico de las personas.

1.4.

Objetivos

1.4.1. Objetivo general

Evaluar el contenido de vitamina C y carotenos en el secado de aguaymanto (Physalis peruviana) en condiciones de vacío y ultrasonido.

1.4.2. Objetivos específicos

3

-

Evaluar el comportamiento de la vitamina C y carotenos a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en la obtención de Aguaymanto deshidratado.

-

Evaluar la influencia del tiempo de secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido con respecto al contenido de humedad del Aguaymanto deshidratado.

-

Evaluar la influencia del tiempo de secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido en las características físico-químicas del Aguaymanto deshidratado.

-

Evaluar las características organolépticas del Aguaymanto secado a diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido.

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II. 2.1.

MARCO TEÓRICO

Fundamentación teórica

2.1.1. Generalidades del secado a vacío Colina (2010) los alimentos sólidos muy sensibles al calor pueden deshidratarse con deshidratadores al vacío, con temperaturas de deshidratación bajas, del orden de los 40 °C, que corresponde a valores de presión absoluta de alrededor de 60 mm Hg (7 KPa), pueden llegar extremadamente a bajos valores de humedad sin sufrir daño. Los sistemas de vacío no utilizan aire. El calor suministrado mediante chaquetas de vapor o agua caliente en las paredes del deshidratador o en las charolas que soportan al producto. La transferencia de calor se realiza mediante conducción y radiación, y como en este caso la evaporación del agua ocurre en el interior del material, la velocidad de transferencia de calor controla la velocidad de deshidratación. (Colina 2010)

2.1.1.1. Secadora de armario a vacío, Consiste en una cámara a vacío conectada a un condensador y a una bomba de vacío. Normalmente la cámara es cilíndrica y tiene uno o dos puertas de acceso. Por lo general está montada en posición horizontal. La cámara está equipada con un número de plantas o estantes huecos, dispuestos horizontalmente. Estos estantes se calientan interiormente por vapor, agua caliente o algún otro fluido térmico que circula por ellos. Una cámara de secado típica puede contener hasta 24 estantes, midiendo cada uno 2 x 1,5 m el material alimentario se extiende en capas relativamente finas en las bandejas metálicas. Estas bandejas se colocan en los estantes, 5

la cámara se cierra y se reduce la presión por medio del condensador y de la bomba de vacío. La presión absoluta creada está en un rango de 5 -30 kPa, correspondiendo temperaturas de evaporación de 35 – 80 °C. El tiempo de secado puede extenderse de 4 a 20 h, dependiendo del tamaño y las formas de las piezas del alimento y de las condiciones de secado. En general la calidad de las frutas y hortalizas secadas a vacío es mejor que la de los productos secados con aire. (Brennan 2006).

2.1.1.2. Secadora a vacío asistido por ultrasonido, Según De la Fuente et al (2006) En esta línea, se ha desarrollado un procedimiento ultrasónico para la deshidratación de vegetales y para su mejor conocimiento se ha llevado a cabo un estudio paramétrico de la influencia relativa de los principales parámetros físicos involucrados en el proceso. Para ello, se ha desarrollado un sistema experimental que opera mediante contacto directo del producto con la superficie vibrante del transductor ultrasónico. Las pruebas experimentales se han realizado con diversos vegetales apreciándose en los casos en que se aplica una potencia eléctrica al transductor de 50W, una reducción de al menos un 40% en el peso de las muestras al cabo de los 30 primeros minutos de tratamiento. De la Fuente et al., (2006), probaron un nuevo prototipo multimuestras que emplea frecuencias de 20 KHz y potencia de 100 W, para estudiar los efectos mecánicos y térmicos durante el secado en muestras de zanahoria. Se observaron fuertes efectos por US en comparación con las muestras sin empleo de US, logrando reducción de tiempo para llegar a contenidos de humedad bajos.

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Baslar (2014), el secado USV es la técnica de secado más rápido en comparación con vacío y secado al horno. Mientras aumenta el secado la temperatura disminuyó el tiempo de secado con todas las técnicas de secado, la disminución fue más evidente para el USV y el secado al vacío técnicas. Además, el secado USV aumentó aún más la velocidad de secado con aumento de las temperaturas. Por lo tanto, el tratamiento ultrasónico causado más masa y transferencia de calor a altas temperaturas.

2.1.2. Generalidades del aguaymanto (Physalis peruviana) Según Velezmoro (2004), el aguaymanto (Physalis Peruviana) es una fruta conocida por los incas y pertenece a la familia de las solanáceas y al género Physalis. La fruta se encuentra dentro de un cáliz o capacho, es redonda ovoide, del tamaño de una uva grande, con piel lisa, cetácea, brillante y de color amarillo-dorado-naranja o verde según la variedad. Su carne es jugosa con semillas amarillas pequeñas y suaves que pueden comerse. Cuando la fruta está madura, es dulce con un ligero sabor agrio. Tiene buenos contenidos de vitaminas A y C, además de hierro y fósforo.

2.1.2.1. Origen y Distribución Según Velezmoro (2004) el Aguaymanto (Physalis Peruviana) es una fruta que se originó en los valles bajos andinos de Perú y Chile. Cuenta con más de ochenta variedades que se encuentran en estado silvestre y que se

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caracterizan por que sus frutos están encerrados dentro de un cáliz o capacho. Velásquez y Mestanza (2003) mencionan que el tomatito nativo, tomatillo, uvilla o Aguaymanto, es una planta que se originó como las otras especies de su género, en la vertiente occidental de los Andes entre Perú y Ecuador; es una planta silvestre, que en pocos lugares se cultiva y se cuida sus frutos que son muy apreciados por los campesinos por su sabor azucarado, que se consumen crudos o en dulces; en Cajamarca, las plantas de Physalis peruviana están distribuidas aisladamente, en pequeños grupos de jardines, huertos de la casa, caminos, bordes de acequias y/o chacras creciendo con otros cultivos.

2.1.2.2. Clasificación científica

Cuadro 1.Clasificación científica: Reino

Plantae

División

Magnoliophyta

Clase

Magnoliopsida

Orden

Solanales

Familia

Solanaceae

Subfamilia

Solanoideae

Tribu

Physaleae

Género

Physalis

Especie

Physalis peruviana L

Fuente: Morton (1997)

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2.1.2.3. Composición nutricional del aguaymanto (Physalis peruviana)

Peña et. al. (2013) manifiesta que la uchuva (Physalis peruviana L.) es una fruta típica de los Andes Suramericanos, que se caracteriza por ser un fruto azucarado con un alto contenido compuestos bioactivos

como

ácido

ascórbico

(Vitamina

C),

β-caroteno

(provitamina A) y fenoles, entre otros, capaces de atrapar radicales libres mejorando la defensa antioxidante del organismo. El sinergismo de estos compuestos proporciona un efecto antirradicalario mayor que el obtenido en forma individual (Encina et. al. 2007). Fawzy (2011) encontró que 100 g de porción comestible de uchuva aportan alrededor de 20 mg de ácido ascórbico y 0,2 mg de provitamina A, lo que corresponde al 65y el 26% de los valores diarios de referencia (VDR) respectivamente, para una porción de 200 g, según la normatividad colombiana (Ministerio de la Protección Social 2011); también es fuente de minerales comocalcio (2% VDR/200 g), hierro y fósforo.

Según estudios realizados por el National Research Council, el jugo de esta fruta tiene alto contenido de pectinaza, lo que disminuye los costos en la elaboración de mermelada y otros preparativos similares. Se le atribuye una serie de propiedades curativas. Sus beneficios se derivan de la composición nutricional del fruto, como se muestra en el cuadro 2.

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Cuadro 2.Composición y valor nutricional del aguaymanto. Factor Nutricional Contenido por 100 g de pulpa Calorías 54 Agua 79.6 g Proteína 1.1 g Grasa 0.4 g Carbohidratos 13.1 g Fibra 4.8 g Ceniza 1.0 g Calcio 7.0 mg Fosforo 38 mg Hierro 1.2 mg Vitamina A 648 U.I. (unidad internacional) Tiamina 0.18 mg Riboflavina 0.03 mg Niacina 1.3 mg Ácidoascórbico 26 mg Fuente: Camacho (2000).

Cuadro 3. Valor nutricional de aguaymanto por 100 g de porción comestible Componentes Humedad Proteína Grasa Carbohidratos totales Fibra Ceniza Acidez total(gr ác. cítrico/ 100 ml de fruto) pH Sólidos solubles (grados brix) Azúcares reductores Índice de madurez (sólidos solubles/acidez total) Acido ascórbico (mg/100 g de fruto)

Contenido en base húmeda 80,8 ± 0,02 1,2 ± 0,01 0,2 ± 0,01 14,9 ± 0,01 1,78 ± 0,02 1,12 ± 0,01 2,28 ± 0,03 4,08 ± 0,01 12,5 ± 0,05 2,52 ± 0,04 5,48 ± 0,02 28,55 ± 0,10

Fuente: Encina et al. (2007)

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Cuadro 04. Valor nutricional del aguaymanto fresco por 100 g de porción comestible. Componentes

Contenido L* 61,42 ± 0,74 a* 10,08 ± 0,55

Análisis colorimétrico

b* 36,52 ± 0,81

Actividad de agua (aw) medida a 19,4°C Carotenos totales (mg de β-caroteno/100g)

0,99 ± 0,01

1,77 ± 0,02

Compuestos fenólicos (mg ácido

79,23 ± 0,41

clorogénico/100 g)

Capacidad antioxidante

DPPH

(µg eqtrolox/g) ABTS

249,23 ± 8,01

586,46 ± 5,26

Fuente: Encina et al. (2007)

2.1.2.4. Descripción botánica Morton (1997) indica que la planta de Aguaymanto (Physalis Peruviana) fue descrita por primera vez por Linnaeus en 1753. Este arbusto ha sido cultivado por muchas décadas a lo largo de los Andes Americanos. Se trata de una planta herbácea erecta, perenne en zonas tropicales y anuales en zonas temperadas. Puede alcanzar una altura entre 0.6 a 0.9 metros, sin embargo, se han registrado casos en los que llega a alcanzar 1.8 metros. Las ramas son acanaladas y a veces de color violáceo. Hojas opuestas, alternadas de forma acorazonada midiendo de 6 -15 cm de longitud y 4 -10 de ancho. Presenta flores amarillas en forma de campanas, con corolas campanuladas de color morado marrón. Los frutos son 11

bayas de color naranja-amarillo de forma globosa y de 1.5-2 cm de diámetro con un sabor peculiar agridulce de buen gusto, protegidos por un cáliz no comestible de textura papirácea.

2.1.2.5. Características nutricionales y terapéuticas del aguaymanto (Physalis peruviana)

El aguaymanto (Physalis peruviana) se caracteriza por ser una excelente fuente de provitamina A (3.000 I.U. de caroteno por 100 g.) y vitamina C. También posee algunas del complejo de vitamina B. Además la proteína (0,3%) y el fósforo (55%) que contiene son excepcionalmente altos para una fruta. Actualmente tiene un importante uso con fines terapéuticos, pues según los expertos ayuda a purificar la sangre, tonifica el nervio óptico y alivia afecciones buco-faríngeas. Se recomienda para personas con diabetes de todo tipo, favorece el tratamiento de las personas con problemas de la próstata gracias a sus propiedades diuréticas y además es utilizada como tranquilizante natural por su contenido de flavonoides (Encina et al. 2007). Dopf (1998) señala que la envoltura natural del aguaymanto mantiene fresco al fruto por largo tiempo, que dura sin dañarse varias semanas después de recogido. El aguaymanto (Physalis peruviana), es rico en vitaminas A, B y C. Tiene un sabor agridulce dejando en el paladar un aroma muy agradable. Morton (1997) indica que el aguaymanto (Physalis peruviana) se caracteriza por ser una excelente fuente de pro vitamina A (3.000

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I.U. de caroteno por 100 g.) y vitamina C. También posee algunas del complejo de vitamina B. Además la proteína (0,3%) y el fósforo (55%) que contiene son excepcionalmente altos para una fruta.

2.1.2.6. Consumo

Morton (1997) menciona que la uchuva o aguaymanto (Physalis peruviana) se puede consumir fresca, sola o en ensaladas, dándole un toque agridulce a las comidas. En algunos países como Colombia ya se está procesando para obtener productos como mermeladas, yogurt, dulces, helados, conservas enlatadas y licores. También sirven de elemento decorativo (de la misma forma que una cereza) para adornar tortas y pasteles.

2.2. Antecedentes Balsar et al (2014) en su investigación: “Cinética de deshidratación de filetes de salmón y trucha usando vacío ultrasónico secado como una nueva técnica”. En este estudio, se utilizó una novedosa técnica de secado por ultrasonidos (USV) para acortar el tiempo de secado de filetes de pescado. Para este propósito, el tratamiento ultrasónico y el secado al vacío se realizaron simultáneamente para deshidratar filetes de salmón y trucha a 55 C, 65 C y 75 C. Además, se comparó la técnica USV con secado al vacío y técnicas de secado en horno. La cinética de deshidratación de los filetes fue exitosa descrito por siete modelos de secado de capa delgada con rango R2 entre 0.944 y 1.000. Dependiente

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en temperaturas de secado y especies de peces, los tiempos de secado podrían acortarse usando la técnica USV entre 7.4% y 27.4% en comparación con el secado al vacío. La difusividad de humedad efectiva más alta era determinado en los filetes secados con la técnica USV y aumentaron al aumentar las temperaturas de secado. El tratamiento ultrasónico aceleró el proceso de secado al vacío para los filetes; por lo tanto, esta técnica podría usarse para mejorar la eficiencia del secado al vacío para los filetes. Sobrado y Luna (2017) en su investigación, “Diseño y construcción del prototipo secador de vacio y su aplicación en el secado de aguaymanto (Physalis peruviana)”, menciona que, Las características técnicas del prototipo secador a vacío fueron principalmente sus 3 partes fundamentales: cabina de secado, la fuente de calentamiento y el sistema de vacío el que alcanzó a 15KPa de presión absoluta. Los tratamientos fueron aplicados de la siguiente manera: (T1: 10 KPa – 45°C, T2: 15 KPa – 45°C, T3: 10 KPa – 50°C, T4: 15 KPa – 50°C, T5: 10 KPa – 55°C, T6: 15 KPa – 55°C y el T0: testigo secado convencional a 55°C por 24 horas). La eficiencia del prototipo fue superior al convencional con respecto a los análisis de humedad y tiempo de secado el tratamiento más veloz fue el T6 de 55°C a 15KPa de presión absoluta, alcanzando el menor contenido de humedad y menor tiempo; siendo superior al T0 de secado en bandejas por aire caliente, que en tiempo disminuyó de 100% a 14.013%. Por otro lado, la evaluación del contenido de la vitamina C, el tratamiento que registró el mayor contenido de este nutriente fue T6 de 55°C a 15KPa de presión absoluta, superando al T0 a 55°C.

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Las mejores características organolépticas con respecto al sabor, textura y color fueron los tratamientos el T3 de 50°C a 10KPa de presión absoluta habiéndose igualado al T0, con un cualitativo promedio de Bueno Betoret et al (2015) en su investigación: Análisis por la termodinámica irreversibles no lineales de composicional y los cambios estructurales ocurridos durante el secado de aire de vacío manzana impregnada (cv Granny smith.): El calcio y trehalosa efectos, resume: Las hojuelas de manzana se impregnaron con soluciones isotónicas de sacarosa y trehalosa con y sin calcio. Además y después de secó al aire. En los experimentos de impregnación al vacío, el calcio y la sustitución de sacarosa por trehalosa no tuvieron efecto significativo sobre la deformación volumétrica final de las muestras. Durante el secado al aire se consideraron dos etapas de cambios. La primera de ellas duró hasta la saturación de la fase líquida intracelular, y la segunda a partir de la saturación de la fase líquida intracelular hasta al final del proceso de secado. La transferencia de masa se ha analizado la aplicación de la termodinámica irreversible no lineales. El Flujo de agua, el potencial químico del agua y la contracción del tejido se han tenido en cuenta para describir con precisión los fenómenos de transferencia de masa durante el secado al aire. Una definición precisa de química potencial permitió la estimación de la energía molar parcial necesario para roturas y el reversible y deformaciones irreversibles de la estructura de los tejidos acoplados con la transferencia de masa durante el secado de aire de manzana. Uribe et al (2015) en la investigación: Evaluación de menta seca al vacío (Mentha piperita L.) como fuente de antioxidantes naturales, resumen que: “El propósito de este estudio fue investigar el efecto de la temperatura en el proceso de secado al vacío de la Mentha piperita L. (50 a 90°C). En general, los procesos de

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secado afectan a la calidad del producto, sin embargo, el secado a vacío trabaja bajo presiones subatmosféricas. Con el fin de investigar cómo la temperatura afecta esta hierba, en cuanto a color, clorofila, fenoles totales (TPC), total (TFC) contenido en flavonoides, actividad antioxidante por Métodos DPPH y ORAC. También se evaluaron los minerales, vitamina C y azúcar contenido. Se observó un ligero cambio en el color y el contenido de clorofila en las muestras. Los valores más altos para el TPC, TFC y actividad antioxidante se obtuvieron de los métodos de a 50 y 70°C sin embargo, una disminución en el contenido de vitamina C fue observado. No se encontraron minerales como K, Ca, Mg y Na. La sacarosa mostró el más alto contenido de azúcar. Este trabajo sugiere que M. piperita L. se puede utilizar como un antioxidante natural, ya sea fresca o seca.

2.3.

Hipótesis

2.3.1. Hipótesis general Las características de calidad con respecto a la vitamina C y carotenos del Aguaymanto seco pueden mejorarse con el uso del secador a vacío combinado con ultrasonido.

2.3.2. Hipótesis específicos -

Si utilizamos diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido entonces podremos disminuir la perdida de

contenido de vitamina C y carotenos en la obtención

de Aguaymanto deshidratado. -

Si utilizamos diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido entonces podremos obtener menor humedad en el aguaymanto con respecto al tiempo de secado.

16

-

Si utilizamos diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido entonces podremos obtener mejores características físico-químicas del aguaymanto deshidratado.

-

Si utilizamos diferentes condiciones de vacío combinado con ultrasonido entonces podremos obtener mejores características organolépticas del aguaymanto deshidratado

2.4.

Variables y Operacionalización de variables.

2.4.1. Variable independiente

X1= Potencia de ultrasonido. X2= Presión de vacío X3= Temperatura de secado

2.4.2. Variable dependiente Y1= Rendimiento Y2= Contenido de humedad Y3= Contenido vitamina C y carotenos Y4= Características físico-químicas: pH, acidez y ° brix. Y5= Características sensoriales: Sabor, color y textura.

2.4.3. Variable interviniente -

Humedad inicial

-

Área m2 de secado

-

Índice de madurez 17

2.4.4. Operacionalización de variables. Cuadro 5, se muestra la operacionalización de las variables para el estudio. DEFINICION DE VARIABLES

INDICADORES

Variables independientes.

X1= Características técnicas del X1= Potencia de ultrasonido prototipo. X1,1= 50 W X1,2= 100 W X2= Presión de vacío X2= Presión absoluta X3= Temperatura de secado X2,1= 10 kPa X2,2= 15 kPa X2,3= testigo (sistema aire forzado) X3= Temperatura X3,1= 50 °C X3,2= 55 °C X3,3= testigo (sistema aire forzado 55°C)

Variables dependientes.

Y1= Rendimiento Y2= Eficiencia Y3= Costo de operación. Y4= Contenido de vitamina C Y5= Sabor, color y textura.

Y1= Rendimiento Y1, 1= kg de aguaymanto seco/kg de materia prima. Y2= Contenido de humedad Y2,1= kg de Aguaymanto seco/tiempo Y3= Contenido de vitamina C y carotenos Y3, 1= mg / 100g de Aguaymanto seco Y4= Características físico-químicas Y4,1 = pH Y4,2 = Brix Y4,3 = Ácidez titulable Y5= Características sensoriales. Y51 = Sabor Y52 = color Y51 = textura

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III

3.1.

MATERIALES Y MÉTODOS

Tipo y nivel de investigación De acuerdo al tipo de investigación pertenece a la investigación aplicada y de acuerdo al nivel pertenece a la investigación experimental.

3.2.

Lugar de ejecución Prueba experimental El proceso de secado se realizará en las instalaciones del laboratorio de Operaciones unitarias, los análisis en los laboratorios de Físico-química y análisis por instrumentación de la Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial en la provincia de Huánuco, en el departamento de Huánuco.

3.3.

Población, muestra y unidad de análisis Población. La población en cuanto a la materia prima está conformada por los frutos de aguaymanto procedentes del Centro Poblado Micho del distrito de Chinchao de la provincia de Huánuco, de la región de Huánuco. En cuanto al producto procesado se hace referencia al aguaymanto deshidratado con vacío y ultrasonido. Muestra. Se trabajará con cargas 1 kg de frutos por tratamiento, siendo un total de 9 tratamientos incluyendo al testigo, por tres repeticiones para cada tratamiento.

19

3.4.

Tratamientos en estudio Los tratamientos en estudio son el total 10 incluyendo al testigo.

Cuadro 6. Se muestra los tratamientos del trabajo de investigación. Tratamientos

3.5.

Descripción del tratamiento

T1

P vacío = 10 kPa a 50 °C, y 50 W

T2

P vacío = 10 kPa a 50 °C, y 100 W

T3

P vacío = 15 kPa a 50 °C, y 50 W

T4

P vacío = 15 kPa a 50 °C, y 100 W

T5

P vacío = 10 kPa a 55 °C, y 50 W

T6

P vacío = 10 kPa a 55 °C, y 100 W

T7

P vacío = 15 kPa a 55 °C, y 50 W

T8

P vacío = 15 kPa a 55 °C, y 100 W

T0

Testigo: bandejas de aire forzado a 55°C

Prueba de hipótesis Hipótesis nula Ho: No existen diferencias entre los tratamientos en estudio relacionados al uso del secado a vacío combinado con el de bandejas de aire caliente con respecto al contenido de vitamina C y carotenos del aguaymanto seco. Ho: T0 = T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = T8 = 0

Hipótesis Alternativa H1: Al menos uno de los tratamientos en estudio relacionados al secado de vacío combinado con ultrasonido con el de bandejas de aire caliente con respecto al contenido de vitamina C y carotenos del aguaymanto seco es diferente. H1: Al menos Tn ≠ 0 20

3.5.1.

Diseño de la investigación Para el caso de las variables continuas, las que se ajustan a la evaluación del contenido de vitamina C y carotenos, y las características físico químicas, se utilizará la Metodología de Superficies de Respuesta (RSM), el que hace referencia a un diseño de arreglo factorial de 3 factores y cada factor con 2 niveles.

Modelo aditivo lineal. la función de respuesta para los niveles de dos factores se puede expresar utilizando un polinomio de primer grado: Ƴ = β0 + β1

x

1+

β2

x

2

donde β0, β1, β2 son los coeficientes de regresión a estimar,

x yx 1

2

representan

los niveles de x1 y x2 respectivamente. Suponiendo que se dispone de N≥3 valores de respuesta (Y), con los estimadores b0, b1 y b2 se obtienen β0, β1 y β2 respectivamente.

Para el caso de las variables discretas, se utilizará la Prueba no paramétrica de Friedman (α = 0.05), las que se ajustan a la evaluación organoléptica de un panel semi-entrenado. 3.5.1.1.

Datos a registrar

Se registrarán el resultado obtenido de los análisis del contenido de vitamina C, carotenos, características físico-químicas y organolépticas con respecto al aguaymanto. 21

3.5.1.2.

Técnicas e instrumentos de recolección y procesamiento de la información.

La información se obtendrá mediante datos de fuentes secundarias y datos de fuentes primarias. Para la obtención de datos de las fuentes secundarias, se utilizará la técnica de investigación documental o bibliográfica que comprenderá: • Análisis documental: que permitirá el análisis del material a estudiar y precisarlo desde un punto de vista formal y luego desde su contenido. • Análisis de contenido: estudiar y analizar de una manera objetiva y sistemática el documento leído. • Fichaje: se utilizará para registrar aspectos esenciales de los materiales leídos y que ordenadas sistemáticamente nos servirán de valiosa fuente para elaborar el marco teórico, donde los instrumentos de investigación fueron las fichas de investigación (comentario y resumen), fichas de registro (Bibliográficas, hemerográficas e internet). Así mismo se utilizarán otros instrumentos como memorias USB, CDs, DVDs y otros medios de almacenamiento. De la misma manera, se obtendrán los datos de las fuentes primarias, utilizando la técnica de la observación e investigación, esta técnica nos permitirá obtener información sobre los indicadores de las variables dependientes

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Los instrumentos utilizados serán los equipos y materiales mencionados en los métodos a emplearse en la investigación, una libreta de apuntes y una computadora para procesar los datos a obtener.

3.6. MATERIALES Y EQUIPOS 3.6.1. Materia prima Frutos de aguaymanto (Physalis Peruviana). 3.6.2. Materiales  Envase de vidrio, termómetro, cocina semi – industrial, baldes , tapas para el envase de vidrio, bolsas plásticas para envasado y Vacuometro.

3.6.3. Equipos  Secador de vacío  Sistema de ultrasonido con cabezal de 40khz de 100w de potencia  Secador de bandejas  HPLC, marca Azura.

23

3.7. CONDUCCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN El presente trabajo de investigación, está al secado de vacío combinado con ultrasonido para la obtención de Aguaymanto seco, como se muestra en la figura 1. Determinación de las características de los frutos del aguaymanto

Proceso de secado a vacío con sonicación

Evaluación del contenido de vitamina C y carotenos en el Aguaymanto secado a vacío combinado con ultrasonido

Determinación de la humedad en función al tiempo de secado a vacío combinado con ultrasonido.

Evaluación de las características físico-químicas del Aguaymanto secado a vacío combinado con ultrasonido

Evaluación de las características organolépticas del Aguaymanto secado a vacío combinado con ultrasonido

Figura 1. Conducción de la investigación

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3.7.1. Determinación de las características del fruto de aguaymanto Esta etapa consistirá en identificar las características biométricas y físicoquímicas como pH, Acidez y grados brix de los frutos que se utilizarán en el proyecto, de acuerdo a los procedimientos de la AOAC (2008). 3.7.2. Proceso de secado a vacío con sonicación Para el secado con diferentes tratamientos se evaluarán siguiendo el diagrama de flujo, de la figura 2. a. Recepción de la fruta: se recepcionará el aguaymanto teniendo en cuenta el índice de madurez de color anaranjado y nivel de conservación. b. Pesado 1: se pesará el fruto de aguaymanto con su capullo o cáscara, la cual nos permitirá determinar el rendimiento de la fruta, que a su vez será inspeccionada

para

iniciar

rápidamente

las

operaciones

de

acondicionamiento. c. Descalizado: en esta operación se desprenderá el cáliz o capucho del fruto de aguaymanto. d. Pesado 2: en esta operación se realizará el pesado del fruto pelado de aguaymanto, es decir sin su capullo, la cual nos permitirá determinar el rendimiento de la fruta. e. Lavado / Desinfectado: la operación de lavado consistirá en rociar el fruto sin cáliz para retirar la materia extraña adherida al fruto con abundante agua. Luego se sumergirá en una tina de agua con hipoclorito de sodio a 100ppm por un tiempo de 10 min. una vez cumplido el tiempo se enjuagó con abundante agua. f. Seleccionado: Consistirá en separar los frutos sanos y limpios en grupos con características similares de tamaño, color, firmeza, textura y apariencia, principalmente, asimismo se separará los frutos magulladas y rajados de los frutos en buen estado de madurez.

25

g. Secado: se utilizará el secador a vacío combinado con ultrasonido, el aguaymanto se colocará en capas muy delgadas, los que serán sometidos a 6 horas de secado a diferentes parámetros de presión, temperatura y potencia. h. Clasificado: Una vez terminado la operación de deshidratado se realizará una clasificación en función al color, con la intención que los frutos secos sean homogéneos. i. Envasado: El aguaymanto deshidratado se envasará en bolsas de polietileno de acuerdo a los rendimientos logrados. j. Almacenamiento: la fruta seca se almacenará en condiciones ambientales adecuadas para conservar su calidad.

RECEPCIÓN M. P. PESADO 1 DESCALIZADO PESADO 2

Hipoclorito de sodio 100 ppm por 10 min.

LAVADO / DESINFECTADO SELECCIONADO SECADO DE ≠s TRATAMIENTOS

T0

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

CLASIFICADO

ENVASADO ALMACENADO

Figura 2. Flujograma de operaciones para la obtención de aguaymanto seco. 26

3.7.3. Evaluación del contenido de vitamina C y carotenos Para la evaluación del contenido de vitamina C se empleará la metodología por HPLC y para carotenos por espectrofotometría, a todos los tratamientos incluyendo el testigo.

Pertuzatti et al. (2015) para el caso de la medición de la vitamina C expresado en ácido ascórbico por HPLC, se pesan 10 gramos de muestra molida y se adiciona 30 mL de ácido metafosforico (4.5% en agua ultrapura), se homogeniza y se deja reposar por 1 hora, protegido de la luz. Luego se transfiere a un matraz de 50 mL y se completa con agua ultrapura. Se filtra la muestra, centrifuga (10000 rpm, 10 min, 4 °C). Por último, transfiere a viales de 1.5 mL para luego ser lecturados por el HPLC.

Sumanta (2014) de acuerdo a su metodología para medir carotenoides por espectrofotometría UV visible, se realiza la preparación de los extractos. Pesar 1 g de muestra y colocar en 6ml de solvente, se homogeniza en un homogenizador, centrifugar durante 15 minutos a 4 °C a 10000 rpm., a continuación se analiza en el espectrofotómetro a las absorbancias requeridas por cada disolvente. La ecuación utilizada para la cuantificación de clorofila-a, clorofila-b y el contenido de carotenoides. DISOLVENTES

ECUACIONES / FORMULA

Acetona al 80%

Ch-a = 12.25A663.2 - 279A646.8 Ch-b = 21.5A646.8 - 5.1A663.2 Cx+c = (1000A470 – 1.82Ca – 85.02Cb)/198

27

Etanol al 95%

Ch-a = 13.36A664 – 5.19A649 Ch-b = 27.43A649 -8.12A664 Cx+c = (1000A470 – 2.13Ca – 97.63Cb)/209

Dietil-Eter (DEE)

Ch-a = 10.05A660.6 – 0.97A642.2 Ch-b = 16.36A642.2 -8.12A660.6 Cx+c = (1000A470 – 1.43Ca – 35.87Cb)/205

Dimetil-

Ch-a = 12.47A665.1 – 3.62A649.1 Ch-b = 25.06A649.1 - 6.5A665.1 Cx+c = (1000A480 – 1.29Ca – 53.78Cb)/220

Sulfóxido(DMSO) Metanol

Ch-a = 16.72A665.2 – 9.16A652.4 Ch-b = 34.09A652.4 -15.28A665.2 Cx+c = (1000A470 – 1.63Ca – 104.96Cb)/221

Fuente: Sumanta (2014)

A = Absorbancia Ch-a =Clororfila a Ch-b = Clorofila b Cx+c = carotenoides

3.7.4. Determinación dela humedad en función al tiempo de secado a vacío combinado con ultrasonido Esta etapa consistirá en medir las humedades alcanzadas de los tratamientos según los protocolos basados en el AOAC sometidos a un tiempo de 6 horas. De acuerdo al Procedimiento de la AOAC (2000): -

Pesar 2 a 5 g de la muestra asignada sobre un crisol de porcelana previamente tarado, el cual debe siempre manejarse con pinzas.

-

Si se trata de una muestra solida debe reducirse a pequeños fragmentos y pesarse rápidamente. 28

-

Si la muestra es líquida (v.g. leche) evaporar sobre un baño de vapor por 10 -15 min, exponiendo la mayor parte de la superficie externa del crisol al vapor.

-

Llevar el crisol a la estufa de desecación calentada a 100 – 105 °C.

-

Después de aproximadamente 24 horas de calentamiento, enfriar el crisol en un desecador.

-

Pesar el crisol rápidamente

-

Repetir hasta lograr peso constante.

-

Calcular el porcentaje de acuerdo a la siguiente fórmula:

Pi = peso de la muestra antes del secado Pf = peso de la muestra después del secado

3.7.5. Evaluación de las características físico-químicas del Aguaymanto secado a vacío combinado con ultrasonido Esta etapa consistirá en identificar las características físico-químicas según los protocolos basados en el AOAC (2000) para la Acidez, pH y sólidos solubles de los frutos secos. La acidez titulable es el porcentaje de peso de los ácidos contenidos en el producto. Se determina por el análisis conocido como titulación, que es la neutralización de los iones de hidrogeno de ácido con una solución de hidróxido de sodio de concentración conocida. Este álcali se adicionara con una bureta pues verticalmente es un soporto universal. La neutralización de los iones de hidrogeno o acidez se mide por medio del pH. El ácido se neutraliza con base a un pH de 8.3. El cambio de la acidez a la alcalinidad se puede determinar con un indicador o con un potenciómetro. El indicador es una sustancia química, como la fenolftaleína, que de

29

diferentes tonalidades de color rojo para los distintos valores de pH. La fenolftaleína va de incolora a rosa cuando el medio alcanza un pH de 8.3. Para determinar la titulación la acidez de la muestra se efectúan las siguientes operaciones: -

Se llena una bureta con una solución de hidróxido de sodio, equivalente a 0.1 mol de este álcali. Esta es una solución 0.1 N.

-

Se toma la lectura de la cantidad de la solución de la bureta.

-

Se introduce en un frasco Erlenmeyer 5 g de la muestra en forma de solución.

-

Se adicionan 5 gotas de fenolftaleína al 1% como indicador.

-

Se adiciona gota por gota la solución de hidróxido de sodio. Al mismo tiempo se gira el Erlenmeyer con la muestra lentamente.

-

Cuando aparece el color rosa, se sigue girando el frasco por 15 segundos para ver si el color permanece, se determina la titulación.

-

Se toma la lectura en la bureta y se calcula la cantidad de hidróxido de sodio usada para neutralizar la acidez de la muestra.

Para el cálculo de la acidez titulable La acidez del producto se expresa como el porcentaje de peso del ácido que se encuentra en la muestra. El cálculo de la acidez titulable se efectua mediante la siguiente formula. % de acidez = A x B X C

x 100

D Dónde: A = Cantidad en mililitros de álcali o sosa usada. B= normalidad de la sosa usada. C= pesado equivalente expresado en gramos del ácido predominante en el producto. D= peso de la muestra en miligramos.

30

Para la medición del pH se inicia con la Calibración del pHmetro Digital -

Verter sobre en cada vaso de precipitado de 100ml las soluciones buffer de pH 4 y pH 7 respectivamente.

-

Ahora sumergir el pHmetro digital en la solución de pH 4

-

Encender el pHmetro y esperar hasta que el resultado sea un numero constante y regular con el desarmador hasta igualar el pH de 4.

-

Enjuagar el electrodo con agua destilada sin sacudirlo.

-

Ahora sumergir el pHmetro digital en la solución de pH 7

-

Encender el pHmetro y esperar hasta que el resultado sea un numero constante y regular con el desarmador hasta igualar el pH de 7.

-

Enjuagar el electrodo con agua destilada sin sacudirlo, y luego está listo para ser usado.

Y para la medición del pH se continua con los siguientes pasos: -

8.

Obtener la pulpa de la fruta y verter sobre un vaso de precipitado

de 100ml ó 250ml. -

9.

Ahora sumergir el pHmetro digital

-

10. Encender el pHmetro y esperar hasta que el resultado sea un numero constante.

La metodología para medición de sólidos solubles expresado en ° Brix inicia con la calibración del Refractómetro -

Poner una o dos gotas de agua destilada sobre el prisma.

-

Cubrir el prisma con la tapa con cuidado.

-

Al cerrar, la muestra debe distribuirse sobre la superficie del prisma. Una vez ubicada el agua destilada, ésta debe ser cubierta con la tapa de acrílico, que además debe ser movida ligeramente para conseguir repartir más homogéneamente.

-

Orientando el aparato hacia una fuente de luz (generalmente solar), mirar con el ojo a través del campo visual.

-

En el campo visual, se verá una transición de un campo claro a uno oscuro. Con un destornillador graduar el límite en cero.

31

-

Luego abrir la tapa y limpiar la muestra del prisma con un pedazo de papel toalla o algodón limpio y mojado. Ahora el refractómetro está listo para ser usado.

Seguidamente para la medición de los sólidos solubles, se basan en: -

Poner una o dos gotas de la muestra sobre el prisma.

-

Cubrir el prisma con la tapa con cuidado.

-

Al cerrar, la muestra debe distribuirse sobre la superficie del prisma. Se debe evitar la formación de burbujas de aire, ya que estas podrían tener un efecto negativo en el resultado de la medición. Una vez ubicada la muestra, ésta debe ser cubierta con la tapa de acrílico, que además debe ser movida ligeramente para conseguir repartir más homogéneamente la muestra analizada.

-

Orientando el aparato hacia una fuente de luz (generalmente solar), mirar con el ojo a través del campo visual.

-

En el campo visual, se verá una transición de un campo claro a uno oscuro. Leer el número correspondiente en la escala, éste representa los ºBrix.

-

Luego abrir la tapa y limpiar la muestra del prisma con un pedazo de papel o algodón limpio y mojado.

-

Con ayuda de la información bibliográfica sobre la fruta el alumno podrá comparar y discutir.

3.7.6. Evaluación organoléptica En esta etapa de evaluación se realizará los análisis sensoriales al aguaymanto seco con 15 panelistas semi-entrenados aplicando la escala hedónica del 1 al 7, siendo el mayor cualitativo el 7. Los panelistas serán estudiantes del quinto y cuarto año de la Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la UNHEVAL.

32

3.8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ACTIVIDADES AGO

Recopilación de información

X

Presentación, revisión y aprobación del proyecto

X

SET

OCT

NOV

DIC

X

Trabajo experimental

X

X

X

Procesamiento de datos

X

X

Redacción y corrección

X

X

Presentación del informe final, revisión y sustentación

X

X

3.9. RECURSOS: HUMANOS, MATERIALES Y FINANCIEROS.

3.9.1. Recursos humanos Para el desarrollo del presente proyecto de investigación, será necesario contar con los siguientes recursos:

33

3.9.1.1. Responsables de la investigación

a. Tesistas GINA LILIANA CAPCHA FABIAN b. Responsabilidades  Desarrollo del trabajo de investigación  Ejecución de las evaluaciones y procesamiento de datos. c. Asesor. Ing. ESTACIO LAGUNA, ROGER d. Responsabilidades:  Coordinación para el desarrollo del estudio, ejecución de las evaluaciones y procesamiento de datos, apoyo constante en los análisis que comprende el trabajo de investigación.  Proporcionar la información secundaria relevante para el estudio del diseño y construcción del prototipo destilador.  Apoyo en el análisis de datos, redacción del proyecto e informe final de tesis. 3.9.2. Recursos materiales Todos los reactivos de evaluación serán comprados en la ciudad de Lima y equipos para la evaluación serán usados en los laboratorios de la EAPIA.

34

3.10. PRESUPUESTO

Cantidad

Descripción

Costo (S/.)

Sub Totales

Materiales de escritorio 1000

Papel Bond A4

30,00

4

Lapiceros

2.00

2

Lápices

2,00

1

Tajador de Lápiz

1,00

10

Folder Manila

5,00

2

Cuadernos de Apuntes

3,00

2

Memoria USB (2GB)

4

DVD s

40,00 4,00

Total

87,00

Materiales para la investigación y Materia prima 25 Kg Aguaymanto

150,00

100 Envases de vidrio(c/unid: 0.70)

70.00

100 Tapas de plástico(c/unid: 0.20)

20.00 100.00

Gastos de comisión    

20.00

Costo de flete Movilidad local Alimentación Hospedaje

50.00 35.00

Total gasto de comisión

205.00

Total

650,00

Costo de estudio Pasaje de movilidad

300,00

Copias fotostáticas

30,00

Internet

45,00

Tinta

40.00

Cartucho

120.00

Impresión

50.00

35

Total

Anillado

18,00

Encuadernado

120,00

Gasto de sustentación

550,00

Total

1273,00

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

3555.00

Imprevisto 10%

355.50

COSTO TOTAL APROXIMADO DE LA INVESTIGACIÓN

36

S/. 2010.00

IV.

LITERATURA CITADA

1. AOAC (Association of Official Analytical Chemists). 2000. International: “Official Methods of Analysis”. 17ªed. Gaithersburg, USA. 2. BAŞLAR, M., KILIÇLI, M., & YALINKILIÇ, B. 2014. Dehydration kinetics of salmon and trout fillets using ultrasonic vacuum drying as a novel technique. Ultrasonics sonochemistry, 3. BRENNAN, J.G.2006. Manual del Procesado de los Alimentos. Edición en lengua española. Editorial Acribia. Zaragoza. España 4. BETORET E. et al. 2014.

Analysis by non-linear irreversible thermodynamics of

compositional and structural changes occurred during air drying of vacuum impregnated apple (cv. Granny smith): Calcium and trehalose effects. Journal of Food Engineering - ELSEVIER. Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari, Alma Mater Studiorum Universitá di Bologna, Piazza Goidanich 60, 47023 Cesena, Italy b Institute of Food Engineering for Development, Department of Food Technology, Universitat Politècnica de Valencia. España. 5. COLINA IREZABAL, María L. 2010. Deshidratación de Alimentos. Primera Edición. Edit. Trillas. México. 6. DE LA FUENTE‐BLANCO S., E. Riera--‐Franco de Sarabia, V.M. Acosta--‐Aparicio,A. Blanco-Blanco and J.A. Gallego--‐Juárez. 2006.Food drying process by power ultrasound. 7. DOPF L. 1998. Aguaymanto. Consultado 7 de marzo 2014 (en línea). Disponible en la página. http://espejodelperu.com.pe. 8. ENCINA, C.; Ureña, M.; Repo, R. 2007. “Determinación de los compuestos bioactivos del Aguaymanto (Physalis peruviana) y de su conserva en almíbar maximizando la 37

retención de ácido ascórbico”. Disponible en la página: http://www.guzlopeditoras.com 9. MORTON J. 1997. Aguaymanto (Physalis peruviana). Disponible en la página. http://es.wikipedia.org.com 10. PEÑA, R.F.; Cortés, M.; Gil, J.H. 2013. “Estabilidad Fisicoquímica y Funcional de Uchuva (Physalis peruviana L.) Impregnada a Vacío con Calcio y Vitaminas B9, D y E, Durante el Almacenamiento Refrigerado”. Disponible en la página. 11. PERTUZATTI, P. B., Sganzerla, M., Jacques, A. C., Barcia, M. T., & Zambiazi, R. C. 2015. Carotenoids, tocopherols and ascorbic acid content in yellow passion fruit (Passiflora edulis) grown under different cultivation systems. LWT-Food Science and Technology, 64(1), 259-263. 12. Revista Colombiana de Ciencia y Tecnología de Alimentos (2011) en su publicación de la investigación “Efecto de la aplicación de ondas de ultrasonido sobre las propiedades fisicoquímicas, reológicas y microbiológicas de pulpa (mangifera

indica

l.)

Variedad

común.

Disponible

en

de mango la

página:

http://alimentoshoy.acta.org.com. 13. SOBRADO F., A. y LUNA V., E. 2017. Diseño y construcción del prototipo secador de vacio y su aplicación en el secado de aguaymanto (Physalis peruviana). Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial – UNHEVAL. Huánuco - Perú 14. SUMANTA. 2014.Spectrophotometric Analysis of Chlorophylls and Carotenoids from

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16. URIBE, E. et al. 2015. Assessment of vacuum-dried peppermint (Mentha piperita L.) as a source of natural antioxidants. Department of Food Engineering, La Serena University. La Serena – Chile. 17. VELÁSQUEZ & MESTANZA, 2003. Manejo agronómico de Physalis peruviana, Editora Macro, Perú. 18. VELESMORO J. Jill. 2004. “Perfil de mercado del aguaymanto”. Cajamarca - Perú. Disponible en la página web: www.sica.gov.ec

39