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ELABORACIÓN DE BEBIDAS DE NOPAL (OPUNTIA FICUS-INDICA) ENRIQUECIDA Y SABORIZADA CON JUGO DE NARANJA NOPAL (OPUNTIA FICUS-INDICA) BEVERAGE PROCESSING OF ENRICHED WITH ORANGE JUICE Martha Arpi Mendoza; Flor Canaza Calachua; Dennys Espinoza Mendoza; María Elena Ortiz Peñaloza; Leslie Yanarico Colquehuanca. Pregrado de la Escuela Profesional de Ingeniería Química. Agroindustrias y Alimentos 1

RESUMEN El presente trabajo de investigación está enfocado a la elaboración de un jugo funcional a partir de nopal (opuntia ficus-indica), enriquecida y saborizada con zumo de naranja. Se optó por usar esta planta por sus propiedades y bondades nutricionales ampliamente documentadas. El nopal tiene elevado contenido de vitaminas A, C, K y complejo B, además de los minerales que aporta, asi mismo presenta un elevado contenido de fibra, por todo lo antes mencionado el jugo de nopal es una buena alternativa alimenticia. El proceso productivo consiste en eliminar la cáscara y fibra no deseada del nopal mediante operaciones de limpieza, cortado, escaldado y obtención del mucilago mediante inmersión en agua sometida a calentamiento, todas las operaciones se realizaron bajo estrictas condiciones de limpieza e inocuidad. Se realizó un ensayo utilizando el método adsorción empleando carbón activado, para eliminar el sabor amargo provocado por la elevada concentración de clorofila, los resultados obtenidos por la adsorción se rechazaron por ser poco eficientes respecto a la cantidad de muestra que se pueda tratar. Por lo tanto, se eligió el uso de tratamiento térmico para la inactivación de la clorofila. Se añadió zumo de naranja y azúcar para mejorar su sabor y aroma. Se realizó pruebas organolépticas para determinar la proporción de componentes (mucilago, jugo de naranja y azúcar) adecuada para la formulación del jugo de nopal saborizado. Por último, se agregó como conservante el sorbato de potasio en una proporción de 1g/L. El envasado de productos se hizo en botellas PET esterilizadas. Se realizó en análisis de varianza (ANOVA) para determinar la formulación más aceptada por los factores: sabor, olor y color, utilizando un panel de 25 degustadores. La formulación C (50 g azúcar,250 ml agua-gel,150 ml jugo de naranja) fue la más aceptada para los tres factores. Palabras claves: jugo, nopal, naranja, mucílago, operaciones, inocuidad, propiedades organolépticas, ANOVA.

ABSTRACT The present research work is focused on the elaboration of a functional juice from nopal (opuntia ficusindica), enriched and flavored with orange juice. We chose to use this plant for its properties and nutritional benefits documented. The nopal has a high content of vitamins A, C, K and B complex, in addition to the minerals it provides such as calcium, potassium, magnesium and manganese, likewise it has a high fiber content, for all the aforementioned nopal juice It is a good food alternative. The productive process consists of eliminating the unwanted rind and fiber of the cactus by cleaning, cutting, scaling and obtaining the mucilage by immersion in water subjected to heating, all operations were carried out under strict conditions of cleanliness and safety. An assay was performed using the adsorption method using activated carbon, to eliminate the bitter taste caused by the high concentration of chlorophyll, the results obtained by the adsorption were rejected because they are not very efficient with respect to the amount of sample that can be treated. Therefore, the use of heat treatment for the inactivation of chlorophyll was chosen. Orange juice and sugar were added to improve its flavor and aroma. Organoleptic tests were carried out to determine the proportion of components (mucilage, orange juice and sugar) suitable for the formulation of flavored nopal juice. Finally, potassium sorbate and sodium benzoate in a proportion of 1 g / L were added as a preservative. The packaging of products was done in sterilized PET bottles. An analysis of variance (ANOVA) was carried out to determine the formulation most accepted by the factors: taste, smell and color, using a panel of 25 tasters. Formulation C (50 g of sugar, 250 ml of water-gel, 150 ml of orange juice) was the most accepted for all three factors. Keywords: juice, prickly pear, orange, mucilage, operations, innocuous, organoleptic properties, ANOVA.

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INTRODUCCIÓN OBJETIVO: El objetivo del estudio fue elaborar bebidas funcionales con nopal enriquecida y saborizada con jugó de naranja, para el aprovechamiento de las propiedades del nopal tales como su elevado contenido de vitaminas A, C, K y complejo B, además de los minerales que aporta, donde se evaluaron los parámetros de sabor, dulzor y cantidad de mucílago de nopal. VARIABLES DE ESTUDIO: -

Características organolépticas. pH del néctar y jugo nopal Grados Brix° Densidad

El nopal es un vegetal miembro de la familia de las cactáceas (cactus), del género opuntia, del cual se describen cerca de 300 especies. Se presenta a menudo en forma de arbustos o plantas rampantes; originario del continente americano; se le encuentra distribuido desde Canadá hasta Argentina y preferentemente en todas las zonas áridas y semiáridas. Dadas las características morfológicas y fisiológicas que presenta esta planta, le permite soportar condiciones ambientales desde escasa precipitación hasta altas y bajas temperaturas1. Los cladodios, tallos del nopal, también conocidos como palas o pencas, son articulados aplanados y con tejidos carnosos; en el centro de la penca se encuentra una red bilateral del tejido celulósico que con el transcurso del tiempo se endurece, dándole a ésta una constitución rígida; la forma y el grosor de las pencas es variable, así como su

color, el mismo que varía del verde claro hasta el gris o ceniza, según la edad de la planta2. Se sabe que esta planta no necesita mayores cuidados en su cultivo; los tunales pertenecen al núcleo de cultivos del futuro que han comenzado a despertar de su desértico letargo3. Granados (1991)4 menciona que la composición química del nopal, y en general de las cactáceas, varía en las distintas especies y también dentro de una misma especie. Los carbohidratos que se encuentran en este tipo de vegetal son monosacáridos, disacáridos y polisacáridos5. El presente trabajo está enfocado a proponer un uso agroindustrial del cladodio de nopal ya que tiene suficientes nutrientes para que pueda formar parte de nuestra dieta. En estos últimos tiempos es importante recibir una dieta a base de alimentos naturales, por ello se ha considerado esta planta que puede ser una de las muchas alternativas para su consumo. El desconocimiento sobre las características de color, sabor, palatabilidad, valor nutritivo, etc. de los productos que se obtienen del nopal, así como las mejores variedades para determinado propósito y la forma de establecer el cultivo de nopal y sus cuidados, han sido factores que desde un principio limitaron el uso, producción y comercialización de este. Para la realización de este proyecto se plantearon los siguientes objetivos: determinar las características organolépticas del cladodio de nopal, analizar la composición químicobromatológico del cladodio del nopal y utilizarla como complemento en la alimentación del hombre y preparación de productos alimenticios a base de

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cladodio de nopal, para este proyecto será una bebida sabor a naranja. Descripción de la planta Los nopales han sido descritos por numerosos autores (Bravo,1990; Sudzuki et al., 1993; Barbera et al., 1999; Nobel y Bobich, 2002); por lo tanto, aquí se hace solo una breve descripción debido al interés que presentan las diferentes partes de la planta para su industrialización. Los nopales son plantas arbustivas, rastreras o erectas que pueden alcanzar 3,5 a 5 m de altura. El sistema radical es muy extenso, densamente ramificado, rico en raíces finas absorbentes y superficiales en zonas áridas de escasa pluviometría. La longitud de las raíces está en relación con las condiciones hídricas y con el manejo cultural, especialmente el riego y la fertilización. Los tallos suculentos y articulados o cladodios, comúnmente llamados pencas, presentan forma de raqueta ovoide o alongada alcanzando hasta 6070 cm de longitud, dependiendo del agua y de los nutrientes disponibles. Cuando miden 10-12 cm son tiernos y se pueden consumir como verdura. El aumento del área del cladodio dura alrededor de 90 días. Sobre ambas caras del cladodio se presentan las yemas, llamadas aréolas, que tienen la capacidad de desarrollar nuevos cladodios, flores y raíces aéreas según las condiciones ambientales. Las aréolas presentan en su cavidad espinas, que generalmente son de dos tipos: algunas pequeñas, agrupadas en gran número (gloquidios)- comúnmente se llaman aguates- y las grandes que son, según algunos botánicos, hojas

modificadas (Granados y Castañeda, 1996)4. Cuando el hombre entra en contacto con la planta las espinas se pueden desprender y penetrar en la piel, constituyendo un serio inconveniente tanto para la cosecha de los frutos como para el procesamiento y consumo de estos. Los tallos se lignifican con el tiempo y pueden llegar a transformarse en verdaderos tallos leñosos, agrietados, de color ocre blancuzco a grisáceo. Las flores son sésiles, hermafroditas y solitarias, se desarrollan normalmente en el borde superior de las pencas. Su color es variable: hay rojas, amarillas, blancas, entre otros colores6. La Figura 1 esquematiza las partes de la Opuntia ficus indica, se identifica: 1) Flor,2) Fruto. 3) Cladodio o Penca y 4) Espinas.

Figura 1: Esquema de la Opuntia Ficus Indica Composición química general La tabla 1 muestra la composición química del nopal fresco. Los cladodios tienen interés desde el punto de vista industrial ya que cuando los brotes son tiernos (10-15 cm) se usan para la producción de nopalitos y cuando están parcialmente lignificados (cladodios de 2-3 años), para la producción de harinas y otros productos.

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Parámetro Contenido Porción comestible 78.00 Energía (kcal) 27.00 Proteínas (g) 1.70 Grasas (g) 0.30 Carbohidratos (g) 5.60 Calcio (mg) 9.00 Hierro (mg) 1.60 Tiamina (mg) 0.03 Riboflavina (mg) 0.06 Niacina (mg) 0.03 Ascórbico (mg) 8.00 Tabla 1 Composición química de l00g de nopal fresco. Fuente: De la Rosa, 2001

Actualmente, el nopal tiene múltiples usos, entre los que se encuentran los siguientes: Parámetro Contenido Humedad 83.8 – 91.0 Proteínas 0.21 – 1.60 Grasa 0.09 - 0.7 Fibra 0.02 -3.16 Cenizas 0.40 - 0.51 Azucares totales 8.10 - 14.06 Vitamina C (mg/100 g) 4.1 - 25.0 Β-carotenos (mg/100 g) Trazas- 0.53 pH 6.0 - 6.5 Tabla 2 Composición química de la pulpa de tuna (g/100 g pulpa). Fuente: Pimienta (1990) Potencial de la utilización integral del nopal Tal como se ha señalado, los nopales son dignos de ser considerados para la industrialización no solo por sus frutos y cladodios. Del mismo modo que cualquier otro vegetal utilizado para consumo humano, la tuna y los cladodios se conservan y transforman aplicando

tecnologías equivalentes de procesamiento, y existen alimentos tradicionales preparados en base a tuna y nopalitos. Se cuentan entre ellos alimentos en base al fruto: mermeladas, jugos y néctares; productos deshidratados; jugos concentrados, jarabes y licores. En base a los cladodios se encuentran, entre otros, encurtidos, jugos, mermeladas y productos mínimamente procesados. Además, existen en estas plantas valiosos y atractivos compuestos funcionales que pueden ser extraídos y utilizados para formular y enriquecer nuevos alimentos, para formar parte de la cada vez más cotizada gama de aditivos naturales (gomas, colorantes) tanto para la industria alimentaria como farmacéutica y cosmética, para formular suplementos alimenticios, ricos en fibra o con fines de control de la diabetes o la obesidad, entre otros. Por otra parte, es importante la utilización indirecta de la planta como hospedero de la cochinilla del carmín para producir colorantes naturales. Sin duda, la posibilidad de utilización integral de esta especie es de especial atractivo e interés para el sector agroindustrial, ya que toda industria busca obtener el máximo provecho de sus materias primas. Es una forma específica de aumentar la rentabilidad de la empresa y además se evita la eliminación de desechos. Estos, al ser producidos, pasan no solo a formar parte de las pérdidas de los procesos, influyendo directamente en la rentabilidad de los mismos, sino que, además, si no son tratados oportuna y

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adecuadamente, pueden contaminar el entorno como residuos líquidos o sólidos, provocando en ocasiones daños ambientales irreversibles. En la tabla 3 se presenta un esquema de algunas alternativas de procesamiento integral que tienen los nopales. Uso de los cladodios del nopal en productos alimenticios Jugos y bebidas El jugo de nopal es el extracto obtenido de la molienda y prensado de los nopalitos. El proceso de obtención del jugo de nopal consiste en moler en un equipo industrial o doméstico (licuadora) los nopalitos previamente desespinados y cortados; para facilitar el proceso se adiciona agua y el licuado obtenido se filtra para separar los sólidos en suspensión del líquido. En México el jugo de nopal es producido por una empresa que lo mezcla con jugo de guayaba y lo comercializa en el mercado nacional y de exportación. Además, se encuentra en el mercado un producto denominado «agua de nopal», bebida elaborada con jugo de nopal y azúcar. Otros productos de interés, son los jarabes de nopal, que se elaboran en base a jarabe de sacarosa (55-75 °Brix) a los que se adiciona jugo de nopal. En Texas, Estados Unidos de América, existe una empresa que produce jarabes de zarzamora y arándano, adicionándoles mucílago de nopal. Rodríguez (1999) evaluó varias formulaciones de una bebida a base de nopal, utilizando nopalitos previamente escaldados a 95 ºC, licuados y filtrados.

Observaron que la mejor formulación era aquella en la que el licuado estaba diluido en agua al 30 por ciento adicionado de ácido cítrico hasta pH 3,5 y aspartamo, como edulcorante, en concentración de 1 g/335 ml. El producto se pasteurizó a 76 ºC durante 15,2 minutos, con escaso daño a los nutrientes o a otros compuestos termolábiles del producto. METODOLOGIA EXPERIMENTAL Insumos y reactivos      

Pulpa de nopal (cladodios) Jugo de naranja Solución de sacarosa (70%, Elaboración propia) Sorbato de Potasio (99%, Deltaquim) Agua Carbón activado (99%, Deltaquim)

Equipos        

Recipientes Ollas Botellas de plástico de 440 ml Cuchillos Extractor de jugo Colador Jarras Jeringa

Metodología para la obtención de Jugo de Nopal con Naranja Para obtener el material de estudio (jugo de nopal) se utilizaron pencas de nopal forrajero (Opuntia ficus-indica). Primero se obtuvo el mucílago del nopal, para ello se procedió a la selección pencas que estén en buen estado, luego se realizaron las operaciones unitarias de:

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“CORTADO” en el cual se hace la eliminación de la cutícula (donde se encuentra el mayor contenido de clorofila),” ESCALDADO” por un periodo de 5 minutos. Se procedió al licuado de pulpa de nopal con agua en una proporción de 1:8 Posteriormente se procedió a la obtención del jugo de naranja, se utilizó 2 kilos de naranja, las operaciones unitarias usadas fueron: limpieza, cortado, extracción del jugo y filtrado. Se obtuvo 3 litros de jugo de naranja. Para el mezclado se hizo pruebas de sabor y dulzor para seleccionar la mejor proporción para la fórmula del jugo de nopal utilizando pruebas organolépticas. Después de las pruebas organolépticas se procedió al mezclado del jugo de nopal con la solución de sacarosa en una proporción de 3:20, Luego a la mezcla se le agrego 450 ml de jugo de naranja. Por último, se agregó 1gr de Sorbato de potasio por cada litro de jugo. Se esterilizo las botellas de plástico y sus respectivas tapas. Y se procedió al embotellado.

Figura 1. Diagrama del proceso para la obtención de jugo de nopal con naranja Metodología para la obtención de Néctar de Nopal con Naranja y pulpa picada. Para obtener el material de estudio (néctar) se utilizaron pencas de nopal forrajero (Opuntia ficus-indica). Primero se obtuvo el mucílago del nopal, para ello se procedió a la selección pencas que estén en buen estado, luego se realizaron las operaciones unitarias de: “CORTADO” en el cual se hace la eliminación de la cutícula (donde se encuentra el mayor contenido de clorofila),” ESCALDADO” por un periodo de 5 minutos y “COCIDO” de la pulpa para la obtención del mucilago por un tiempo de 10 minutos. Posteriormente se procedió a la obtención del jugo de naranja, se utilizó 2 kilos de naranja, las operaciones unitarias usadas fueron: limpieza, cortado, extracción del jugo y filtrado. Se obtuvo 3 litros de jugo de naranja. Para el mezclado se hizo pruebas de sabor y dulzor para seleccionar la mejor proporción para la fórmula del jugo de nopal utilizando pruebas organolépticas. Después de las pruebas organolépticas se procedió al mezclado del jugo de nopal con la solución de sacarosa en una proporción de 3:20, Luego a la mezcla se le agrego 120 ml de jugo de naranja y pulpa picada de nopal. Por último, se agregó 1gr de Sorbato de potasio por cada litro de jugo.

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Se esterilizo las botellas de plástico y sus respectivas tapas. Y se procedió al embotellado.

Las bebidas elaboradas se formularon con una concentración de azúcar de 50 g/ 400 ml.

Figura 2. Diagrama del proceso para la obtención de néctar de nopal con naranja y pulpa picada. RESULTADOS

A) Bebida a base del gel del nopal sin saborizante: Se elaboró la bebida a base del gel de nopal sin añadir ningún saborizante, pero se notó un sabor extraño, se intentó realizar adsorción de sabores extraños con carbón activado, pero el proceso fue muy poco eficiente en términos de capacidad de procesamiento de cantidad de bebida tratada.

Figura 3: Adsorción con carbón activado

Figura 4: Bebida elaborada a base de nopal sin saborizante B) Bebida a base del gel del nopal usando jugo de naranja como saborizante: Se realizó diferentes formulaciones de las bebidas, siendo la elegida la formulación 1, por ser más fácil su manejo y por ser menos espesa, por el gel. FORMULACIÓN DE BEBIDA (GEL-AGUA) VOLUMEN- VOLUMEN Formulación Agua 8 1 Gel 1 Formulación Agua 1 2 Gel 6 Formulación Agua 4 3 Gel 1 Formulación Agua 1 4 Gel 2 Tabla 3: Formulaciones de Gel-Agua Para la cantidad de azúcar añadir a la formulación 1, se usó las siguientes:

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Para la formulación de la bebida saborizada con jugo de naranja, se usaron las siguientes formulaciones:

FORMULACIÓN DE AZUCAR Jugo Formulación Azúcar Agua(g) Gel de (ml) naranja (ml) 20 350 50 A 35 300 100 B 50 250 150 C 65 200 200 D 80 150 250 E Tabla 4: Formulación de las bebidas Usando el Análisis de Varianza (Analysis of Variance –ANOVA) de los datos recolectados de la degustación de un panel de 25 degustadores se obtuvieron los siguientes resultados (ver anexo 1): A) Sabor: La formulación C es la preferida y la de menos aceptación es la formulación D. El ANOVA concluye que existe poca diferencia significativa entre las distintas formulaciones. B) Olor: La formulación C es la preferida y la de menos aceptación es la formulación E. El ANOVA concluye que existe mucha diferencia significativa entre las distintas formulaciones. C) Color: La formulación C es la preferida y la de menos aceptación es la formulación A. El ANOVA concluye que existen mucha diferencia significativa entre las distintas formulaciones. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

La bebida elaborada sin saborizante (aguagel) presenta un ligero sabor extraño, típico de los vegetales con alto contenido de clorofila. También se notó un sabor extraño muy ligeramente astringente. Sierra10 (2002), afirma que la presencia de saponinas tiene propiedades astringentes y antibióticas en vegetales de morfología cactácea de igual manera dicho sabor esta provocado por la presencia de aloína que recorre en el floema de la hoja y que durante el proceso contamina el gel. Recomienda usar carbón activado para eliminar sabores y colores no deseados, mediante agitación constante a bajas revoluciones por tiempos prolongados de 12 horas en promedio y posteriormente someter a centrifugación para eliminar el carbón activado que pudo haber quedado en el gel. En las bebidas saborizadas con jugo de naranja presenta un color llamativo el sabor del nopal es anulado por la naranja y la azúcar. El caso de la aceptación de la formulación C de 50 g azúcar en la bebida es contradictorio, pues se supondría que al añadir más azúcar el dulzor sería más intenso en la bebida, lo cual no sucede, al aumentar la concentración de azúcar el dulzor permanece igual y en algunos casos disminuye. Esto se debe a la sobresaturación del medio y que el gel atrapa las moléculas de sacarosa haciendo que el dulzor no aumente. Smith 11 (2007). CONCLUSIONES Se concluyó que mediante el análisis organoléptico utilizando el análisis de varianza (ANOVA) que existe una gran aceptación del jugo de nopal enriquecida con jugo de naranja. Siendo la formulación C la más aceptada por el sabor, olor y color. La formulación D fue la menos aceptada por el sabor, la formulación E fue la menos

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aceptada por el olor y la formulación A es las menos aceptada por color. Se puedo observar que el mucilago de nopal tiene una alta retención de azúcar, por lo que se recomienda una agitación constante. Se observó que la bebida de nopal puro no tiene un aroma y sabor agradable por que se le adiciono jugo de naranja. -

Por sus propiedades y valor agregado que posee se recomienda su consumo y máxima difusión del producto.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Tobías, H. Jorge. 1990. Medida de la erosión y escorrentía con diferentes prácticas de conservación de suelo en el cultivo de tuna (Opuntia sp) en comunidad de Chante (cuenca del río. Seco-subcuenca del río Rímac). Tesis para optar el título de Ingeniero Agrónomo. Universidad Nacional Agraria La Molina. 2. Manrique, D. Olga. 1996. Efecto del mucílago hidrofílico de la pala de la tuna (Opuntia ficus-indica) sobre evacuación intestinal en vacunos. Tesis para optar el título de MédicoVeterinario. Universidad Católica Santa María. Arequipa. 3. Álvarez, L. 1995. “Anteproyecto de una planta industrial para la elaboración de la jalea y aceite a partir de pulpa y semilla de tuna”. Tesis. Arequipa-Perú. 4. Granados, S. Diodoro. 1991. Castañeda P. Ana: “El nopal (historia, fisiología, genética e importancia frutícola)” Primera Edición. Editorial Trillas S.A. México

5. Bateman, J. 1970. “Nutricional Animal. Manual de Métodos Analíticos”. Editorial Herrera Hnos. Sucesores S.A. México. 6. Sáenz, C. Berger, H. Corrales, J. García, L. Galletti García de Cortázar, C. Rodríguez, F. Elena Sepúlveda, M. 2006 “Utilización agroindustrial del nopal”- Boletín de servicios agrícolas de la FAO 7. De la Rosa, J.P. y Santana, D. 2001. El nopal. Usos, manejo agronómico y costes de producción en México. CONAZA-UACH-CIESTAAM. Texcoco, pp: 23-35. 8. Pimienta, E. 1990. El nopal tunero. Universidad de Guadalajara, México. 9. Corrales-García, J., Peña-Valdivina, C.B., Razo-Martínez, Y. y SánchezHernándeez, M. 2004. Acidity changes and pH-buffering capacity of nopalitos (Opuntia spp.). Postharvest Biology and Technology, 32: 169-174. 10. Sierra Guillen, Aida Susana. Desarrollo de un prototipo de bebida de sábila (Aloe vera barbadensis Miller) y naranja (pag 7 y 11). Tesis de grado – Secretaría de Agricultura y Ganadería SAG (2002) – Honduras. 11. Durwan Smith (2007), JALEA DE FRUTASSERIE PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS PARA EMPRESARIOS (pág. 1) Universidad de Nebraska, Instituto de agricultura y recursos naturales – Estados Unidos

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