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ESTANDARIZACIÓN DEL PROCESO DE SECADO POR ASPERSIÓN PARA LA OBTENCIÓN DE POLVO DE COCO (COCOS NUCIFERA L) STANDARDIZATION OF THE DRYING PROCESS BY SPRAYING FOR THE OBTAINING OF COCONUT POWDER (COCOS NUCIFERA L) J.A. Castiblanco Peña, A.K.Sabogal Pascuas, L.K. Serrato Triviño Facultad de ingeniería, Ingeniería química, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá. Resumen Colombia como un potencial productor de palma de coco en la zona del pacífico colombiano, permite el interés en esta fruta que posee gran variedad contenido nutricional, además de su versatilidad para la elaboración de gran cantidad de productos (harinas, dulces, tortas, bebidas y aceite de coco) que son exportados a mercados europeos. Como la búsqueda de alternativas para diversificar productos está en auge, se presenta un reto en un metodo de extraccion para este producto. En este punto toma relevancia el proceso denominado secado por aspersión, técnica muy utilizada en el sector alimenticio, ya que permite conservar muchas de las propiedades del producto al no tener que exponer sus componentes a altas temperaturas, además provee de alargamientos en los periodos de preservación en condiciones óptimas de procesamiento. El presente documento muestra la estandarización del proceso de secado por aspersión para la obtención de polvo de coco. Para la cual se tomó cuatro etapas de investigación, en la primera etapa se determinaron los atributos de la materia prima (pulpa de coco y agua de coco), con resultados importantes en la detección de la acidez como parámetro primordial en la capacidad de almacenamiento de la materia prima antes de su aprovechamiento. La segunda etapa determinar la contribución de la composición de emulsiones a base de leche de coco en la estabilidad fisicoquímica, mostrando que a ciertas condiciones se obtiene estabilidad en el sistema coloidal, que garantiza efectividad en procesos posteriores como el secado por aspersión para obtener polvo de coco. En la tercera etapa se buscó la optimización del proceso de aspersión, determinando las variables independientes que afectan este proceso (temperatura de entrada del aire, velocidad del disco atomizador, temperatura de salida del aire, presión de vacío y cantidad de maltodextrina). Por último en la cuarta etapa, se evaluó la estabilidad del polvo de coco al almacenarlo por cierto periodo de tiempo en condiciones dada, donde las variables temperatura y tiempo fueron las que más afectaron la conservación del producto. Palabras clave: Coco, secado,optimización, emulsión Abstract Colombia as a potential producer of coconut palm in the area of the Colombian Pacific, allows interest in this fruit that has a wide variety of nutritional content, in addition to its versatility for the production of a large number of products (flour, sweets, cakes, beverages and coconut oil) that are exported to European markets. As the search for alternatives to diversify products is booming, there is a challenge in an extraction method for this product. At this point takes the process known as spray drying, a technique widely used in the food industry, because it allows to preserve many of the properties of the product to not have to expose its components to high temperatures, also provides lengthening periods of preservation in optimal processing conditions. This document shows the standardization of the spray drying process to obtain coconut powder. For which four stages of research were taken, in the first stage the attributes of the raw material (coconut pulp and coconut water) were determined, with important results in the detection of

acidity as a primary parameter in the storage capacity of the raw material before its use. The second stage will determine the contribution of the composition of emulsions based on coconut milk on the physicochemical stability, showing that certain conditions obtain stability in the colloidal system, which guarantees effectiveness in later processes such as spray drying to obtain dust. coconut. In the third stage, the optimization of the sprinkling process was sought, determining the independent variables that affect this process (air inlet temperature, atomizer disk speed, air outlet temperature, vacuum pressure and amount of maltodextrin). Finally, in the fourth stage, the stability of the coconut powder was evaluated by storing it for a certain period of time under given conditions, where the variables temperature and time were those that most affected the conservation of the product. por acción de un atomizador o boquillas de alta 1. Introducción: presión y en contacto de estas con el aire El Coco (Cocos nucifera Linn) es una palmera caliente. Esta técnica proporciona una buena de la familia Arecaceae ampliamente estabilidad microbiológica y fisicoquímica a los distribuida en los climas tropicales y productos obtenidos, reduce los costos del subtropicales, conocido como el árbol de la transporte y almacenamiento, y además vida, debido al aprovechamiento de la totalidad proporciona múltiples ventajas, destacándose de la pulpa de coco, agua de coco, cáscara, su economía y su poder para microencapsular caparazón, madera, hojas, espiguilla, etc. ingredientes alimenticios, su disminución de la Colombia por su parte es un potencial actividad del agua (aw) generando buena productor de palma de coco, debido a que este estabilidad y atributos de calidad adecuados. representa una materia prima de gran interés en el Caribe y Pacífico Colombiano. La cadena de coco juega un papel muy La pulpa de coco (PC) contiene minerales importante en relación con los pequeños como fósforo, calcio y potasio, y algunas productores, comercializadores, industrias de vitaminas del grupo B y ácido ascórbico; procesamiento e instituciones regionales no mientras que, el agua de coco (AC) contiene solo a nivel económico, sino también social, vitaminas del grupo B: tiamina (B1), riboflavina ambiental y cultural, quienes dependen en su (B2), niacina (B3), ácido pantoténico (B5), mayoría de este oficio para su diario vivir. La piridoxina (B6), folato (B9), azúcares, polioles, escasa innovación tecnológica a nivel vitamina C, aminoácidos libres, fitohormonas, agroindustrial ha generado que los niveles de enzimas y factores promotores del crecimiento, productividad de coco se vean disminuidos, a nivel agroindustrial, este fruto es aumentando así los costos de producción y aprovechado principalmente en la industria disminuyendo la calidad del producto final, es alimentaria y cosmética, encontrando por ello por lo que nace la necesidad de buscar productos como bebidas, dulces, leche de coco nuevas técnicas y procesos que conlleven a (LC), coco deshidratado, aceite de coco, generar una alta competitividad en el mercado helados entre otros; Para las frutas como el exterior, dejando a un lado su forma tradicional coco, la deshidratación se ha convertido en un y empírica de producción. método eficiente de preservación, debido a que es un alimento que actualmente es consumido El presente trabajo tiene como finalidad con frecuencia y su deterioro es notable en las obtener polvo de coco, el cual busca ser un áreas de abasto y en los mercados locales; producto más innovador, y obtener resultados más aún, cuando este alimento necesita ser que ayuden en la implementación en una transportado durante días para abastecer la nueva tecnología de secado por aspersión. población; la deshidratación además conserva al máximo todas las características nutritivas y 2 Material y metodología organolépticas del alimento original hidratado. Una de las técnicas de deshidratación más 2.1 Etapa I utilizados en la industria agroindustrial es el secado por aspersión el cual transforma un Usando cocos (Cocos nucifera L.) sometidos a alimento en estado líquido o pastoso a un procesos de lavados y desinfección, en agua estado sólido o en polvo, a través de la en ebullición además de facilitar el desintegración del líquido en pequeñas gotas desprendimiento de la pulpa de coco. Se

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evaluaron las propiedades de la pulpa y agua de coco en 3 lotes a 15, 22, 29, 36, 42 y 50 días después de cosechado. propiedades evaluadas: proteína cruda, fibra dietaria, grasa, cenizas, humedad, pH, sólidos solubles, densidad del agua de coco, actividad de agua, acidez, viscosidad y textura. 2.2 Etapa II Se realizó la caracterización de propiedades del coco y emulsiones, estas fueron: humedad, pH, sólidos solubles, acidez, actividad del agua, índice de peróxido, el IP (indicador útil del grado de oxidación de lípidos, grasas y aceites), contenido de aceite extraíble, color, viscosidad (de la emulsión y el agua de coco), textura de la pulpa, el potencial zeta de las emulsiones, tamaño de partícula, tensión superficial y la caracterización bromatológica.

3.1 Etapa I

Fig 1.Evolución de los atributos de calidad de la PC durante el almacenamiento.

2.3 Etapa III Se prepararon 3 lotes de 3 Kg de emulsión, se lleve a cabo el proceso usando un secador por aspersión piloto Vibrasec S.A., la optimización del proceso se basó en la metodología de superficie de respuesta, considerando un diseño central compuesto y variables independientes: temperatura de entrada del aire, velocidad del disco atomizador, temperatura de salida del aire, presión de vacío y cantidad de maltodextrina; y atributos de calidad o variables dependientes del polvo: actividad del agua, humedad, solubilidad, higroscopicidad, índice de peróxido y color. Además también se consideró las variables dependientes asociadas al proceso como: rendimiento y formación de depósito en el interior de la cámara de secado. 2.4 Etapa IV Para determinar la vida útil del producto, se estudió el almacenamiento de este después del proceso de secado por aspersión. Para ello se empaco en dos atmósferas diferentes (N2 y atmosférica), se almacenó a temperaturas de 15, 25 y 35 °C por periodos de 0, 30, 60, 90, 120, 150 y 180 días. Se evaluaron los parámetros de: humedad, actividad acuosa, color, solubilidad, índice de peróxidos, capacidad antioxidante e índice de acidez. 3 Resultados y discusión

Fig. 2 Evolución de los atributos de calidad del AC durante el almacenamiento. 3.2 Etapa II La tabla 1 muestra los datos medidos en partes del coco descascarado y propiedades físicas y fisicoquímicas de PC (pulpa de coco) AC (agua de coco) a 15 días de cosecha en fresco y pseudocero. Tabla 1. Composición fisicoquímica de frutos de coco descascarado en estado maduro.

Fig. 3 Tensión superficial en función de la concentración de proteínas séricas. La figura muestra que las proteínas de suero lácteo poseen actividad de superficie, por lo que se reduce la tensión superficial del agua, donde al 0,5% de fracción másica, se obtiene concentración micelar crítica (CMC), por lo que propiedades como el punto de congelación y la conductividad de solución pueden ser afectadas. En el diseño de emulsiones de coco, variables como actividad química del agua (aw), color, tamaño de partícula, potencial-ζ, viscosidad y oxidación, arrojaron los siguientes resultados: Puede notarse que el aproximadamente el 77% del coco es aprovechable, por lo que es un buen indicio para el proceso de secado por absorción. Como el AC presenta altos niveles de humedal al igual que la PC además de baja acidez, es candidata a la actividad microbiana, por lo que es recomendable la refrigeración o congelación. Se observan altos niveles calóricos aportados por los contenidos grasos. otro parámetro importante es el IP de la mezcla PC+AC cuyo valor bajo puede traer problemas en el almacenamiento, debido a su asociación con oxidación de lípidos, grasas y aceites, que aportar en la producción de sabores desagradables. Por el lado del color (*L) de la PC fue mayor que para la AC, indicando que es más blanca o clara, posiblemente a la contribución grasa. por último la reología del AC mostró un comportamiento menos viscoso que el agua, esto debido a su composición de minerales, azúcares y lípidos.

La aw exhibió poca modificación en sus valores (0,972±0,01–0,992±0,00), estos altos valores permiten condicione ideales para el surgimiento de microorganismos y reacciones que deterioran la emulsión como oxidación lipídica y pardeamiento no enzimático (Appaiah et al., 2015; Haseena et al., 2010).

Fig. 4 Gráficos de superficie de respuesta de la L*. Se presentaron disminuciones en el valor de L* en cuanto el porcentaje de fibra aumentaba como muestra la figura 4, por lo que se percibían emulsiones con menor claridad, posiblemente debido a mayor cantidad de fibra que no permite gran reflexión de luz además de pigmentos marrones en la fibra provenientes del endocarpio. El índice R que se relaciona con el tamaño de las partículas no mostró cambios significativos con respecto a otras variables independientes, lo que permitiría la separación de fase con mayor facilidad además de denotar la necesidad de otros mecanismos para su estabilización. Para el potencial-ζ se notaron cambios entre 39,1±2.8 a -55,6±1.8 mV, favoreciendo la estabilidad termodinámica de la emulsión, indicando buena interacción repulsiva entre

partículas coloidales. Como el coco es rico en sales minerales, que al disociarse generan una fuerza iónica considerable en la fase continua produciendo potencial eléctrico en el exterior de la capa adsorbida. La viscosidad presentó alteraciones apreciables, al incrementar su valor con el incremento de goma xantan, que permite ligar agua sometiendo una transición conformacional de doble hélice a un complejo de agregados a través de de enlaces de hidrógeno y entrelazamiento de polímero, que modifican propiedades reológicas de fase continua favoreciendo la estabilidad del sistema disminuyendo la capacidad de movimiento de partículas del sistema coloidal, que retrasa la separación de fases. El efecto relacionado con el IP a causa de antioxidantes (TBHQ) al disminuir cuando aumenta la concentración de este último, reduciendo el efecto negativo en la emulsión con valores altos de IP. Por último se hizo un tratamiento estadísticos a los valores experimentales, para determinar cuáles son los más adecuados, en los que la emulsión de coco presente las mejores características y estabilidad, mostrados en la tabla 2. Tabla 2. Valores experimentales y teóricos o predichos por los modelos matemáticos de las variables dependientes de la emulsión de coco.

3.3 Etapa III Tabla 3. Resumen te algunas propiedades de PC y AC para la tercera etapa del proceso.

Propiedad

PC

AC

aw

0,978±0,005

0,970±0,030

Xw (%)

50,4±5,2

96,1±1,6

IA (%)

0,51±0,2

-

pH

6,10±0,2

5,73±0,4

Los valores relacionados con la acidez, en la tabla 3, se relacionan con la hidrolisis de los distintos ácidos presentes como palmítico, láurico y cáprico. La oxidación de los lípidos, grasas y aceites, afectan la estabilidad del producto debido a que son las reacciones que generan sabores y olores desagradables asociados con el mal estado del producto, por tanto, medir el IP de la mezcla como variable independiente es índice de calidad del producto, el IP de la mezcla PC+AC para el día 15 fue 0,69±0,34 meqH2O2/kg. Las reacciones de oxidación se relacionan con distintos factores, como, luz, agentes bioquímicos o microorganismos. La PC presenta buenas condiciones en cuanto a firmeza debido a que su fuerza máxima fue 81.12±8.27 N, mientras la AC con su con su contenido de azucares, minerales proteínas y demás tiene un comportamiento de fluido semejante al del agua con una viscosidad de 0,74±0.06 cP. El análisis de varianza ANOVA, demostró que Xw, L* a*, S, variables dependientes, presentan gran variabilidad y por tanto no presenten diferencias significativas, la solubilidad específicamente se encuentra entre el 41,477,1%, lo cual se debe al gran porcentaje de grasa en la composición del polvo de coco, efecto debido a la MD. La FD se vio favorecida cuando el contenido de MD era alto, TSA y PV bajas o TSA y PV altos, pero bajo contenido de MD, con lo cual no se evidencio una relación clara entre la FD y el contenido de MD. Una de las características mas importantes para los consumidores es el color, para esta etapa del proceso, los parámetros (L*, a* y b*) se encontraron dentro de los siguientes intervalos: L* (69,4 - 82,9), a* (1,4 – 3,3) y b*

(7,4 – 11,9), realmente estas variaciones de color son percibidas por el ojo humano como un oscurecimiento del polvo de coco. L* se ve principalmente afectado por el contenido de MD, debido a su color blanco, mientras que b* presenta mayor relación con TEA. A partir de los resultados obtenidos, se realizo un modelamiento aplicando el método de los modelos cuadráticos de las variables dependientes, en el cual se fijaron algunos parámetros que favorecieran la optimización del producto, las variables se clasificaron como, alto impacto (Xw, L*, a*, S y R) y bajo impacto (aw, b*, IP, Hi y FD), el software Statgraphics Centurión XVI.I suministro la información de las condiciones óptimas para el proceso, las cuales se comparan con las condiciones experimentales en la tabla 4. Tabla 4. Comparación entre condiciones óptimas y condiciones experimentales para el proceso de secado por aspersión de la emulsión.

Humedad (%)

1,2±0.2

2,3±0,0 a 4,0±0,0

Aw

0,176 ± 0,004

0,312±0,020 a 0,377±0,006

IP

3.64±0.87

0,08±0,08 y 0,29±0,40

El cambio de color es atribuido a las reacciones de Maillard producidas durante el almacenamiento. El ABTS tiene una estructura molecular que le permite reaccionar con mayor facilidad que el DPPH que presenta impedimentos, por tanto, presenta mayor variación en el tiempo. El cambio en la humedad se debe principalmente a las características del empaque y la temperatura de almacenamiento. IP es uno de los más importantes parámetros, ya que se asocia directamente con la rancidez del producto, puede ser afectado por la luz, presencia de metales y la temperatura, tabla 6. Tabla 6. Relación IP con la temperatura en diferentes condiciones de empaque.

Temperatura

IP Nitrógeno

IP Atmosférico

15°C

2,51±0,51

2,04±1,71

25°C

1,69±0,68

1,82±0,64

35°C

1,76±0,39

1,82±0,61

3.4 Etapa IV Las condiciones iniciales de PC fueron: cenizas 1,9%, grasa 32,9%, proteína cruda 4,7% y fibra dietaría total 21,2%. En la tabla 5 se puede observar la relación de las distintas variables con el tiempo, lo cual permite establecer la vida útil del producto. Tabla 5. Resumen de las mediciones de proceso.

Las condiciones que aseguran el mejor tiempo de vida útil para el producto se dan a 15°C. Conclusiones

Propiedad

Tiempo 0

Tiempo final

Color L*

83,31±1.85

75,23±0,20 a 71,26±0,52 almacenado por un periodo inferior a 29

DPPH

68,584±2,678

55,414±5,048 a 65,597±1,392

ABTS

57,795±14,586

·

El coco Enano Malayo debe ser

para poder ser empleado como materia prima en la elaboración de polvo de coco, debido que, con el aumento de este periodo, aparecen características desagradables como, olores relacionados 58,746±6,643 a 81,334±6,210 con la fermentación y ablandamiento de la pulpa.

· La base para el desarrollo del polvo de coco es la emulsión, cuyas características optimas se lograron modelar empleando herramientas tecnológicas que permiten el análisis estadístico. · Para la obtención de polvo de coco, el sacado por aspersión es una técnica que permite gran control de la calidad del producto debido a que las propiedades están relacionadas con las condiciones de operación del proceso. · El tiempo es la variable que exige mayor control en cualquiera de las etapas del proceso ya que afecta a todas las propiedades que caracterizan la calidad del polvo de coco. Referencias