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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE ALIMENTOS Trabajo Final de Graduación presentado a la Escuela de Tecnología de Alimentos para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos Estudio de las principales propiedades físico-químicas y sensoriales que influyen sobre la calidad del grano cocido de diferentes variedades de arroz (Oryza sativa) utilizando un método de cocción determinado. Carolina Guadamuz Mayorga Carnet A72981 Ciudad Universitaria Rodrigo Facio San José, Costa Rica 2019 i TRIBUNAL EXAMINADOR Proyecto de graduación presentado a la Escuela de Tecnología de Alimentos como requisito parcial para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos. Aprobado por: __________________________ Mag. Laura Arroyo Esquivel Presidente del Tribunal __________________________ M.Sc. Adriana Araya Morice Directora del Proyecto _______________________ Ph.D. Elba Cubero Castillo Asesora del Proyecto __________________________ M.Sc. Álvaro Azofeifa Delgado Asesor del Proyecto __________________________ Licda. Pilar Fallas Rodríguez Profesora Designada ii DEDICATORIA A mi mamá y mi papá las personas que me han enseñado a luchar por mis sueños, a mi abuela Alice por su apoyo incondicional y a mi ángel de la guarda abuela Zulema la mujer más humilde y valiente que he conocido. iii AGRADECIMIENTOS Primeramente, gracias a Dios, por la vida, por guiarme en el camino, por permitirme hoy cumplir esta meta y por todas las bendiciones que me han dado a lo largo de este tiempo. A mí madre y padre por su arduo trabajo, madrugadas y desvelos, por acompañarme a pesar de la distancia, siempre darme sus palabras llenas de motivación y enseñarme que hay que ser perseverantes para alcanzar las metas que nos proponemos, a mi hermano compañero de vida y de viajes a casa, gracias por leer mi documento, a mi abuela Alice por siempre preguntar, cómo va esa tesis. Gracias a todos por creer en mí, los amo. A mis amigos y compañeros de U: Mabel, Raquel, Ariela, Mauren, Pame Castro, Marce, María Jesús, Vale Benavides, Naty, Esther, Xime, Kristel, Juan Ignacio, Greivin, gracias chic@s por las trasnochadas de estudio y hacer la U una de las etapas más chivas, gracias por su apoyo incondicional y motivación. Los quiero mucho y les deseo lo mejor. Todo el equipo DAIR: Andre Carrillo, Tatiana, Andre Alfaro, Mawi, Camilo, Ronald, Megan, Ana Laura, Manuel (el mejor asistente) y Walter, gracias por todo su apoyo en este proceso, especialmente a Don Wilfredo Flores por todas sus enseñanzas. A la profesora Carmen Ivancovich, por siempre creer en mis capacidades. A todo el equipo del laboratorio químico del CITA: Graciela, Caro, Eduardo, Randall, Silvita, Liseth y Deisy, su asistencia y guía en los análisis de laboratorio fue crucial. Al laboratorio de calidad y micotoxinas del CIGRAS en especial a Diego Bogantes y Don Danilo, gracias por su valiosa colaboración y hacer este proyecto posible. A Camacho y Alonso por toda la ayuda en mis paneles y hacer de mis días en planta súper entretenidos, Luis por su incondicional disposición a ayudar en el laboratorio de química. A Giova, gracias por sus sabios consejos para la U y la vida, su actitud de servicio y siempre anuente a escucharnos. A mi estimador ingeniero, compañero y amigo desde el curso de Humanidades I, hasta la presentación de mi propuesta, gracias por su apoyo, gracias por creer que era posible. A José Andrés amigo desde el colegio gracias por tú apoyo incondicional. iv A mis vecinos y amigos: Orlando, Oldemar, Carlos, José Rodríguez y Priscila, gracias por su apoyo en todo momento, por las cocinadas y trasnochadas. A Grei, un excelente profesional y persona, gracias por su guía, enseñanzas y apoyo. A mis profesoras guías Patricia Esquivel y Marcia Cordero, gracias por su apoyo durante toda la carrera académica, por tener las palabras correctas y guiarme a culminar con éxito el proceso. A la profesora Yorleny Araya, gracias por su apoyo, cuando fue necesario sus regaños, no permitieron que desvaneciera en medio del trabajo y la redacción del documento, gracias por los bizcochos sancarleños y el agua dulce que me dieron energías para seguir. A mi directora de tesis Adriana, por acompañarme realizar esta investigación y apoyarme en todo momento. A mi asesora la profe Dra. Elba por su ayuda incondicional y paciencia en cada explicación. Al profe Álvaro, por haberme dado la clave inicial del proyecto, el arroz. A todos esos Ángeles que Dios puso en mi camino, que me ayudaron de alguna u otra forma a culminar y materializar esta meta. v INDICE GENERAL TRIBUNAL EXAMINADOR ........................................................................................... i DEDICATORIA ............................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... iii INDICE GENERAL ......................................................................................................... v INDICE DE CUADROS ................................................................................................. ix INDICE DE FIGURAS .................................................................................................... x NOMENCLATURAS ...................................................................................................... xi RESUMEN .................................................................................................................... xiii JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. 1 2. OBJETIVOS ................................................................................................................. 4 2.1 Objetivo general .......................................................................................................... 4 2.2 Objetivos específicos .................................................................................................. 4 3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5 3.1 Importancia del arroz a nivel mundial ........................................................................ 5 3.2. El arroz en Costa Rica ............................................................................................... 6 3.3 Morfología del grano de arroz .................................................................................... 7 3.4 Variedades del arroz ................................................................................................... 8 3.5 Manejo postcosecha y procesamiento del grano ....................................................... 10 3.5 Parámetros de Calidad .............................................................................................. 12 3.5.1 Composición química y proximal .................................................................. 12 3.5.2 Textura ............................................................................................................ 13 vi 3.5.3 Cocción ........................................................................................................... 15 3.5.4 Color ............................................................................................................... 16 3.5 Pruebas afectivas ............................................................................................... 18 3.6 Prueba de agrado general y aplicación de la escalahedónica ........................... 18 4.MATERIALES Y METODOS .................................................................................... 21 Localización del proyecto ........................................................................................ 21 Materia prima .......................................................................................................... 22 Procesamiento de muestras y almacenaje ................................................................ 22 Pruebas Preliminares ............................................................................................... 23 4.1 Procedimientos para la determinación del método de cocción de arroz ................... 25 4.1.1 Diseño experimental ....................................................................................... 25 4.1.2Análisis sensorial ............................................................................................. 26 4.1.3 Análisis de datos ............................................................................................. 26 4.2 Procedimientos para la caracterización físico-química, como parámetros de calidad, y agrado por parte de consumidores de arroz. ................................................................ 29 4.2.1 Diseño experimental ....................................................................................... 29 4.2.2 Métodos de análisis físico-químicos .............................................................. 29 4.2.3 Análisis de datos ............................................................................................. 32 4.3 Procedimientos para la determinación del nivel de agrado de 5 variedades de arroz pilado por parte de consumidores. .................................................................................. 32 4.3.1 Diseño experimental ....................................................................................... 32 4.3.2 Análisis sensorial ............................................................................................ 32 4.3.3 Análisis de datos ............................................................................................. 33 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 33 5.1 Selección del método de cocción .............................................................................. 33 vii 5.2 Propiedades físicos-químicas de cinco variedades de arroz ..................................... 35 5.2.1 Análisis Proximal ................................................................................................... 35 5.2.2 Color ...................................................................................................................... 42 5.2.3 Dureza y Pegajosidad ............................................................................................. 45 5.3 Nivel de agrado para las 5 variedades de arroz cocido ............................................ 46 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................... 50 6.1 Conclusiones ............................................................................................................. 50 6.2 Recomendaciones ..................................................................................................... 51 7. Bibliografía ................................................................................................................. 52 8.Anexos ......................................................................................................................... 61 A1. Cuadro XII. Resultados del Índice RJB obtenido de la evaluación 4 métodos de cocción mediante la utilización de la escala hedónica de nueve puntos elaborada con palabras, las 12 posibles combinaciones. ........................................................................ 61 A2. Cuadro XIII. Índice RJB para ordenamiento obtenido para 4 métodos de cocción mediante la utilización de la escala hedónica de 9 puntos .............................................. 62 A3. Cuadro XIV. Índice RJB para ordenamiento obtenido para 5 variedades de arroz mediante la utilización de la escala hedónica de 9 puntos. ............................................. 62 A4. Muestra de cálculos del índice R para ordenamiento .............................................. 63 A5. Cuadro XVI. Resultados del Índice RJB obtenido de la evaluación 5 variedades de arroz mediante la utilización de la escala hédonica de nueve puntos elaborada con palabras, las 20 posibles combinaciones. ........................................................................ 64 A6. Cálculo de intervalo de confianza ............................................................................ 64 A7. Análisis de varianza para el parámetro de adhesividad. .......................................... 65 A8. Cálculo del ∆E, en la muestra de cálculo se usaron los datos provenientes de la variedad Miravalles. ........................................................................................................ 65 A9. Luminosidad resultante del promedio de las cinco variedades de arroz cocido. ..... 65 viii A10. Tabla de valores de índice R críticos (muestras grandes) ...................................... 67 ix INDICE DE CUADROS Cuadro I. Etapas de proceso en la producción del arroz (CONARROZ, 2017a). _____ 10 Cuadro II. Composición química del arroz blanco ____________________________ 12 Cuadro III. Codificación de las muestras a utilizar para la evaluación de cuatro métodos de cocción de arroz, para facilitar llenar la matriz. ____________________________ 27 Cuadro IV. Ordenamiento del agrado de los consumidores, para 4 métodos diferentes de cocción de arroz. ______________________________________________________ 28 Cuadro V. Resultados del Índice RJB obtenido de la evaluación 4 métodos de cocción mediante la utilización de la escala hédonica de nueve puntos elaborada con palabras. 34 Cuadro VI. Composición química de cinco variedades de arroz, en base seca. ______ 36 Cuadro VII. Promedio de masa de nitrógeno (N), fósforo (P), magnesio (Mg), potasio (K) y azufre (S) promedio para las cinco variedades de arroz, en base seca. ________ 41 Cuadro VIII. Promedio para las cinco variedades de arroz, ppm de cobre (Cu), zinc (Zn) y manganeso (Mn), en base seca, en ppm. __________________________________ 42 Cuadro IX. Comportamiento del cambio en el color ( ∆E) en arroz cocido de cinco variedades de arroz a temperatura ambiente. _________________________________ 45 Cuadro X. Parámetro de dureza para las variedades de arroz cocido. ______________ 46 Cuadro XI. Resultado del índice R (porcentaje de consumidores que evaluaron con mayor agrado la primera muestra del par) para ordenamiento (RJB) obtenido para 5 productos mediante la utilización de la escala hedónica de 9 puntos. ______________ 47 Cuadro XII. Resultados del Índice RJB obtenido de la evaluación 4 métodos de cocción mediante la utilización de la escala hédonica de nueve puntos elaborada con palabras, las 12 posibles combinaciones. ___________________________________________ 61 Cuadro XIII. Índice RJB para ordenamiento obtenido para 4 métodos de cocción mediante la utilización de la escala hedónica de 9 puntos _______________________ 62 Cuadro XV. Posición de cada muestra de la evaluación de 4 métodos de cocción mediante la escala hedónica de 9 puntos usando 20 jueces. _____________________ 63 x INDICE DE FIGURAS Figura 1. Sección longitudinal de la estructura del grano arroz, tomado de (Osca, 2001). _____________________________________________________________________ 8 Figura 2. Sólido Tridimensional de Color (Minolta, 1998). Expresión Numérica del Color. _______________________________________________________________17 Figura 3. Modelo relativo en el cual las puntuaciones de un producto se generan en relación con las otras puntuaciones otorgadas a otros productos (Wichchukit & O´Mahony, 2014). _____________________________________________________ 20 Figura 4. Diagrama de flujo para la obtención de arroz pilado blanco, realizado en el CIGRAS. ____________________________________________________________ 23 Figura 5. Datos de la curva de cocción para 4 ollas arroceras marca Oster®. _______ 24 Figura 6. Escala hedónica de 9 puntos utilizada en las evaluaciones sensoriales de agrado (Jara, 2018). ____________________________________________________ 26 Figura 7. Cromaticidad (C*) resultante del promedio de las cinco variedades de arroz cocido. ______________________________________________________________ 43 Figura 8. Angulo de tonalidad (h°) resultante del promedio de las cinco variedades de arroz cocido __________________________________________________________ 44 Figura 9. Luminosidad resultante del promedio de las cinco variedades de arroz cocido. ____________________________________________________________________ 66 xi NOMENCLATURAS AOAC: Association of Analytical Communities AR: Almidón resistente CIA-UCR: Centro de Investigaciones Agronómicas CIAT: Centro Internacional de Agricultura Tropical CIGRAS: Centro de Investigación en Granos y Semillas CITA: Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos CR-5272: Variedad de Arroz CR-1118: Variedad de Arroz CR-4477: Variedad de Arroz CONARROZ: Corporación Arrocera Nacional CONITTA: Comisión Nacional de Investigación y Transferencia de Tecnología Agropecuaria. EEEJN: Estación Experimental Enrique Jiménez Nuñez FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación ICP: Espectrómetro de Emisión Atómica con Acoplamiento Inductivo de Plasma INCAP: Instituto de Nutrición de Centroamérica y Panamá INEC: Instituto Nacional de Estadística y Censos INIFAP: Instituto de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias IRRI: Instituto Internacional de Investigación del Arroz MAG: Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica MEIC: Ministerio de Economía, Industria y Comercio de Costa Rica MS: Ministerio de Salud de Costa Rica ONS: Oficina Nacional de Semillas xii OPS: Organización Panamericana de la Salud TPA: Análisis de perfil de textura. xiii RESUMEN _________________________________________________________________ Guadamuz Mayorga, Carolina. Estudio de las principales propiedades físico-químicas y sensoriales que influyen sobre la calidad del grano cocido de diferentes variedades de arroz (Oryza sativa) utilizando un método de cocción determinado. Tesis de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos, San José, Costa Rica. Guadamuz Mayorga, C., 2018. 82 h,1 il.-102 refs. El presente trabajo pretende determinar las principales propiedades físico-químicas y sensoriales que pueden afectar la calidad del grano cocido de diferentes variedades de arroz, utilizando un método de cocción definido. Se seleccionó, de 4 métodos de preparación, un método de cocción adecuado por medio de una prueba de agrado con consumidores en una mezcla 50:50 de dos variedades de arroz. Se utilizó el agrado por el arroz cocido en cada método como variable respuesta y se analizó con el índice RJB, donde valores bajos indican baja aceptación y valores cercanos a 100 indica mayor aceptación. Se analizaron las propiedades físico-químicas (textura instrumental, contenido de humedad, cenizas totales, proteína, lípidos, carbohidratos totales, fibra, amilosa y amilopectina) y color instrumental, con el objetivo de obtener una comparación de las distintas variedades. Además, se determinó el nivel de agrado de las variedades de arroz cocido por parte de consumidores por medio de una escala hedónica de nueve puntos, utilizando el índice RJB para su análisis. Se concluyó, según el índice RJB, el método de CONARROZ como el de mayor agrado. Seguidamente, con este método se prepararon, 5 variedades de arroz por triplicado (Palmar 18, CR-5272, Miravalles, Chinchin y Basmatico), para evaluar agrado, análisis proximal y almidón. Se observó que la variedad Miravalles presentó mayor contenido de cenizas, grasa, proteína y amilopectina, pero un bajo índice RJB. Palmar 18 y Chinchin obtuvieron mayores valores de amilosa 41,40% y 39,01% respectivamente, mientras que la variedad de mayor agrado fue la Basmatico con un valor alto de amilosa (30,23%) y una dureza de 162 (N) menor respecto a 3 de las 5 variedades, por lo que se puede inferir xiv que el agrado está más relacionado a factores de suavidad y grado de soltura de la variedad, así como la aromaticidad de la variedad. Palabras claves: amilosa, amilopectina, análisis sensorial, agrado, Oryza Sativa, arroz, análisis proximal. 1 JUSTIFICACIÓN El arroz es uno de los productos de mayor importancia en la dieta de los costarricenses. La producción nacional de arroz en el periodo 2016-2017 fue de 200 347 toneladas métricas de arroz en granza seca y limpia, cifra superior en 6,81% a la registrada en el período 2015-2016, este incremento obedece principalmente a una mejora en la productividad por hectárea. El consumo per cápita para este periodo fue de 47,48 Kg anual, lo que significa un consumo promedio de casi 130 gramos por día (CONARROZ, 2017a) El hábito familiar de consumo de este cereal no es tan variado, ya que es preferido como grano blanco entero cocinado en proporción casi igual de agua con un tiempo de cocción de 20 a 25 minutos y que quede suelto y suave después de cocinado (CONARROZ, 2015). Estas características serían las que se obtienen de un arroz de buena calidad para consumidores costarricenses. Para satisfacer la demanda de consumo en el país, muchas arroceras importan el grano de otros países, como por ejemplo de Estados Unidos y Brasil, y lo mezclan con el arroz nacional. La mezcla de variedades podría causar variabilidad en las calidades del arroz como producto final, es por esta razón que para la estandarización de la calidad del arroz producido es necesario caracterizarlo físico-química y sensorialmente y comprender cómo estas propiedades pueden afectar la calidad del arroz cocido, especialmente su grado de soltura. En el país se cultiva principalmente las variedades Palmar 18 y Lazarroz (Pelón, 2017), pero existen otras variedades de interés agronómico, como lo son CR-5272, Puita, CR-1118, CR-4477, Chinchin, Miravalles, Basmatico, entre otras. Dependiendo de la variedad de arroz se pueden encontrar diferencias en el contenido de amilosa, dureza del grano, capacidad del grano de resistir a rupturas, la tolerancia a diversas plagas o enfermedades, entre otros factores, que afectan la calidad del arroz cocido, asociados a la composición proximal del grano (contenido de humedad, lípidos, proteína, fibra, carbohidratos), almidón total y contenido de amilosa (CIAT, 1989) El principal componente del arroz pulido es el almidón, el cual representa un 90% de su peso seco y está formado por dos partes: amilosa y amilopectina. El contenido de 2 amilosa determina la textura del arroz después de cocido. La dureza y la pegajosidad son parte de los parámetros que definen la textura del arroz cocido, un atributo de gran importancia en la calidad del arroz (Patindol, Gu, & Wang, 2010) que puede variar por efecto de la relación entre amilosa y amilopectina, la composición química, el método de cocción y enfriamiento e incluso diferentes formas de maduración y almacenamiento del arroz (Mestres et al., 2011;Mestres, Briffaz et al., 2019). Otra variable que puede afectar la calidad del arroz después de cocido, es su temperatura de gelatinización, es decir, la temperatura a la cual el grano comienza a absorber agua y forma unasolución viscosa (Carlstedt et al., 2015) Por lo expuesto, para mantener la calidad entre lotes, es importante caracterizarlos y mantener estas condiciones controladas (CONITTA, 1991). Uno de los parámetros utilizados para evaluar la calidad del arroz cocido es la determinación de la textura del arroz, ya que se relaciona con el contenido de amilosa en el almidón. El contenido de amilosa determina las características de consistencia, viscosidad y pegajosidad del arroz durante y después de la cocción. Estas determinaciones de esas características se consideran métodos indirectos para evaluar la calidad, cuantificando el comportamiento de las pastas de arroz frente a la cocción, lo cual está estrechamente relacionado con el grado de pegajosidad de los granos (Palmiro et al., 2010) Para determinar el parámetro de la calidad sensorial, se requiere utilizar un método de cocción adecuado que permita hacer las comparaciones más homogéneas y una técnica de medición que refleje con veracidad la percepción del consumidor. En este sentido, la escala hedónica de 9 puntos es la más usada por la industria, y se caracteriza por ser de uso sencillo por parte de los evaluadores, en este caso consumidores de arroz. Esta escala genera datos que se basan en el comportamiento normal del ser humano y no en las habilidades de éstos para interpretar una escala (Feng et al., 2015). La escala hedónica se desarrolla usando frases que están psicológicamente espaciadas de igual forma; sin embargo, a esas frases luego se le asignan números para hacer el análisis estadístico, lo que puede conllevar a varios errores. El error más frecuente, es que los números son asignados como etiquetas que sustituyen las frases originales y son tratados como números de intervalo (números reales o continuos), en lugar de ser considerados 3 números de ordenamiento. Al ser más órdenes, que números reales (de intervalo), rompen los supuestos de la estadística paramétrica, como son de igualdad de variancia y normalidad de los datos, y el uso del análisis de datos tradicional es inapropiado. Si se toma en cuenta que la escala hedónica puede presentarse con solo palabras, la tarea del consumidor será asociar la intensidad del agrado con la frase más representativa. Por otro lado, si se usa la escala hedónica con solo números, la tarea del consumidor será primero hacer un ordenamiento de la intensidad del agrado y luego asignar los números. Puesto que, en ambos casos los números no son continuos, no es apropiado usar estadística paramétrica y se recomienda el uso del índice R. Este cálculo es ampliamente descrito y genera información similar a la obtenida con los promedios de una escala lineal y da una medida del grado de preferencia, utilizando el método estadístico adecuado (Wichchukit & O´Mahony, 2015) Ante lo expuesto, el presente trabajo tiene como objetivo hacer la comparación de los principales parámetros físico-químicos y sensoriales que influyen sobre la calidad del grano cocido de cinco diferentes variedades de arroz (Oryza sativa), mediante la selección de un método de cocción adecuado para la evaluación de las variedades de arroz. 4 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Determinar las principales propiedades fisicoquímicas y sensoriales que influyen sobre la calidad del grano de diferentes variedades de arroz (Oryza sativa) utilizando un método de cocción determinado. 2.2 Objetivos específicos • Seleccionar un método de cocción adecuado (para una mezcla 50:50 de dos variedades de arroz) por medio de una prueba de agrado con consumidores, para su utilización en la comparación entre diferentes variedades de arroz. • Caracterizar 5 variedades de arroz crudo cultivadas en la Estación Experimental Enrique Jiménez Nuñez según las propiedades físico-químicas para la comparación de las distintas variedades. • Determinar el nivel de agrado de 5 variedades de arroz cocido por parte de consumidores, con el fin de relacionarlo con su textura instrumental. 5 3. MARCO TEÓRICO 3.1 Importancia del arroz a nivel mundial El arroz (Oryza sativa) es reconocido a nivel mundial como uno de los cultivos de mayor importancia, puesto que, además de representar parte de las tradiciones culinarias de diversas culturas, corresponde a la principal fuente de energía de más de la mitad de la población (Gnanamanickam, 2009). Este aporte se encuentra asociado al 20% de energía y el 15% del aporte de proteína de la dieta humana (Kennedy & Burlingame, 2003). En términos energéticos, el arroz supera a otros cereales de gran importancia como lo son: el trigo, con un aporte del 19% de energía y el maíz, con un aporte del 5% de energía (FAO, 2004). Un ejemplo de esto, solo en Asia más de 2000 millones de personas obtienen entre el 60 y el 70% de sus calorías del arroz y sus subproductos (Lin, Singh, Yang, & Chang, 2011). El arroz ocupa un 11% del total de terrenos cultivados (Leff, Ramankutty, & Foley, 2004). China, India e Indonesia lideran la producción mundial con una producción de 205, 161 y 58 millones de toneladas. Respectivamente, al nivel del continente americano; Brasil, Estados Unidos y Perú encabezan la producción con 11, 8 y 4 millones de toneladas, respectivamente (IRRI, 2018). Respecto a su valor nutricional, el grano de arroz se caracteriza por tener un alto contenido de carbohidratos y fibra dietética, además representa una fuente de vitaminas (niacina, tiamina y vitamina D)(Krishna & Chandrasekaran, 2012), minerales (hierro, fósforo, potasio y magnesio) y aminoácidos esenciales (leucina, valina y fenilalanina). Su contenido lipídico es bajo, pero contribuye con sus características nutricionales, sensoriales y funcionales al formar enlaces complejos con las cadenas de amilosa. Algunos de estos enlaces juegan un papel importante en la prevención de enfermedades crónicas como el cáncer y las cardiopatías. El arroz se caracteriza además por tener proteína de relativo alto valor nutricional, por lo que la desnutrición proteica es menos frecuente y severa en la población que lo consume, en comparación con poblaciones que basan su dieta en maíz y raíces como la yuca (Rosell & Marco, 2008). Sumado a lo anterior, señalan que el contenido nutricional del arroz puede mejorarse mediante el uso 6 de técnicas tradicionales de fitomejoramiento selectivo y de nuevas tecnologías, como la modificación del código genético de las plantas. 3.2. El arroz en Costa Rica En el caso específico de Costa Rica, para el año 2017 la producción nacional fue de 238 000 toneladas métricas de granza seca y limpia sembradas en 67 000 hectáreas (IRRI, 2018) convirtiéndose de esta forma en el grano básico de mayor importancia, seguido por el maíz y el frijol (CONARROZ, 2014). Para el año 2014, se registró un total de 4 467 fincas sembradas con arroz, las cuales constituyeron un 43,9% de los terrenos dedicados a la producción de cultivos anuales en el país (INEC, 2015). El desarrollo de este producto agrícola se presenta en todas las provincias, pero su producción se encuentra ampliamente liderada en Alajuela, Puntarenas y Guanacaste, siendo los de Liberia, Upala y Bagaces los que concentran hasta un 40% de la extensión cultivada (INEC, 2015). De las variedades cultivadas, la Palmar 18 y Lazarroz son predominantes (Pelón, 2017), sin embargo, otras variedades como la CR-5272, Basmatico y Miravalles son de gran interés agronómico. El rendimiento promedio de producción de arroz en granza para todo el territorio costarricense se puede estimar en 3,46 toneladas por hectárea (IRRI, 2018). Con respecto a la importancia económica de exportación del cultivo, se establece que para el año 2017 se exportaron 5 000 toneladas (IRRI, 2018). De este volumen, se señala que es comercializado principalmente en países centroamericanosy en pequeñas cantidades exportado hacia países como Bélgica, República Dominicana, Estados Unidos y Jamaica (CONARROZ, 2014). Para el año 2017, se registró un total de 120 000 toneladas de arroz importadas (IRRI, 2018), las cuales se realizaron como arroz en granza, precocido y pilado, siendo estas últimas provenientes de Uruguay, Argentina, Estados Unidos y Nicaragua, principalmente (CONARROZ, 2014). Costa Rica no es una excepción con respecto a otros países, en el aspecto nutricional, puesto que el arroz es el producto de mayor importancia dentro de la estructura calórica de la canasta básica alimentaria, aportando un 23,65% del consumo total de alimentos 7 (AEEI, 2012) lo que representa un consumo promedio anual per cápita anual de 49 kg (CONARROZ, 2014; IRRI, 2018). 3.3 Morfología del grano de arroz El grano de arroz está constituido por una semilla llamada cariópside, recubierta por glumillas soldadas o cascarilla, que es la cubierta exterior encargada de recubrir proteger el grano (figura 1). La cascarilla está formada por la palea (o glumela superior) y la lemna (o glumela inferior) con sus estructuras asociadas, lemmas estériles, la raquilla y la arista(CIAT, 2005) La semilla de arroz o cariópside a su vez se compone del endospermo, masa de células donde se acumulan los carbohidratos en forma de almidón; y el embrión o germen, encargado de generar una nueva planta (figura 1). El embrión se conforma de la plúmula u hojas embrionarias recubierta por el coleóptilo, y la radícula o raíz embrionaria primaria envuelta por la coleorriza (CIAT, 2005; Livore, 2004) Por último, la cariópside está rodeada por una serie de tejidos o láminas muy finas que incluyen: el pericarpio, que es la capa más externa de la cariópside compuesto por el endocarpio, mesocarpio y epicarpio (figura1), y que tiene un color marrón claro; el tegumento seminal o testa, situado por debajo del pericarpio; y la capa de aleurona, de naturaleza proteica y rica en compuestos grasos (Osca, 2001). El conjunto de estas finas capas se conoce como salvado o semolina (Vargas, 1995). 8 Figura 1. Sección longitudinal de la estructura del grano arroz, tomado de (Osca, 2001). 3.4 Variedades del arroz De acuerdo con Friedman & Weil (2010), las variedades se agrupan en tres grandes categorías correspondientes a grano largo, grano medio y grano corto, las cuales de acuerdo al proceso industrial al que son sometidos, se clasifican en: arroz integral, arroz blanco, arroz parbolizado, arroz precocido, entre otros. (Friedman & Weil, 2010) Las principales características de las variedades de arroz a utilizar en el presente trabajo: Palmar 18: El cultivar Palmar 18 es uno de los más utilizado por la industria arrocera el país (CONARROZ, 2017a). Es descrita como una variedad con una planta de altura aproximadamente de 105 cm y que tarde 110 días para cosechar. Además, tiene un tipo de grano largo y de buena calidad molinera. Puede ser cultivado en sistemas de secano (cultivo que depende exclusivamente del régimen de precipitación); sin embargo, se reporta que su rendimiento es mayor, bajo sistema de cultivo inundado, con un rendimiento promedio 5-8 t ha-1. Presenta una respuesta positiva a fertilizaciones nitrogenadas (Oficina Nacional de Semilla, INTA/ONS, 2008) 9 • Basmatico: Es casi tan largo como grano medio, 110 días a cosecha, altura 90 cm y tiene una respuesta positiva al nitrógeno. Es reconocido en el mercado internacional por su altísima calidad. La cáscara, el salvado y el germen se eliminan durante el tratamiento industrial. Después del cocinado, los granos tienden a permanecer separados debido a su bajo contenido de amilopectina y es aromático (Friedman & Weil, 2010). • Chinchin: Considerada una variedad tradicional, presenta un rendimiento de 3,4 t ha-1 de arroz en granza, la planta alcanza poca altura 80 cm a la maduración, por lo que la catalogan como una variedad enana. Es una variedad afectada por el manchado del grano y presenta una maduración precoz a los 90 días. Evaluaciones culinarias de este arroz indican que es del agrado de los consumidores costarricenses (Tinoco & Acuña, 2009). • Miravalles: El material INTA- Miravalles es uno de los más utilizados en el país como una variedad de subsistencia, con un uso reducido de insumos y bajo un sistema de mínima labranza (INTA, 2005) Es descrito como un material que requiere aproximadamente 125 días para ser cosechado, por lo que es considerada una variedad tardía (duración a cosecha). La planta es de porte alto de 100 cm de altura aproximadamente, es de grano largo, buena calidad molinera, se comporta muy bien bajo ambientes de secano, ha demostrado resistencia a cosecha (lo cual implica que puede ser cosechado con maquinaria y no sufrir alto desgrane), presenta un rendimiento de molino de alrededor de 70% y tiene una producción de 4-5 t ha-1 (Oficina Nacional de Semillas INTA/ONS, 2008). • CR-5272: Es una variedad de porte bajo con 90 cm de altura, hojas erectas, la floración entre los 80 y 85 días después de la siembra y una duración a la cosecha entre 105 y 115. Esta variedad tiene menor capacidad de recuperación cuando hay ataque de la enfermedad al follaje. Su potencial de producción está entre 5,5 y 6 t ha-1. Su grano tiene excelente calidad molinera (Oficina Nacional de Semillas INTA/ONS, 2008). 10 3.5 Manejo postcosecha y procesamiento del grano El proceso de industrialización del arroz consiste en transformar la materia prima y hacerla apta para el consumo humano, facilitar su conservación y lograr el aspecto requerido para su consumo, teniendo en cuenta como principal objetivo para el arroz la obtención de la mayor cantidad posible de granos intactos (Friedman & Weil, 2010). Los procesos requeridos para esta industrialización, junto a los materiales requeridos y desechos generados se encuentran enumerados en el Cuadro I. Cuadro I. Etapas de proceso en la producción del arroz (CONARROZ, 2017a). Proceso Desechos 1. Recibo Emisiones de los camiones 2. Descarga Impurezas, piedras. 3. Pre limpieza Paja, piedras, insectos 4. Limpieza Paja, hebras arroz vano 5. Secado Cascarilla semiquemada, carbón. 6. Almacenamiento Partículas de arroz, polvillo. 7. Descascarado Cascarilla, arroz verde, rojo y vano. 8. Separación Partículas de arroz 9. Blanqueo Partículas de arroz, harina. 10. Pulido Harina de arroz, arroz cristal. 11. Clasificación por tamaño Partículas de arroz. 12. Clasificación por color Arroz yesado. 13. Empaquetado Empaques defectuosos. 11 A continuación, se presenta la descripción de las principales etapas de procesamiento de arroz señaladas en el Cuadro I, de acuerdo con (Castro & Pérez, 2017) Recepción: los camiones que transportan el arroz en granza lo depositan en tolvas de recepción. En estas tolvas se realiza un primer muestreo del producto y permanece hasta disponer de un espacio para su turno de procesamiento. Pre-limpieza y limpieza: consisten en eliminar impurezas que presente el arroz, las cuales pueden ser tallos, piedrillas, suciedad, bolsas e hilachas de sacos. Se realiza mediante la acción neumática y diferencia granulométrica aplicando succión y vibración al hacer pasar el grano por bandas transportadoras y zarandas Secado: consiste en la homogeneización del porcentaje de humedad del arroz que será procesado, haciéndolo pasar por corrientes de aire previamente calentadas hasta alcanzar un aproximado de 10% de humedad. Descascarado: se realiza mediante el uso de máquinas descascaradoras, las cuales propician el desprendimiento y la eliminación de la cascarilla a través de la presión que producen dos rodillos de goma que giran en el mismo sentido pero a velocidades diferentes (INIFAP, 2000) Separación: consiste en separar la granza de los granos de arroz mediante procesos asociadosa la diferencia de pesos específicos de estos dos productos. El equipo utilizado es conocido como mesa gravimétrica. Pulido: consiste en el sometimiento del grano integral a un tratamiento mecánico de pulimiento mediante el cual se remueve el salvado, de color rojizo y rico en proteínas, vitaminas y lípidos. Al remover estas capas externas, queda el grano blanco y lustroso (INIFAP, 2000). El salvado o semolina es almacenado y se procesa posteriormente para darle valor agregado. Clasificación: el objetivo de este proceso corresponde a separar el grano partido del grano entero y así darle una buena calidad al producto terminado. En una primera fase se separan impurezas y materiales extraños, procediendo finalmente a la clasificación de los granos de acuerdo por su longitud. Esto se realiza mediante separadores cilíndricos que giran y alojan en las perforaciones que presentan los granos no enteros. 12 3.5 Parámetros de Calidad 3.5.1 Composición química y proximal El análisis proximal es la determinación de macronutrientes de los alimentos, los cuales son: humedad, grasa, fibra bruta, ceniza, proteína y carbohidratos. La composición química del grano de arroz varía según la variedad del mismo, las condiciones de cultivo y su grado de molienda (Belitz, Grosch, & Schieberle, 2009; Huston & Kohler, 2000). El salvado corresponde a la fracción del grano con el mayor contenido energético y proteico (Rodríguez, 2007) Es así como el arroz integral (el cual cuenta aún con el salvado) contiene más proteína, fibra, grasas y minerales, al compararse con el arroz blanco (Rodríguez, 2007). El arroz con cáscara tiene un mayor contenido de minerales y fibra; sin embargo, la eliminación de ésta para la obtención del arroz integral y/o blanco es indispensable para que el grano sea comestible (Dendy & Dobraszcyk, 2004; García & Guerra, 2010). Tanto en el arroz blanco como en el arroz integral, el principal componente son los carbohidratos. Estos carbohidratos corresponden principalmente a almidón cuyo contenido, como se mencionó anteriormente, depende del tipo arroz (Naivikul, 2013). A continuación, en el Cuadro II se presenta la composición promedio del arroz blanco. Cuadro II. Composición química del arroz blanco Constituyente Arroz blanco Carbohidratos (%) 78,3 – 91,1 Proteína (%) 7,3 -8,3 Grasa (%) 0,4-0,6 Cenizas (%) 0,4-0,9 Fibra dietética (%) 1,6-2,7 Fuente: Naivikul, 2013; INCAP & OPS, 2012, García & Guerra 2010; Pinciroli, 2010. 13 El grano de arroz contiene también algunos minerales como el fósforo, la mayoría presente en el salvado, y el calcio, cuya proporción mayor se encuentra en la cáscara. El arroz contiene una gran cantidad de carbohidratos de fácil digestión y un bajo contenido de grasa y sodio. Asimismo, su proteína es considerada de relativamente buena calidad, superior a la del trigo y maíz, con un 40,1% de aminoácidos esenciales, siendo la lisina el aminoácido limitante (Pinciroli, 2010; Valupillai, Ninthyanantharajah, Vasantharuba, Balakumar, & Arasaratnam, 2010; Williams, Pan, & Poulson, 2005). El almidón es uno de los principales carbohidratos que constituyen el arroz pilado, está constituido por dos tipos de polímeros, la amilosa (no ramificada y soluble en agua) y la amilopectina (ramificada y soluble en soluciones coloidales), los cuales tienen una estructura diferente y cuya proporción varía según la fuente de la obtención del almidón. Dependiendo de dicha distribución, el almidón tiene amplia funcionalidad en cuanto a solubilidad, capacidad de retención de agua, poder de hinchamiento, retrogradación y capacidad de modificar la textura y la consistencia de los alimentos, gracias a sus propiedades espesantes y gelificantes (Belitz et al., 2009). El Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT, 1989) clasifica las variedades de arroz según su contenido de amilosa, en glutinosas o cerosas (1-2% amilosa) y no cerosas que se dividen en: bajas en amilosa (8-22%), intermedias (23-27%) y altas (> 28%). 3.5.2 Textura El atributo de textura de arroz cocido junto a su dureza y pegajosidad, son considerados como los parámetros de calidad primordiales del grano. La textura es comúnmente determinada a través de una evaluación sensorial, para lo cual se requiere de panelistas entrenados para describir sus atributos (Palmiro Ramírez, Dias Pereira, Zaczuk Bassinello, Wanderlei Piler, & Ramírez Ascheri, 2010). Además de la evaluación sensorial, la textura puede ser determinada directamente por instrumentos como el analizador de textura, o determinados indirectamente por sus propiedades físico-químicas. 14 La textura del arroz cocido se ve afectada por una amplia gama de factores, como el contenido de amilosa el procesamiento posterior a la cosecha (Li, 2017) y el método de cocción (Leelayuthsoontorn & Thipayarat, 2006) . Entre ellos, la estructura del almidón tiene un papel importante en la textura del arroz (Cameron & Wang, 2005). El almidón es un polímero de glucosa ramificado que comprende dos tipos de moléculas: amilopectina y amilosa. Las moléculas de amilopectina son altamente ramificadas con un gran número de ramas cortas y pesos moleculares relativamente grandes (~ 107-8), mientras que la amilosa tiene un peso molecular más pequeño (~ 105–6) con unas pocas ramas largas (Li, Prakash, Nicholson, Fitzgerald, & Gilbert, 2016) Entretanto, estudios ha demostrado que cuando el arroz es sometido a diferentes procesos fisicoquímicos, este grano presenta diferentes calidades. Juliano (1985), explicó que en la cocción del arroz por medio de microondas, la cantidad de agua utilizada durante la cocción y el vapor pueden afectar la textura y el sabor del arroz (Pinkrová, 2003), observaron que el almidón dañado contenido en los granos de arroz aumenta con el incremento de la energía irradiada absorbida, junto con la concentración de agua y temperatura utilizada (Bao, Ao, & Jane, 2005; Yu & Wang, 2007; Zanao, 2009).Además, diferentes cultivares de arroz, con contenidos similares de amilosa, pueden diferir en las propiedades de textura. Por lo tanto, se han utilizado parámetros secundarios como el contenido de proteína, el valor de propagación del álcali, contenido de gel, estructura de la amilopectina, entre otros, para realizar una adecuada diferenciación del parámetro de textura. El contenido de proteína se correlaciona negativamente con la adhesividad del arroz cocido y positivamente con la dureza. (Palmiro, Dias Pereira, Zaczuk, Wanderlei, & Ramírez, 2010). Asimismo, se ha visto una relación directa entre las cadenas largas de amilopectina y la dureza del arroz cocido. Las cadenas largas de la amilopectina pueden fortalecer los gránulos de almidón a través de interacción intermolecular, que a su vez contribuye a una textura más firme. El contenido de amilosa es considerado un factor determinante en la textura de arroz cocido (Palmiro et al., 2010), que determina las características de consistencia, viscosidad y pegajosidad del arroz durante y después de la cocción (Ávila, 2001; Scholz & Magri, 2003; Zheng & Wang, 2001). Las determinaciones de esas características se 15 consideran métodos indirectos, que evalúan la calidad cuantificando el comportamiento de las pastas de arroz frente a la cocción, lo cual está estrechamente relacionado con el grado de pegajosidad, o en su defecto soltura, de los granos. 3.5.3 Cocción Para la realización de evaluaciones sensoriales y análisis instrumentales, es necesario asegurar que la cocción del arroz sea reproducible, con el fin de lograr características similares de calidad y que las diferencias entre muestras se deban únicamente a ellas y no a la forma de preparación. Cualquier método diseñado para el estudio de arroz cocido, debe estar asociado directamente al método cocción, Bergman, Bhattacharya, & Ohtsubo (2004),demostraron que la dureza del arroz es dependiente del contenido de humedad y por lo tanto, de su relación arroz: agua durante la cocción. Desafortunadamente, no hay un estándar o método oficial de la preparación de arroz cocido en Costa Rica. A pesar de la Corporación Arrocera Nacional estableció un método recomendado, éste es raramente usado a nivel industrial. Juliano (1985), realizó cambios en la relación agua: arroz, para ajustarlos a variedades altas en amilosa y obtener una textura aceptable. Las recomendaciones dadas por este autor corresponden a la relación agua: arroz de 0,9: 1,1 para arroz ceroso, 1,2: 1,4 para arroz bajo en amilosa, 1,5: 1,6 para arroz con un contenido intermedio de amilosa y de 1,7: 2,0 para variedades de arroz con un contenido alto de amilosa. El estudio del efecto de las distintas relaciones agua: arroz sobre los valores de dureza de arroz cocido, reportaron que en los rangos mencionados los valores de dureza son idénticos. Sin embargo, estas relaciones agua: arroz son definidas arbitrariamente y si los resultados resultan similares, cualquier tipo de ajuste es innecesario (Bergman et al., 2004). A pesar de esto, no hay datos específicos con respecto a cómo se debe ajustar la relación agua: arroz asociado al contenido de amilosa. Con base en la discusión anterior, la relación agua: arroz utilizada para estudiar arroz cocido debe ser decidido tomando en cuenta las siguientes consideraciones (Bergman et al., 2004): 16 ● En primer lugar el arroz absorbe aproximadamente 2,5 veces su peso de agua hasta que su núcleo opaco desaparece. ● Segundo, se ha utilizado recientemente una relación constante de agua: arroz de 1,6:1,0. ● En tercer lugar, las preferencias étnicas del grupo de consumidores deben ser consideradas para realizar el ajuste de la relación agua: arroz. Finalmente, el requerimiento de agua varía en el rango de 0,5- 1,0 (arroz-agua), por lo tanto el cocinar un arroz ceroso con una relación como la anteriormente mencionada es justificable (Bergman et al., 2004). Los dos métodos más comunes corresponden al cocimiento con exceso de agua y al cocimiento de una relación arroz: agua óptima. Cuando se cocina con un nivel de agua óptimo, los granos de arroz absorben agua, se hinchan hasta un tamaño de gran medida, algunos componentes del arroz se filtran en el agua de cocción, y migran del interior del grano hasta la superficie, por medio de la lixiviación. La cantidad de componentes lixiviados al cocinar el arroz a una temperatura de 85ºC varía de 0,8-1,3%, de los cuales el 93% corresponden a carbohidratos. Inicialmente, se pensaba que solamente la amilosa del gránulo de almidón se filtra durante la cocción, mientras que la amilopectina permanece en el gránulo gelatinizado. Sin embargo, trabajos más recientes demostraron que tanto la amilosa como la amilopectina lixivian durante la cocción. Una mayor cantidad de amilosa lixiviada se asoció con mayor dureza de arroz cocido y menor adhesividad (Patindol et al., 2010) 3.5.4 Color El color es una percepción de la luz reflejada por un objeto. Al tratarse de una apreciación que depende de cómo el ojo detecta la luz reflejada y de cómo el cerebro la procesa, el color está afectado por el objeto, el observador, el iluminante, la geometría, el área, el fondo, la superficie, el brillo y la temperatura (Trusell, Saber, & Vrhel, 2005). El color es el primer parámetro evaluado por los consumidores de un producto, por lo que es crítico para su aceptación. Por ende, es de suma importancia en la industria alimentaria y se considera que tiene una gran influencia sobre la preferencia de los 17 consumidores de productos alimenticios. El color en los alimentos está determinado por los cambios químicos, bioquímicos, microbiológicos y físicos que se dan tanto en las materias primas, como en el procesamiento del producto (Pathare, Linus, & Al-Said, 2013). La medición del color puede ser relacionada con otros atributos de calidad del producto. Esta medición puede ser visual, la cual es subjetiva y variable de espectador en espectador, o instrumental, con el fin de llevar a cabo un análisis de color objetivo. Los colorímetros más utilizados en la industria alimentaria son el Hunter Lab, Minolta chroma meter y Dr. Lange (Leon, Mery, Pedreschi, & Leon, 2006). Se han desarrollado diferentes escalas y espacios de color para describir de forma numérica los atributos de color. Se pueden citar el espacio L* a* b*, espacio L* C* h y el espacio XYZ. En el espacio L* C* h se utilizan coordenadas cilíndricas en las cuales el valor L* indica la luminosidad. Por su parte, el valor C* representa el atributo cromaticidad, el cual es cero en el centro y aumenta según la distancia desde el centro. El valor h° representa el ángulo de tono y se expresa en unidades de grados, en los 0° inician los colores rojos, en los 90° lo tonos amarillos, a partir de los 180° se ubican los colores verdes y en los 270° las tonalidades azules (Minolta, 1998). Estos últimos dos parámetros se basan en las mediciones de a* (rojo-verde) y b* (amarillo-azul) (Good, 2004; Wee, 2002). En el caso de arroz cocido, se ha reportado que un indicador de alta calidad es un color blanco o blanco cremoso uniforme y consistente. Figura 2. Sólido Tridimensional de Color (Minolta, 1998). Expresión Numérica del Color. 18 3.5 Pruebas afectivas Las pruebas afectivas son una herramienta importante en el desarrollo de productos, ya que ayudan a comprender lo que el consumidor espera del producto, lo cual no se consigue con paneles entrenados. Estas pruebas consisten en los ensayos de preferencia, agrado y aceptación. Según Meilgaard, Civille, & Carr (1999) y Meilgaard et al. (2007), en los métodos afectivos cuantitativos se requieren grupos grandes de panelistas, y se aplican para determinar preferencia o agrado del producto a nivel general, determinar la preferencia o agrado de atributos sensoriales del alimento (sabor, aroma, textura y apariencia) o medir la respuesta del consumidor a atributos sensoriales del producto. Este agrado se ve influenciado por el conocimiento del producto por parte de los consumidores al igual que por la situación propia del consumidor, como la educación o situación demográfica, y para reportarlo se emplean escalas hedónicas y afectivas (Stone & Sidel, 2004). Las pruebas afectivas se realizan para conocer la aceptación, rechazo, preferencia o nivel de agrado de uno o varios productos determinados. Estas pruebas se realizan con un rango de 75 a 150 consumidores regulares del producto, un número elevado de panelistas porque existe una gran variabilidad entre las preferencias individuales de cada consumidor. Además, permite identificar segmentos de personas o panelistas a los cuales les agrada diferentes tipos de productos, así como obtener información de las razones por las cuales agrada o no un producto (Lawless & Heymann, 2010). Entre las pruebas de tipo afectivas se encuentran las pruebas de aceptación, agrado general, preferencia, escala justo-correcto y agrado de un atributo específico (Lopetcharat & McDaniel, 2005). 3.6 Prueba de agrado general y aplicación de la escala hedónica La prueba de agrado general permite medir cuánto les gusta a los consumidores determinado producto, para lo cual se utiliza una escala hedónica (Lopetcharat & McDaniel, 2005). Hay diferentes tipos de escalas lineales y de categorías y entre ellas la más utilizada es a escala hedónica de 9 puntos. Esta escala está compuesta por una 19 serie de etiquetas relacionadas con el agrado o desagrado del producto, las cuales permiten vincular la puntuación o calificación del panelista con el gusto por el producto (Rousseau, 2004). Se le ha hecho modificaciones de 5 o 11 puntos que abarcan desde el máximo nivel de disgusto hasta el máximo nivel degusto y un nivel intermedio neutro (Espinosa, 2007). Para analizar los resultados obtenidos con esta prueba, se le asigna un valor numérico consecutivo a cada punto para ejecutar una conversión numérica del nivel de agrado o desagrado hacia el producto y los datos numéricos se procesan mediante un análisis estadístico. Los resultados obtenidos con esta prueba permiten tomar decisiones importantes en cuanto a venta de un producto o cambios en su formulación (Espinosa, 2007). Cuando se utiliza una escala numérica para definir el nivel de agrado o desagrado hacia un producto se sigue un modelo relativo alternativo, el cual asume que la puntuación asignada por un panelista al producto evaluado depende del puntaje asignado a los otros productos en estudio. Por ejemplo, tres panelistas evalúan los productos W, X. Y y Z. el producto X es solo un poco menos gustado que el producto W, por lo que la puntuación será ligeramente menor. Por otro lado, si el producto X es más gustado que el Y, este último recibe una puntuación menor. Al producto Z que es el menos gustado, se le asigna la menor puntuación (figura 3) (Wichchukit & O´Mahony, 2014) Todos los consumidores no utilizan la escala de igual manera, pero pueden describir el gusto por los productos de la misma manera al evaluar el producto W como el más gustado, el producto X cerca del W, y el Z como el menos gustado (Ver Figura 3). Con el modelo relativo, asignar un 9 al producto W no representa un grado mayor de agrado en comparación con una puntuación de 7 u 8 otorgado por otros consumidores (Wichchukit & O´Mahony, 2014). 20 Figura 3. Modelo relativo en el cual las puntuaciones de un producto se generan en relación con las otras puntuaciones otorgadas a otros productos (Wichchukit & O´Mahony, 2014). Los panelistas utilizan los números para representar los espacios entre los rangos, es decir, estímulos que son relativamente similares y estímulos que son relativamente diferentes tienden a estar espaciados de la misma manera a través de toda la escala. Por ejemplo, se están evaluando 5 productos y sus puntajes oscilan entre 2 y 8 de una escala de 9 puntos. Si ya no se evalúa el producto más gustado y el producto menos gustado, ahora solo se evalúan 3 productos. La puntuación para estos tres ahora tendrá a extenderse en toda la escala, de manera que el más gustado de los tres tendrá puntuaciones cercanas a 8 y el menos gustado a 2 (Wichchukit & O´Mahony, 2014). Si se desea evaluar sensorialmente el agrado de un nuevo producto sería ideal evaluarlo contra el producto líder en el mercado, un producto medianamente vendido y el menos consumido en el mercado. Si el nuevo producto obtiene un puntaje cercano al del producto líder, el producto nuevo es gustado igual o más que el producto líder. Sin importar si el producto líder obtuvo un 9, 8 o 7, lo que interesa es que el puntaje del producto nuevo es cercano al del producto líder (Wichchukit & O´Mahony, 2014). La principal razón por la cual la escala hedónica de 9 puntos es la más usada en la industria alimentaria en pruebas de aceptación es que en comparación con otras escalas posee un número limitado de categorías, facilitando su uso en diferentes segmentos de la población. De igual manera se ha demostrado que en términos de poder de discriminación de la muestras es tan sensible como otras escalas (Pimentel, Gomes da Cruz, & Deliza, 2016). 21 Otra escala utilizada es, el índice R que se basa en la Teoría de Detección de Señales y es un estimador del área bajo la curva característica operacional de respuesta (ROC por sus siglas en inglés), lo cual corresponde a la probabilidad de que se elija un producto sobre el otro (Bi & O`Mahony, 2007). Este índice fue desarrollado por Brown (1974) y se basa en la estadística no paramétrica. Ha sido utilizado para múltiples aplicaciones en análisis sensorial, entre las que se encuentran medidas de umbral (Robinson, Klein, & Lee, 2004), pruebas de diferencia (Lee & Hout, 2009), medidas de preferencia, medidas de aceptabilidad e intención de compra y conceptos abstractos del consumidor (Lee, 2005). Lo anterior refleja la principal ventaja del índice R, la cual se basa en que es muy general y puede ser utilizado tanto en evaluaciones dirigidas a la obtención de calificaciones (rating) como las dirigidas a la generación de clasificaciones (ranking) (Jara, 2018). En la obtención del índice R, para pruebas hedónicas de consumidores, se comparan dos productos y se analiza la probabilidad de que uno de estos sea preferido en comparación a otro, para tal efecto se toma el producto líder como la señal y un producto de menor agrado como el ruido y se obtiene el índice para la señal. Posteriormente se puede obtener otro valor de índice R tomando el ruido anterior como señal y otro producto de menor agrado como el ruido, y así sucesivamente (Jara, 2018). 4.MATERIALES Y METODOS Localización del proyecto Los análisis físicos y reológicos requeridos para la ejecución del proyecto de investigación se llevaron a cabo en el laboratorio de química de la Escuela de Tecnología de Alimentos, los análisis químicos se realizaron en el Centro Nacional de Ciencia, Tecnología de Alimentos (CITA), el análisis de amilosa en el laboratorio de análisis de micotoxinas del Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS) y el análisis de minerales el Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA) (todos pertenecientes a la Universidad de Costa Rica (UCR)). Las pruebas de análisis sensorial 22 se realizaron en el laboratorio de análisis sensorial de la Escuela de Tecnología de Alimentos, UCR. Materia prima Se utilizó un lote de las siguientes variedades: Basmatico, Miravalles, CR-5272, Palmar 18 y Chinchin. Los materiales se sembraron el 12 de setiembre del 2016 en la Estación Experimental Enrique Jiménez Nuñez (EEEJN) del INTA, Cañas, Guanascate, coordenadas N 10°`19.016` O 085°09.811`1, la cosecha se realizó el 10 de enero del 2017. El tipo de suelo predominante es vertisol y se utilizó un sistema agroecológico de producción típico de arroz inundado con manejo de nutrición según Chavarría (2011). Las variedades estudiadas fueron aportadas por el banco de germoplasma de arroz del programa de mejoramiento genético de arroz del CIGRAS. Las muestras fueron cultivadas, recolectadas y procesadas según variedad. Procesamiento de muestras y almacenaje Los materiales se cosecharon en una plantación de arroz ubicada en Cañas, Guanacaste. Luego de recolectadas se realizó el proceso de limpieza y pilado en el Laboratorio de análisis de calidad de granos del CIGRAS, y se almacenaron en bolsas de polietileno de alta densidad para la caracterización físico-química, pruebas de cocción y análisis sensorial. En la Figura 4 se muestra un diagrama de flujo con los diferentes pasos requeridos para la obtención de arroz pilado blanco. 23 Figura 4. Diagrama de flujo para la obtención de arroz pilado blanco, realizado en el CIGRAS. Pruebas Preliminares Se realizaron pruebas preliminares de distribución de calor en ollas arroceras, con el fin de evaluar la uniformidad de la temperatura en diferentes ollas arroceras, en el laboratorio de análisis sensorial de la Escuela de Tecnología de Alimentos. Para esto se realizó la cocción de arroz blanco comercial en 4 ollas arroceras marca Oster®. Para realizar las pruebas de distribución de calor, se colocaron los termopares por arrocera, en puntos distintos, ya que el vapor generado durante la cocción hace que el termopar se mueva con facilidad. Se colocaron en el siguiente orden: arrocera I, termopar 1; arrocera II, termopar 3; arrocera III, termopar 5 y 6; y arrocera IV, termopar 8. Los 24 resultados presentados en la figura 5 indican que luego de iniciado la operación de cocción, todas las arroceras llegan a unmáximo de temperatura de 98,5°C a los 7 min, que es la temperatura de ebullición del agua; luego se puede observar que durante 9 min la cocción se mantiene a 96,5 °C, para todas las arrocera, finalizado este proceso la temperatura desciende progresivamente hasta llegar a 35°C aproximadamente (garantizando de esta forma un comportamiento homogéneo en las diferentes ollas). En el minuto 20 se puedo observar una caída de la temperatura, esto se debe a que, al llegar a la temperatura de ebullición, la presión de vapor se iguala a la presión atmosférica, la energía de activación de las moléculas de agua en forma de vapor, causa un movimiento en el termopar colocado en cada olla arrocera, provocando una desestabilización en el registro de la temperatura. De esta forma, se determina que las ollas arroceras podrían ser usadas indistintamente para las cocciones del arroz blanco durante el desarrollo del proyecto realizado, debido a su uniformidad de calentamiento durante la cocción. Figura 5. Datos de la curva de cocción para 4 ollas arroceras marca Oster®. 49,3 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 T em p er at u ra d e co cc ió n ( °C ) Tiempo de cocción (min) Termopar 1 Termopar 3 Termopar 5 Termopar 6 Termopar 8 25 4.1 Procedimientos para la determinación del método de cocción de arroz A continuación, se describe el procedimiento para la determinación del método de cocción de arroz, tomando en cuenta cuatro preparaciones. Para la cocción del arroz se planteó evaluar cuatro metodologías establecidas de la siguiente forma: 1. CONARROZ (método oficial): 300 g de arroz, 475 mL de agua, 6 g de sal y 20 g de aceite. Este método fue obtenido del reglamento vigente RTCR 406:2007. 2. CONARROZ 2.0 (método nuevo interno): 500 mL de arroz, 625 mL de agua, 15 mL de aceite. Es un reglamento interno en proceso de validación. 3. INDUSTRIA: 1 taza de arroz (250 g), 1 taza de agua (250 mL), 6 g de sal y 20 g de aceite. Esta metodología está basada en las recomendaciones de cocción descritas en los materiales de empaque de distintos productos comercializados por la industria arrocera. Está calculada usando los datos promedio obtenidos de una revisión de 12 diferentes etiquetas comerciales de arroz, de diferencias industrias arroceras. 4. Variación propia: 250 g de arroz, 350 mL de agua, 6 g de sal y 20 g de aceite. Este método de cocción se realizó haciendo énfasis en la modificación de la cantidad de agua extra añadida, durante el método de cocción, ya que la proporción de la cantidad de arroz: cantidad de agua es de suma importancia, para la calidad del arroz cocido. Considerando que las diferentes variaciones utilizan las siguientes proporciones: CONARROZ con 300: 475 mL, CONARROZ 2.0 con 500: 625 mL, INDUSTRIA con 250:250 mL, se definió una variación propia de 250:350 mL, con el fin de abarcar los valores intermedios. 4.1.1 Diseño experimental Se utilizó un diseño irrestricto aleatorio unifactorial con 4 niveles (métodos de cocción): CONARROZ, CONARROZ 2.0, industria y variación propia. La variable respuesta será el agrado medido con consumidores de arroz. 26 4.1.2Análisis sensorial Para determinar si existía diferencias en el agrado del producto utilizando los diferentes métodos de cocción, se realizó una prueba con consumidores por medio de una escala hedónica de nueve puntos con frases. Esta escala se encuentra traducida al español y validada para la población costarricense, de acuerdo a los resultados en otro trabajo final de graduación (Jara, 2018.). Los consumidores probaron las muestras de arroz y los asignaron a cada frase que se ajusta mejor a su sensación de agrado (Figura 6). El procedimiento para el uso de la escala se describe en Jara(2018). Figura 6. Escala hedónica de 9 puntos utilizada en las evaluaciones sensoriales de agrado (Jara, 2018). Las muestras se evaluaron con 120 consumidores (Hough et al., 2006), quienes evaluaron las 4 muestras de arroz cocinado a temperatura ambiente, con dos enjuagues de agua entre muestras. El arroz que se presentó a los consumidores para evaluar el método de cocción fue una mezcla 50:50 de las variedades Palmar 18 y CR-5272, mezcladas en el mezclador de granos del Laboratorio de Calidad de Granos del CIGRAS. Debido a limitaciones en las cantidades disponibles de los otros materiales, se escogió realizar esta prueba solo con la mezcla de las variedades Palmar 18 y CR-5272, ya que son unas de las más cultivadas en Costa Rica (Oficina Nacional de Semillas, 2008) 4.1.3 Análisis de datos Los datos de esta escala se tomaron como no paramétricos, por lo que se calculó el índice R. La obtención del índice R de ordenamiento se realizó mediante el método RJB (Wichchukit & O´Mahony, 2015). 27 Una vez que los consumidores evaluaron las muestras, se transformaron los datos a las categorías del análisis del índice R para ordenamiento, como se explica a continuación: a. Codificación de muestras: Se le asignó a cada muestra un símbolo distinto como se muestra en el Cuadro III. Cuadro III. Codificación de las muestras a utilizar para la evaluación de cuatro métodos de cocción de arroz. Método Código CONARROZ A CONARROZ 2.0 B INDUSTRIA C VARIACIÓN PROPIA D b. Ordenamiento por agrado: Para cada consumidor se colocaron los códigos del Cuadro III en una matriz, cada consumidor corresponde a una fila como se observa en Cuadro IV, en el orden en que fueron evaluadas, en forma ascendente, de primero a cuarto, dándole el 1 al producto con mayor agrado y un valor de 4 al producto con menor agrado. En caso de presentarse empates entre productos se promedió las clasificaciones correspondientes para éstos y se les asignó el mismo valor a ambos. Se repite para cada uno de los 120 consumidores 28 Cuadro IV. Ejemplo de ordenamiento del agrado de los consumidores, para 4 métodos diferentes de cocción de arroz. Mayor agrado Consum idor 1ro 2do 3ro 4to Menor Agrad o 1 CONARROZ CONZARROZ 2.0 INDUSTRIA VARIACIÓN PROPIA 2 CONZARRO Z 2.0 CONARROZ INDUSTRIA VARIACIÓN PROPIA 3 CONARROZ VARIACIÓN PROPIA CONZARROZ 2.0 INDUSTRIA 4 CONARROZ CONZARROZ 2.0 INDUSTRIA INDUSTRIA La muestra de cálculo se encuentra en el apéndice A4. a. Comparación entre métodos de cocción: Se analizó el agrado de cada producto respecto a otro producto para los 120 jueces (consumidores) para obtener el valor del índice RJB. Luego se determinó si ese índice RJB es significativamente diferente respecto al valor crítico (57,2), es decir si el índice RJB fue menor al valor crítico no habrá diferencias significativas entre los productos del par. Para obtener el valor crítico se usaron las tablas de índice RJB con un alpha de 0,05 y dos colas (Bi & O`Mahony, 2007) La ecuación utilizada se presenta a continuación y la muestra de cálculo se presenta en el anexo A4. 𝑃1 → 𝑃2 = 𝑋 𝑁 ∗ 100 (1) Donde: P1: Producto 1 (mayor agrado) P2: Producto 2 (menor agrado) X: Cantidad de veces que un P1 presenta mayor agrado con respecto a P2 N: Número total de jueces Se obtiene un índice para cada para de muestras; por lo que en total se calcularon 12 índices RJB. 29 4.2 Procedimientos para la caracterización físico-química, como parámetros de calidad, y agrado por parte de consumidores de arroz. 4.2.1 Diseño experimental Para comparar las cinco variedades de arroz. se realizó un diseño irrestricto aleatorio unifactorial con 5 niveles (cada variedad de arroz), y las variables respuesta fueron: contenido de humedad, cenizas totales, proteína, lípidos, carbohidratos totales, fibra dietética, almidón total, almidón resistente, amilosa, amilopectina, color instrumental y textura instrumental. Se utilizó un lote de cada variedady tres muestras de cada lote. Todos los análisis fueron realizados por la estudiante en el laboratorio de química del CITA y el laboratorio de micotoxinas del CIGRAS, a excepción de la determinación de minerales, el cual se contrató al laboratorio de suelos y foliares del Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA). 4.2.2 Métodos de análisis físico-químicos A continuación, se describen los métodos de análisis a utilizar: • Contenido de humedad (arroz crudo y cocido, duplicado) Se determinó la humedad según el método CITA P-SA-MQ-002. Se sigue como referencia el método AOAC 925. 45A (CITA, 2012b). • Contenido de cenizas totales (arroz crudo, duplicado) Se determinaron las cenizas totales según el método CITA P-SA-MQ-004. Se sigue como referencia el método AOAC 900.02.(CITA, 2015). • Contenido de proteína (arroz crudo, duplicado) Se realizó la determinación de proteína según el método CITA P-SA-MQ-003 “Nitrógeno total por el método de Kjeldahl utilizando un equipo Foss TectorTM, 30 empleando un factor de 6,25. Se tomó como referencia el método AOAC 920.176 (CITA, 2012c). • Contenido de lípidos (arroz crudo, duplicado) Se determinó según el método CITA P-SA-MQ-009 (CITA, 2012a). • Contenido de carbohidratos totales (crudo, duplicado) Se determinaron los carbohidratos por diferencia utilizando la siguiente ecuación: %Carbohidratos = 100 - %Humedad - %Cenizas - %Proteína -%Grasa-%Fibra (2) • Contenido de almidón resistente (crudo, duplicado) Se determinó el contenido de fibra siguiendo la metodología del CITA P-SA-MQ-007, “Fibra dietética total por el método enzimático”, basado en el método de la AOAC 985.29. Para esto se realizaron 3 hidrólisis con α-amilasa, proteasa y amiloglucosidasa. Posteriormente, se realizó una precipitación con etanol y filtración. Se realizaron lavados con etanol y acetona al precipitado. Por último, se pesa el residuo (CITA, 2016). • Contenido de almidón total y resistente (crudo, duplicado) • Se determinó el contenido de almidón total y resistente por medio del kit enzimático (KIT Resistant Starch K-RSTAR), basado en los métodos AOAC 2002.02, AACC 32- 40.01 (MEGAZYME, 2018). • Contenido de amilosa y amilopectina (crudo, duplicado) Se realizó la determinación cuantitativa, por el método del CIGRAS. La determinación de amilosa se realizó con el método colorimétrico de (Morrison & Laignelet, 1983). El contenido de amilopectina se calculó por diferencia al 100% del contenido de almidón total y el contenido de amilosa. • Contenido de minerales (crudo, una medición) 31 Se realizó la medición por triplicado para cada variedad el método de ICP, en el laboratorio de suelos y foliares del Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA). Se realizó a partir del principio analítico establecido en el AOAC Official Method 985.01 Metals and Other Elements in Plants and Pet Foods que se basa en una digestión húmeda con HNO3 en microondas con la lectura de elementos en ICP (Espectrómetro de Emisión Atómica con Acoplamiento Inductivo de Plasma). • Medición de color instrumental Los parámetros de luminosidad visual, coordenadas cromáticas de rojo y verde y coordenadas cromáticas de amarillo y azul (L*, a*, y b* respectivamente) del producto seco y molido final obtenido, se determinaron por triplicado mediante el uso de un colorímetro Color Flex EZ (Hunter Lab, EUA), en muestras de arroz después de 30 minutos de haberse cocinado. Se trabajó con un ángulo de apertura de 10° y tipo de luz D65. Se realizó el cálculo de la diferencia del color (ΔE) respecto a la variedad Palmar 18 siendo la variedad más producida en el país (CONARROZ, 2017a). Para esto se utilizó la Ecuación 4. 𝛥𝐸 = √(𝐿 − 𝐿0)2 + (𝑎∗ − 𝑎0 ∗)2 + (𝑏∗ − 𝑏0 ∗)2 Ecuación (3) Donde 𝐿0, 𝑎0 ∗ y 𝑏0 ∗ corresponden a los valores de la variedad Palmar 18. La conversión de los calores C* y °h a valores de a* y b* se realizó mediantes las ecuaciones 5 y 6. 𝑎∗ = cos(𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠(°ℎ)) ∗ 𝐶∗ Ecuación (4) 𝑏∗ = sen(𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠(°ℎ)) ∗ 𝐶∗ Ecuación (5) 32 • Prueba de textura instrumental Se midieron los parámetros de pegajosidad y dureza de 10 granos enteros cocidos de cada variedad de arroz luego de ser cocinado, con el uso del texturómetro TAXTplus. Se usó el programa Exponent versión 6.1.6.0., con el proyecto básico para “la comparación de la dureza y pegajosidad de diferentes variedades de arroz cocido”, modificado con la metodología adaptada de (Patindol et al., 2010) y usando 0,5 mm/s para las velocidades de aproximación (crosshead speed), de análisis (test speed) y de post-análisis (post-test speed), con el émbolo de 10 cm de diámetro para compresión y una plataforma cuadrada lisa para colocar la muestra. 4.2.3 Análisis de datos A los datos obtenidos de textura instrumental y los análisis físico-químicos de las diferentes variedades de arroz, se les realizó un análisis de varianza (ANDEVA), para cada variable respuesta. En caso de presentarse diferencias significativas entre las variedades, se aplicó una comparación de medias de Tukey (p≤ 0,05). 4.3 Procedimientos para la determinación del nivel de agrado de 5 variedades de arroz pilado por parte de consumidores. 4.3.1 Diseño experimental Se utilizó un diseño irrestricto aleatorio unifactorial con 5 niveles (Basmatico, Miravalles, CR-5272, Palmar 18 y Chinchin). La variable respuesta fue el agrado medido con consumidores. 4.3.2 Análisis sensorial Participaron 120 consumidores (Hough et al., 2006), quienes evaluaron las 5 muestras de arroz cocinado a temperatura ambiente, con dos enjuagues de agua entre muestras. Se utilizó la escala hedónica de 9 puntos usando frases, explicada en el apartado 4.1. Los consumidores probaron las muestras arroz y fueron asignándolas a cada frase que se ajustara mejor a su sensación de agrado. 33 4.3.3 Análisis de datos El análisis de datos se realizó por medio del cálculo del índice R. La obtención del índice RJB de ordenamiento se realiza mediante el método RJB, el cual se explicó en la sección 4.1. 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1 Selección del método de cocción Se realizó un análisis de agrado con el consumidor que permitió determinar el método de cocción más aceptado, con el cual se realizaron las pruebas físico-químicas y sensoriales. En el anexo A1 se presentan los valores de índice R. El índice R compara un par de muestras a la vez y significa el porcentaje de personas que prefirieron una muestra sobre la otra. Se calcularon todas las posibles combinaciones, 12 en total, del índice RJB para cuatro métodos de cocción evaluados. Cada índice RJB comparó los dos métodos que aparecen en la primera columna del cuadro XIII (Anexo A2), entre sí. Si el valor del índice RJB fue significativamente diferente, de acuerdo con las tablas de Bi & O`Mahony (2007), el primero fue el de mayor agrado. Si el índice RJB no supera el valor crítico, entonces el segundo sería el de mayor agrado; o bien no existen diferencias entre ambos métodos si al analizar la relación a la inversa el índice RJB tampoco supera el valor crítico, lo cual indicó que no se encuentran diferencias significativas entre ambos en ese par. En el Cuadro V, se muestran los valores de índice RJB que presentaron diferencias significativas. En los que quedó duda si hay diferencia, de manera que se interpretaron cuál o cuáles métodos aparecían en primer lugar un mayor número de veces y cuál o cuáles en último lugar. El método que apareció el mayor número de veces en primer lugar en varios índices RJB fue el de mayor agrado, y, por el contrario, el que aparece menos veces en primer lugar fue el de menor agrado. De ahí, el método de CONARROZ comparado con cualquiera de los 3 métodos restantes fue el más gustado. Los métodos VARIACIÓN PROPIA e INDUSTRIA presentaron
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