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Facultad de Ingeniería Carrera de Ingeniería Industrial TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR POR EL GRADO ACADÉMICO DE BACHILLER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL “Obtención de mucílago a partir de pencas contaminadas por cochinilla para determinar su costo de producción en el distrito de La Joya en el 2019.” Autor Carrion Idme, Liza Gabriela (1512654) Asesor Del Carpio Beltrán, Herbert Jesús Arequipa, Perú Enero; 2023 16% INDICE DE SIMILITUD 16% FUENTES DE INTERNET 7% PUBLICACIONES 9% TRABAJOS DEL ESTUDIANTE 1 3% 2 2% 3 1% 4 1% 5 1% 6 1% 7 1% 8 <1% “Obtención de mucílago a partir de pencas contaminadas por cochinilla para determinar su costo de producción en el distrito de La Joya en el 2019.” INFORME DE ORIGINALIDAD FUENTES PRIMARIAS Submitted to Universidad Tecnologica del Peru Trabajo del estudiante hdl.handle.net Fuente de Internet repositorio.uchile.cl Fuente de Internet core.ac.uk Fuente de Internet tesis.ucsm.edu.pe Fuente de Internet www.hindawi.com Fuente de Internet repositorio.unfv.edu.pe Fuente de Internet enggjournals.com Fuente de Internet ii Dedicatoria En primer lugar, a mis padres Pedro Carrion Apaza y Teresa Idme Jihuallanca, su ayuda ha sido muy importante ya que siempre me han brindado su apoyo en todo mi proceso de formación académica y me supieron guiar por el camino del bien. Finalmente, a todos los miembros de mi familia por los consejos y a mi hermano por el ejemplo que me supo dar para poder realizarme académicamente. iii Índice General Dedicatoria .................................................................................................................. ii Índice General ............................................................................................................. iii Lista de Tablas .............................................................................................................iv Lista de Ilustraciones ................................................................................................ iv Lista de Gráficos ......................................................................................................... v Resumen .................................................................................................................... vi 1. Problema de investigación .................................................................................. 1 2. Objetivo general y específicos ........................................................................... 2 2.3. Alcances y Limitaciones ........................................................................................ 2 3. Justificación ......................................................................................................... 2 3.1. Social: ................................................................................................................... 2 4. Revisión de la literatura actual ........................................................................... 3 5. Marco Teórico ...................................................................................................... 5 5.1. Antecedentes del Nopal ...................................................................................... 5 5.1. Características: ......................................................................................................... 5 5.2. Importancia ecológica: ........................................................................................... 6 5.3. El mucílago de nopal: .............................................................................................. 6 5.5. Métodos de extracción: .......................................................................................... 7 6. Metodología de la investigación ......................................................................... 8 6.1. Metodología: ........................................................................................................ 8 6.2. Método: ....................................................................................................................... 9 6.3. Diseño de la Investigación ................................................................................... 10 7. Resultados y Discusión .................................................................................... 14 7.1. Desarrollo de la Investigación .......................................................................... 14 7.4. Análisis de costo ............................................................................................ 24 8. Conclusiones y recomendaciones ................................................................... 29 8.1. Conclusiones ........................................................................................................... 29 8.3. Recomendaciones.................................................................................................. 29 8.4. Trabajos futuros ..................................................................................................... 30 9. Bibliografía ......................................................................................................... 31 iv ANEXO 1 ................................................................................................................................... 35 ANEXO 2 .................................................................................................................... 38 Lista de tablas Tabla 1 ....................................................................................................................... 11 Tabla 2 ....................................................................................................................... 16 Tabla 3........................................................................................................................ 18 Tabla 4 ....................................................................................................................... 19 Tabla 5 ....................................................................................................................... 21 Tabla 6 ....................................................................................................................... 23 Tabla 7 ....................................................................................................................... 24 Tabla 8 ....................................................................................................................... 25 Tabla 9 ....................................................................................................................... 25 Tabla 10...................................................................................................................... 26 Tabla 11...................................................................................................................... 26 Lista de Ilustraciones Ilustración 1. Balanza de laboratorio SBS-LW-500/10 ................................................. 12 Ilustración 2. colorímetro modelo CR-400 ................................................................... 13 Ilustración 3. viscosímetro Brookfield modelo LVT ...................................................... 13 Ilustración 4. Estufa universal UF55 ............................................................................ 14 Ilustración 5. Pencas de diferentes edades ................................................................. 15 Ilustración 6. Análisis de Humedad ............................................................................ 20 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046514 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046515 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046516 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046517file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046518 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046519 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046520 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046520 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046520 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046520 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26046520 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046624 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046625 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046626 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046627 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046628 file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/%23_Toc26046630 v Lista de Gráficos Gráfico 1. Composición Química de pencas de nopal ................................................. 17 Gráfico 2. Composición de Mucílago .......................................................................... 19 Gráfico 3. Rendimiento Porcentual de pencas ............................................................ 22 Gráfico 4. Rendimiento Porcentual de Mucílago ......................................................... 24 Gráfico 5. Olor ............................................................................................................ 39 Gráfico 6. Color .......................................................................................................... 39 Gráfico 7. Sabor .......................................................................................................... 40 Gráfico 8. Apariencia ................................................................................................. 40 file:///D:/TESIS/Carrion.docx%23_Toc26710320 file:///D:/TESIS/Carrion.docx%23_Toc26710321 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26710322 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26710323 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26710324 file:///D:/TESIS/Carrion.docx%23_Toc26710325 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26710326 file:///D:/LIZA/PROYECTO%20DE%20INV/CARRION%20IDME.docx%23_Toc26710327 vi Resumen El presente trabajo de investigación tiene por objetivo determinar el alto rendimiento al obtener el mucilago de la penca del nopal que ha sido contaminado por el insecto de cochinilla en el distrito de La Joya, para así poder obtener los mayores rendimientos, siendo de 51.78% y 42.09% respectivamente, para posteriormente realizar el análisis fisicoquímico correspondiente para poder evaluar su eficiencia. Al mismo tiempo se realizó el análisis proximal químico al mucílago, en el cual se tuvo como resultado: humedad, el cual va entre 75.94% a 81.37%, Viscosidad de 0.19% a 0.21%, Fibra de 0.41% a 1.22% y Ph de 4.87% a 5.40%. Revisando el contenido nutritivo tanto de la penca y del mucílago fresco, se hizo la degustación del mucílago extraído y se observó su aceptabilidad. En Arequipa el cultivo de la cochinilla viene desarrollándose cada vez más, pero los residuos de la cochinilla no se aprovechan adecuadamente, se debe de tener en cuenta este problema y buscar métodos de extracción más activos y productivos para obtener la baba de nopal fresca. Fijándonos primeramente en el precio base en el mercado del mucilago y comparándolo con el extraído refleja una reducción de costo de producción de 2.45 soles. Palabras clave: Mucílago, nopal, fibra, rendimiento. 1 1. Problema de investigación Actualmente el distrito de La Joya viene produciendo el 65% de cochinilla a nivel nacional, [1]; contando con 4 mil hectáreas y 600 agricultores que cada año exportan 1200 toneladas [2] . Se entiende que de acuerdo a la madurez de la cochinilla hembra, para asegurar la calidad, se puede cosechar durante todo el año, de acuerdo al manejo de la plantación que se le da y combatiendo las plagas presentes, se puede cosechar de dos a tres veces al año. Las primeras y/o segundas cosechas se recolectan con espátulas de cuchara y se utilizan cepillos especiales para realizar la poda [3]. Para la plantación se utiliza al rededor de 20,000 a 25,000 pencas para cada ha. [3] . Teniendo el contexto de producción que se viene desarrollando y que en la cosecha de poda se desechan alrededor de 80 000 pencas, esta investigación pretende analizar la baba del nopal sabiendo la pontencia y la variedad de usos y que en el distrito de La Joya no se la da otro aprovechamiento a las pencas contaminadas. A partir de estas pencas se puede elaborar muchos subproductos como vendría a ser el mucílago de la penca ya que dependiendo de las propiedades que posea el mucílago de la penca de nopal, este podría incorporar la oferta de una gama de espesantes que son muy utilizados en la industria alimentaria y farmacéutica. Pregunta principal de investigación ¿En cuánto se puede reducir el costo de producción de mucílago del nopal empleando pencas contaminadas por cochinilla? 2 2. Objetivo general y específicos 2.1. Objetivo general Determinar el costo de producción de mucílago de nopal a partir de pencas contaminadas por cochinilla. 2.2. Objetivos específicos Determinar las características fisicoquímicas de pencas del nopal contaminadas por cochinilla. Emplear la extracción del mucílago fresco del nopal. Realizar un análisis costo beneficio de la obtención del mucílago a partir de pencas contaminadas. 2.3. Alcances y Limitaciones Alcances: La siguiente investigación pretende llegar a la obtención de mucílago de la penca contaminada por cochinilla, para así evaluar su composición y compararla con otras pencas no contaminadas y su posterior análisis costo beneficio. 3. Justificación 3.1. Social: Socialmente el cultivo de cochinilla es uno de los mayores ingresos para la población, pero cabe resaltar que las pencas después de cada cosecha se desechan lo cual genera montículos de pencas dispersas en los terrenos de cultivos por lo cual su utilización serviría para mantener los terrenos de cultivos limpios. 3.2. Ambiental: Actualmente se viene dando una preocupación por la contaminación ambiental, por ello se ha incrementado la investigación buscando el uso de polímeros orgánicos naturales 3 en el proceso de clarificación y tratamientos de aguas, y dado el positivo desempeño del nopal como coagulante natural seria una buena alternativa [4]. 4. Revisión de la literatura actual La obtención de mucílago teniendo como base la penca de nopal se viene dando desde tiempos antiguos, y teniendo en cuenta que en el distrito de La Joya se vienen realizando un uso inadecuando a las pencas después del proceso de la poda, por lo que podemos mencionar algunos trabajos que fueron leídos referentes al proyecto de investigación. Según una investigación desarrollada en México, el mucílago de nopal es una obuena opción para poder obtener bioplimeros para una excelente opción para la obtención de biopolímeros con utilizaciones diversas en el rubro industrial, por lo cual se centraron en extraer el mucílago del nopal con el fin de establecer un mayor redimiento, teniendo como resultado 0.472 y 0.949 respectivamente [18]. 4.1. Componentes Fisico – Químicos. El articulo [17] nos da a conocer la composición fisicoquímica de las pencas del nopal fresco por lo que se investigaron su composición la cual es de C5H10O5 (47%), C5H10O5 (23%), C6H12O6 (18%), C6H12O5 (7%) y C6H10O7 (5%). Asimismo, el articulo [19] nos indica que dependiendo de su composición química, se puede utilizar para hacer pélículas y recubrimeintos de frutas. La composición física y química nos da a conocer datos obtenidos preliminarmente de la sustanciamucílago del nopal en el cual determinaron que el cambio en la viscosidad cinemática es directamente proporcional al aumento que tiene la concentración e inversamente proporcional a la tempreatuta [17]. 4.2. Métodos de Extracción de Mucílago. Teniendo en cuenta las propiedades físicas y químicas determinadas, existen dos métodos de extracción propuestos por Arizmendi: separación del mucílago fresco de 4 nopal y separación del mucílago seco de nopal.Como se puede apreciar en el artículo [16]. 4.3. Aceptación de productos a base de la penca del nopal. Por otra parte, en el articulo [20] nos indica que se realizó una vestigación en la ciudad de Arequipa que tuvo como objetivo comprobar que la penca del nopal es apto para el consumo del hombre y a su vez corroborar los nutriente presentes en el vegetal para así porderlo incluir en la alimentación; por lo que se tomó muestras de pencas 12 meses y unos brotes de 30 días; conociendo el contenido nutritivo de la penca del nopal elaboraron unos prodecutos de nopal para determinar si es agradable para el consumo humano del cual se concluyó con la aceptación. 4.4. Reducción de Costo en la extracción de mucílago. Se llevó a cabo una separación de mucilago de la penca de nopal seco en una tesis la cual nos da a conocer el beneficio de emplear el mucílago de la penca del noapl para tratar el agua y se vuelva potable, mediante cálculos el resultado es la reducción de costos a $196,52 /mes y $0,33/m [21]. En función de los diversos artículos revisados y los resultados que se obtuvieron se puede llegar a la conclusión que uno de los objetivos que se logra es la utilización de los métodos propuestos por Arizmendi lo cual generaria una reducción de costos y una mejora eficaz en el aprovrchamiento de las pencas del nopal que son descartadas. Asimismo, el mucílago obtenido presenta beneficios para el consumo humano. 5 5. Marco Teórico 5.1. Antecedentes del Nopal A lo largo de la historia del Perú se determinó que em pleo de noapl tratan del Horizonte Pre-agrícola (10000 – 6000 a.c.), y fueron encontrados cerca a los basurales de la cueva Pachamachay a los 4200 msnm. Dicho lugar se encontraron simeintes de Opuntia que yacen de 11800 años, las simientes encontradas podrian ser de Austrocylindropuntia floccosa, ya que habitaba en esas altitudes y sus frutos se consumen en el sur y centro de la sierra peruana [5]. Después se hallaron restos de simientos de opuntia ,las cuales se ofrecian como obsequios a los muertos, a los cuales se les enterraba con anzuelos, peines los cuales se elaboraban con espinas [6]. También fueron hallados restos de opuntia los cuales formaban parte del material utilizado para las construcciones prehispánicas. 5.1. Características: El nopal es una planta arbustiva, recta que pueden alcanzar una altura de tres a cinco metros. Su tronco tiene un diámetro de 20 a 50 cm y es leñoso. Las ramas están conformadas por pencas de 30 a 60 cm de largo por 20 a 40 cm de ancho y con un espesor de 2 a 3 cm [7]. En ambos lados de la penca tiene areolas, de la cual nacen nuevas pencas, raíces y frutos. Las areolas tienen espinas de diferentes tamaños. Las flores se desarrollan en los bordes de las pencas [7]. La forma del fruto, el tamaño varia: se presentan de manera ovoide, elípticos, y redondos, con la parte externa cóncava. Tienen una amplia variedad de colores como: rojos, amarillos, verdes, anaranjados y purpura. La cáscara del fruto es diferente grosor, la cantidad de pulpa por ende varia. Posee numerosas semillas las cuales se consumen conjuntamente con la pulpa [7]. 6 5.2. Importancia ecológica: El nopal puede generar un ingreso importante en su economía para los lugares rurales, ya que presenta diferentes maneras de ser empleado y tiene altos rendimientos alimenticios y beneficios en el ámbito medicinal. Y es una planta que se adapta a tierra áridas y no es necesario tanto los requerimientos de suelo y agua a comparación de otros vegetales [8]. 5.3. El mucílago de nopal: Es una sustancia de consistencia gelatinosa, que debido a sus características y propiedades se la utiliza en diversos rubros de la industria alimentaria [9], para crear productos farmaceuticos [10], y en la industria de aditivos naturales [7]. Al momento que tiene contacto directo con el agua, el mucílago comienza a hincharse, dándole al mucílago la propiedad de precipitar partículas y iones de soluciones acuosas. 5.3.1. Composición: El mucílago es un hidrocoloide natural puesto que su origen es procedente de extractos de plantas. En su composición se encuentran los monómeros contenidos en la cadena los cuales son: C5H10O5 (47%), C5H10O5 (23%), C6H12O6 (18%), C6H12O5 (7%) y C6H10O7 (5%). Dichos monómeros presenten varían ya que dependen de los factores como son: años, variedad, el ambiente y la forma en la que se realiza la extracción de la tuna, y penca [11]. 5.3.2. Aplicaciones: Uno de los coagulantes naturales con mejor rendimiento empleados en el tratamiento del agua y que han tenido mejores resultados son los derivados del nopal, el cual es de gran ayuda para los países que no cuentan con una buena economía ya que la obtención del mucílago es de manera sencilla y su cultivo de igual manera. Su aplicación del mucílago en polvo para utilizarlo como coagulante es una buena alternativa, porque posee un costo bajo, es efectivo, alto rendimiento y sobre todo no presenta efectos tóxicos para el medio ambiente, por lo que implica que sería una buena alternativa para el tratamiento de aguas sucias, turbias para agua no potable [12]. También se estableció que el mucilago extraído tiene propiedades coagulantes, ya que posee un rendimiento de 50% de retirar el color y un 70% de quitar la turbidez del agua no potable [13]. 7 5.3.3. Valor de Nutrientes: El mucílago es una parte de la fibra dietética, que se refiere principalmente a vegetales legumbres y granos que el cuerpo humano no digiere. La fibra soluble tiene varios beneficios para la salud, los cuales pueden ser, la reducción del tránsito intestinal, el retraso en la absorción de glucosa, la saciedad y desarrollo de flora intestinal [14]. 5.4. Hidrocoloides Los hidrocoloides tiene una gran demanda, esto se debe a las personas que deciden cuidar su salud y buscan alimentos naturales los cuales son sanos. Los hidrocoloides son aplicados en diferentes rubros de la industria tales como el de los alimentos, farmacéuticas, etc. Mayormente por las aplicaciones de hidrocoloides en el rubro de los alimentos es una fuerza que impulsa el mercado [15]. Los almidones y gelatinas han generado un ingreso de un billón de dólares en el 2010. Continuando con los ingresos generados tenemos a los hidrocoloides que están conformado por cinco con ventas que van de doscientos a setecientos millones de dólares, y los sobrante son aquellos con ventas menores a doscientos millones de dólares. 5.5. Métodos de extracción: 5.5.1. Método del mucílago fresco Para iniciar, tenemos que limpiar la penca del polvo de la cochinilla y se lava, después se retira las espina o quepos de la penca para proceder a pelar, se pesa unos gramos y se procede a cortar en trozos de forma cubica. Continuando con el procedimiento vertimos los trozos de penca en un recipiente y agregamos 300 ml de agua destilada y dejamos reposar alrededor de 16 horas. Finalmente, cuando ya terminó de macerar realizamos la filtración con ayuda de un mantel o tela [16]. 8 5.5.2. Método del mucílago seco En este método al igual que el anterior método, iniciamos limpiando y retirando el polvo que tiene la penca por la cochinilla, lavamos y se procede a cortar en cubos la penca hasta obtener 100 gramos. Se realiza la moliendacolocando los trozos cúbicos a una licuadora a la cual agregamos agua destilada en 1:3. Dejamos macerando lo licuado por 16 horas. Pasado el tiempo establecido filtramos con la ayuda de un mantel o tela. Al obtener el mucílago fresco lo sumergimos a baño caliente por 8 min. Y a una temperatura de 80 °C, tiene que tomar un color medio amarillo. Continuando con el proceso de precipitado, al mucílago se le agrega alcohol de 96° en una relación 1:3. Una vez listo esto se deja reposar por 18 horas. El mucílago obtenido se procede a secarlo mediante una secadora de tipo convectiva a 50-52°C. El resultado dl secado del mucílago se procede a molerlo hasta obtener un polvo muy fino [16]. 6. Metodología de la investigación 6.1. Metodología: A partir de los objetivos generados se realizará una investigación de tipo experimental que está orientada a validar si la composición fisicoquímica que posee las pencas contaminadas por cochinilla es similar a las de una penca natural, para la obtención de mucílago. La investigación experimental, determina la causalidad a partir de las pencas contaminadas y la repercusión que tendrá en la extracción de mucílago de estas. A partir del análisis de los resultados que se obtendrá en campo y laboratorio, y cuando se obtenga resultados verídicos con un diseño experimental, el cual se dará de la siguiente manera: Sé tomará como primer punto la recolección de pencas cosechadas en el distrito de La Joya, estas pencas serán de 6 meses de edad y de 12 meses de edad; las cuales serán enviadas al laboratorio para su posterior análisis físico-químico proximal en base húmeda. 9 Como segundo punto se llevará a cabo la extracción de mucílago por el método de Arizmendi, el cual esta explicado en el marco teórico, al culminar la extracción se aplicarán los siguientes análisis al mucílago fresco extraído: rendimiento, viscosidad, humedad y Ph. Por último, se realizará un análisis costo beneficio. 6.2. Método: Para el desarrollo de este proyecto se realizará un proceso para poder obtener mucílago fresco, por ende, primeramente, debemos identificar las características físico-químicas de la penca contaminada con cochinilla, para así poder confirmar si es apta para proseguir con la extracción de mucílago fresco, por lo cual se aplicó lo siguiente: Fibra: se llevará a cabo por medio del método gravimétrico. Humedad: se aplicará el método gravimétrico. Proteínas: para obtener el porcentaje de proteínas se utilizará el método micro- kjeldhal. Cenizas: se aplicará el método gravimétrico, se utilizará una mufla del Modelo LR-201. Carbohidratos: se aplicará el método indirecto. Para obtener los datos de Na, K y Fe se realizaará por absorción atómica, modelo AA-6701F. Una vez ya llevado a cabo los análisis fisicoquímicos proximales de las pencas en laboratorio se continuará con la extracción de mucílago para el cual se aplicará el método propuesto por Arizmendi el cual es: método del mucílago fresco. Posteriormente a la extracción se determinará: la humedad, fibra, Ph y viscosidades presentes en la muestra mediante un análisis de composición química proximal, la cual se llevará a cabo en un laboratorio; se utuilizará la ecuación siguiente para determinar el rendimiento: %𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑊𝑀𝑂 𝑊𝑃 × 100 Donde: %R: es el porcentaje de rendimiento. 10 WMO: peso del mucílago obtenido. WP: peso de la penca propio de cada muestra 6.3. Diseño de la Investigación El presente trabajo de investigación está encaminado a determinar las relaciones causa-efecto a partir de las pencas contaminadas con cochinilla y la repercusión que tendrá en la extracción de mucílago de estas. A partir del analisis de los resultados o datos obtenidos en el campo y laboratorio, y al determinar el rendimiento y la reducción de los costos en la produccción de mucílago. Estudio de caso El estudio del caso se llevará a cabo en el distrito de La Joya, ya que es el mayor exportador de Dactylopius coccus (cochinilla) y por ende hay un mayor desperdicio de pencas. Población La población para este proyecto serán las pencas contaminadas por el polvo de cochinilla en el distrito de La Joya. Muestra Se tomará alrededor de 12 pencas como muestra, las cuales tienen 6 meses de edad y 1 año de edad. Operacionalización de variables Variables independientes: pencas contaminadas por cochinilla Variables dependientes: costo de producción de mucílago. 11 OBJETIVO GENERAL: DETERMINAR EL COSTO DE PRODUCCIÓN DE MUCÍLAGO DE NOPAL A PARTIR DE PENCAS CONTAMINADAS POR COCHINILLA. Objetivos Específicos Variables Definición Indicadores Sub-Indicadores Unidad de medida Escala Determinar las características físicas y químicas de pencas del nopal contaminadas por cochinilla. Llevar a cabo el método de extracción del mucílago: fresco. Realizar un análisis costo beneficio de la obtención del mucílago a partir de pencas contaminadas. Variable Independiente: proceso de obtención de mucílago Penca: Hoja, o tallo en forma de hoja, carnoso, de algunas plantas, como el nopal. Propiedad reológica Viscosidad poise 57.72 - 109.15 Propiedades fisicoquímicas Ph (%) 6.6 Humedad (%) Elementos minerales calcio (Ca), hierro (Fe), manganeso (Mn), cobre (Cu) (%) 3.38, 131.59, 72.99, 6.00, Variable Dependiente: Costo de producción de Mucílago Mucílago: Sustancia orgánica de textura viscosa, semejante a la goma, que contienen algunos vegetales. Tiempo Tiempo de producción (h) 24 Mano de Obra Mano de Obra Directa S/ Mano de Obra Indirecta S/ Materia prima Penca g Servicios Luz kWh Suministros Equipos de laboratorio Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables, fuente: propia. https://es.wikipedia.org/wiki/Poise 12 Instrumentos y colecta de datos: Para determinar todos los análisis se tendrá en cuenta los siguientes materiales: Vasos. Agua. Cuchillo. Tela nylon. Pipetas graduadas de 10ml. Embudo de plástico. Licuadora, entre otros materiales. Balanza analítica de 220 V. Para la determinación de viscosidad de nuestro mucílago se utilizará un viscosímetro Brookfield modelo RVT. La balanza de laboratorio SBS-LW-500/10, es un equipo que calcula la masa presente en un cuerpo o alguna sustancia, el peso máximo que se le puede aplicar es de 500 g con una precisión de 0,01 g. Esta balanza es adecuada para pesar cantidades de insumos, o materiales de laboratorio. [22] Fuente: [22] colorímetro modelo CR-400: es un instrumento portátil creado para determinar el color de objetos, mayormente aplicado para sustancias con una variación de color mínima.Mediante fórmulas estándares el colorímetro es confiable y de una precisión Ilustración 1 Balanza de laboratorio SBS-LW-500/10 13 adecuada, los usuarios pueden tener bajo su control la calidad del color, su consistencia y apariencia. [23] Fuente: [23] viscosímetro Brookfield modelo LVT: Sistema de medición reológico que permite un examen a detalle de muestras liquidas [24]. HA: es de mayor viscosidad materiales que los medidos con un par de RV. Ejemplos típicos incluyen geles. [25] Fuente: [25] Ilustración 2 colorímetro modelo CR-400 Ilustración 3viscosímetro Brookfield modelo LVT 14 Estufa universal UF55: es un instrumento que se usa para esterilizar y secar. Con su uso, es posible desaparecer la presencia de humedad en los utensilios. Fuente: [26] 7. Resultados y Discusión 7.1. Desarrollo de la Investigación Para poder obtener los datos se consideró como base realizar el análisisfisicoquímico de una penca de nopal de 1152gr y otra de 600gr, a las que se les realizo un análisis químico proximal en laboratorio. Por consiguiente, se tomó dos muestras de mucílago fresco: La primera muestra de 200ml que fue obtenida de una penca de 6 meses de edad. La segunda muestra de 200ml que fue obtenida de una penca de 1 año de edad. A partir de las muestras se realizó el análisis correspondiente para determinar las características fisicoquímicas del mucílago de nopal contaminadas por cochinilla, de acuerdo al resultado se tomará como base el rendimiento de dichas muestras para su posterior comparación con otras muestras y finalmente poder desarrollar su análisis costo beneficio posteriormente. Ilustración 4 Estufa universal UF55 15 7.2. Diagnóstico inicial Para las presentes pruebas se mandó al laboratorio pencas de aproximadamente 6 meses y 1 año para realizarse el análisis proximal expresado en base húmeda. Fuente: Propia En la tabla 2 se detalla lo siguiente: Los componentes químicos de pencas de Nopal de dos diferentes edades, una de seis meses de edad y la otra de un año de edad. El porcentaje obtenido de: proteína, fibra, humedad, Ca, Na, Ka, Fe y Ph; presentes en las pencas de diferentes edades. Ilustración 5 Pencas de diferentes edades 16 Tabla 2 Componentes Químicos de pencas de tuna. El grafico 1 se detalla lo siguiente: Color verde: es la penca de un año de edad. Color azul: es la penca de seis meses de edad. En el grafico se hizo la comparación de los componentes químicos de ambas pencas de diferentes edades, para así poder seleccionar cuál de las dos es la más idónea para la obtención de mucílago. Según el grafico la que presenta más humedad y fibra es la de un año y por ende es la más adecuada para poder extraer el mucílago. Componentes Penca de 6 meses (aprox.) Penca de 12 meses (aprox.) Humedad % 91.61 93.29 Proteína (x 6.25) % 0.89 0.51 Grasa % 0.19 0.13 Fibra % 0.35 1.12 Cenizas % 0.07 1.54 Carbohidratos % 5.87 2.39 Ca % 0.041 0.337 Na % 0.0016 0.0181 Ka % 0.00095 0.141 Fe % 0.0789 0.319 Ph 4.87 5.40 17 7.3. Experimentos y resultados Para realizar las presentes pruebas se utilizó un viscosímetro y mandar muestras de mucílago fresco al laboratorio para que se pueda realizar los análisis de humedad, Ph y minerales presentes. Se realizaron dos pruebas tanto para el mucílago de la penca de seis meses y el de un año, las cuales servirán como base para la comparación de rendimiento de mucilago con otras muestras tomadas. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Humedad % Proteína (x 6.25) % Grasa % Fibra % Cenizas % Carbohidratos % Ca % Na % Ka % Fe % Composición Química Penca de 6 meses. Gráfico 1 Composición Química de pencas de nopal Penca de 12 meses. 18 Primeramente, al extraer el mucílago fresco del nopal se procedió a detallar las características organolépticas que presentaban las muestras, y se obtuvieron los siguientes resultados en la tabla: Tabla 3 . Características organolépticas de las muestras de mucílago Se procedió a llevar a laboratorio las muestras de 200ml de mucílago para saber de manera concreta su composición química proximal. En la tabla 4 nos detalla la composición química en el mucílago obtenido de las pencas de diferentes edades, las cuales están en porcentajes. Muestra Volumen(ml) Olor Color Consistencia M1 200 No tan agradable Transparente Viscosa M2 200 No tan agradable Transparente Viscosa M3 250 No tan agradable Transparente Viscosa M4 237 No tan agradable Transparente Viscosa M5 241 No tan agradable Transparente Viscosa M6 252 No tan agradable Transparente Viscosa M7 248 No tan agradable Transparente Viscosa M8 326 No tan agradable Transparente Viscosa M9 341 No tan agradable Transparente Viscosa M10 347 No tan agradable Transparente Viscosa M11 351 No tan agradable Transparente Viscosa M12 339 No tan agradable Transparente Viscosa 19 Tabla 4 Composición Química del Mucílago. En el grafico 2 se detalla lo siguiente: Color verde: es la penca de un año de edad. Color azul: es la penca de seis meses de edad. La comparación de las principales características que debe de poseer el mucílago fresco para poder ser utilizado, las cuales son humedad, viscosidad, fibra y Ph. Las pruebas se basan en determinar cuál de ambas muestras de mucílago fresco extraído son las adecuadas para su utilización. Componentes Penca de 6 meses de edad (aprox.) Penca de 12 meses de edad (aprox.) Humedad % 75.94 81.37 Viscosidad % 0.21 0.19 Fibra % 0.41 1.22 Ph 4.87 5.40 75.94 0.21 0.41 81.37 0.19 1.22 5.4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Humedad % Viscosidad % Fibra % Ph Composición de mucílago Cladodio de 1 año de edad (aprox.) Cladodio de 6 meses de edad (aprox.) Gráfico 2 Composición de Mucílago 20 Fuente Propia En la tabla 5 nos detalla lo siguiente. Los datos obtenidos de las pencas, después de haber sido pesadas cada una de las pencas las cuales fueron 12. Los datos de los pesos son: peso inicial de la penca, peso de la penca después de haber sido pelada, peso de la cascara y finalmente con los datos ya establecidos se determinó el rendimiento. Para la obtención del rendimiento de las pencas se obtendrá con la siguiente ecuación: %𝑅 = 𝑊𝑀𝑂 𝑊𝑃 × 100 Donde: %R: es el porcentaje de rendimiento. WMO: peso de la penca pelada. WP: peso inicial de la penca. Ilustración 6 Análisis de Humedad 21 Tabla 5 Rendimiento de la penca en porcentaje N° mucílago Peso inicial (g) Peso de penca pelada (g) Peso de cascara (g) Rendimiento (%) 1 1152.31 802.31 350 69.63 2 609 309 300 50.74 3 900 611 289 67.89 4 856.8 567.8 289 66.27 5 878.4 630.4 248 71.77 6 903.6 612.6 291 67.80 7 889.2 589.2 300 66.26 8 1170 820 350 70.09 9 1209.6 864.6 345 71.48 10 1213.2 888.2 325 73.21 11 1227.6 876.6 351 71.41 12 1198.8 856.8 342 71.47 En el grafico 3 se nos indica lo siguiente: En total se realizó 12 pruebas de rendimiento aplicadas a las pencas las cuales constan: 6 muestras de pencas de 6 meses y 6 muestras de pencas de 1 año de edad. Rendimiento 1,8,9,10,11 y 12 de color verde: es el rendimiento porcentual de las pencas de 1 año de edad. Rendimiento 2,3,4,5,6,7 de color azul: es el rendimiento porcentual de las pencas de 6 meses de edad. Para la obtención del rendimiento porcentual de las pencas se escogieron las pencas de manera aleatoria. Para el desarrollo de las pruebas se utilizaron una balanza calibrada para la obtención de pesos. 22 Gráfico 3 Rendimiento Porcentual de pencas Fuente: propia En la tabla 6 se detalla lo siguiente: Los resultados de peso resultantes después del proceso de obtención de mucílago los cuales son: peso inicial de la penca, peso del mucílago y finalmente con los datos ya establecidos se determinó el rendimiento. Se utilizará la ecuación siguiente para tener el resultado de rendimiento del mucilago: %𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑊𝑀𝑂 𝑊𝑃 × 100 Donde: %R: es el porcentaje de rendimiento. WMO: peso del mucílago obtenido. WP: peso de la penca propio de cada muestra 1 2 3 4 5 6 Rendimiento obtenido de pencas de 6 meses (%) 50.74 67.89 66.27 71.77 67.80 66.26 Rendimiento obtenido de pencas de1 año(%) 69.63 70.09 71.48 73.21 71.41 71.47 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 P o rc en ta je Rendimiento Porcentual de pencas 23 Tabla 6 Rendimientodel mucílago N° mucílago Peso de la penca (g) Peso del mucílago obtenido (g) Rendimiento (%) 1 802.31 320.09 39.90 2 309 160 51.78 3 611 250 40.92 4 567.8 237 41.74 5 630.4 241 38.23 6 612.6 252 41.14 7 589.2 248 42.09 8 820 326 39.76 9 864.6 341 39.44 10 888.2 347 39.07 11 876.6 351 40.04 12 856.8 339 39.57 En el grafico 4 se indica lo siguiente: Se realizó en total 12 pruebas de rendimiento que presenta el mucílago de las pencas las cuales constan de: 6 muestras de mucílago de las pencas 6 meses y 6 muestras de mucílago de pencas de 1 año de edad. Rendimiento 1,8,9,10,11 y 12 de color verde: es el rendimiento porcentual del mucílago a partir de pencas de 1 año de edad. Rendimiento 2,3,4,5,6,7 de color azul: es el rendimiento porcentual del mucílago a partir de pencas de 6 meses de edad. 24 Gráfico 4 Rendimiento Porcentual de Mucílago Fuente: propia 7.4. Análisis de costo Para poder realizar un análisis de costo se necesita comparar el precio en el mercado ya establecido que tiene el mucílago fresco. Tabla 7 Costo de insumos para elaborar 3 litros de mucílago Ítem Cantidad Unidad Costo por Unidad Total Materia prima (pencas) 7500 Kg S/ 0.00 S/ 00.00 Agua 1250 ml S/ 0.005 S/ 0.005 Envase 1 unidad S/ 0.10 S/ 0.10 Etiqueta 1 unidad S/ 0.05 S/ 0.05 Total S/0.155 1 2 3 4 5 6 Rendimiento del mucílago de 6 meses (%) 51.78 40.92 41.74 38.23 41.14 42.09 Rendimiento del mucílago de 1 año (%) 39.90 39.76 39.44 39.07 40.04 39.57 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 P o rc en ta je Rendimiento Porcentual de Mucílago 25 Tabla 8 Costo de insumos para elaborar 100 unidades de mucílago fresco El personal necesario para realizar el producto consta de 2 hombres que realizarán la carga de las pencas a una camioneta que serán transportadas directamente del campo al lugar de producción de mucílago, los trabajadores cobran por jornada, es decir, por día y su pago consta de S/ 80.00 cada uno; se necesitara una persona para la elaboración en sí del mucílago, a la cual se le pagara por día. Tabla 9. Costo de personal para producir 100 unidades de mucílago fresco Cargo Salario Horas normales Costo Hora Estibador S/80.00 5 S/16.00 Estibador S/80.00 5 S/16.00 Elaboración S/120.00 16 S/7.50 Total S/280.00 Ítem Cantidad Unidad Costo por Unidad Total Materia prima (pencas) 750000 Kg S/ 0.00 S/ 00.00 Agua 125000 ml S/ 0.005 S/ 0.5 Envase 100 unidad S/ 0.10 S/ 10.00 Etiqueta 100 unidad S/ 0.05 S/ 5.00 Total S/15.50 26 Tabla 10. Costos indirectos de fabricación Concepto Costo/ mes Unidad /Medida Día Arrendamiento S/450.00 Mt2 S/15.00 Agua S/4.00 Lt S/0.13 Energía S/30.00 Kw S/1.00 Transporte S/30.00 S/ S/1.00 Total S/514.00 S/17.13 Tabla 11. Orden de Producción para elaborar 100 unidades de 3 litros de mucílago Materiales Concepto Cantidad Usada Unidad/Medida Valor Unitario Valor total Costo unitario Materia prima (pencas) S/ 00.00 gr S/ 0.00 S/ 00.00 Agua S/ 0.5 ml S/ 0.005 S/ 0.5 Envase S/ 10.00 Envase S/ 0.10 S/ 10.00 Etiqueta S/ 5.00 unidad S/ 0.05 S/ 5.00 Total de materiales S/15.50 S/0.155 Mano de Obra Estibador 1 h S/16.00 S/80.00 Estibador 1 h S/16.00 S/80.00 Elaboración 1 h S/7.50 S/120.00 Total, de mano de obra S/280.00 S/2.80 CIF Arrendamiento 8x9 Mt2 - S/0.00 Agua - Lt - - 27 Energía - Kw S/1.00 S/30.00 Transporte - S/ S/17.13 S/30.00 Total CIF S/60.00 S/0.60 Total S/3.55 Precio venta actual S/6.00 Diferencia S/ 2.45 7.5. Análisis de Resultados Interpretación General de los Resultados Para poder realizar la obtención de mucílago primero se mandó a laboratorio dos pencas de seis meses y un año de edad. Al analizar los componentes químicos de la penca nos indicó que la penca de 6 meses posee una mayor fuente de proteínas y carbohidratos, y que la penca de 12 meses tiene una mayor concentración de C, Na, Fe, y más fibra. Para la obtención de mucílago se llevó a cabo en un ambiente abierto, para la obtención de mucílago se tomó 12 muestras para poder obtener el rendimiento de cada uno. Las mediciones se realizaron en un laboratorio donde se llevaron a cabo análisis de humedad, ph y minerales. A partir del mucílago obtenido en el Ambiente de laboratorio, se puede realizar las siguientes interpretaciones: Según el grafico 1 podemos confirmar que la penca de seis meses presenta una mayor concentración de carbohidratos y proteínas, mientras que la penca de 12 meses es más rica en fibra. Según el grafico 2 la muestra de mucílago fresco extraído de la penca de un año de edad tiene una mayor concentración en fibra, Ph y humedad. Según el grafico 3 de acuerdo al porcentaje de rendimiento se obtuvo que las pencas de 1 año de edad son las que tienen mayor rendimiento siendo el menor rendimiento 69.63% y el mayor 71.48%. 28 Según el grafico 4 de acuerdo al porcentaje de rendimiento se tiene como resultado que el mucilago de las pencas de 12 meses presentan mayor rendimiento presentando como el mayor porcentaje de rendimiento. Según la encuesta de evaluación sensorial ubicada en los anexos, en el grafico 5, con respecto al olor a nueve personas el mucílago fresco no le es indiferente, por lo que lo consumirían de manera normal, mientras que a cuatro personas no lo consumirían. Con respecto al color del mucílago los encuestados el mayor porcentaje respondió que no le es indiferente es decir que si lo consumirían y solo una persona no le agrado, esta información se puede ver en el grafico 6. Al consumir el mucílago fresco los encuestados respondieron en las encuestas en su mayoría que les es indiferente el sabor, una persona encuesta le agrado y a otra persona le disgusto totalmente. Según la apariencia se obtuvo un resultado mayoritario en la respuesta me es indiferente, y para una persona no le gusto la apariencia viscosa que posee el mucílago fresco. De acuerdo al análisis de costo, se puede interpretar que, a comparación del precio establecido en el mercado, producir mucílago fresco con pencas contaminadas por cochinilla sería más rentable. En Arequipa el nopal es cultivado principalmente en La Joya, el cual tiene como fin la producción de la cochinilla, pero una vez extraída la cochinilla, las pencas son podadas y desechadas en el suelo para su posterior descomposición. Recolectar estas pencas, ayudaría a cubrir la demanda para la producción del coagulante, floculante natural y espesantes para uso industrial. 29 8. Conclusiones y recomendaciones 8.1. Conclusiones Este proyecto se concentra en los desechos de las pencas contaminadas por cochinilla que se produce en el distrito de La Joya, por lo que se requiere una reutilización de las pencas en subproductos como es el mucílago fresco. A partir de la obtención del mucílago se concluye que se puede reducir su costo de producción en un 40.83% a comparación del precio establecido en el mercado peruano. Los experimentos realizados en esta investigación permitieron la obtención de datos fisicoquímicos de dos pencas de diferentes edades una de seis meses y una de un año de edad; en la cual la penca de un año de edad es más rica en fibra en un 0.77% más que la penca de seis meses y presenta una humedad mayor en 1.68% que la penca de seis meses. En términos más prácticos la obtención del mucílago fresco nos permitió determinar que el mucílago extraído de la penca de un año es más rentable puesto que presenta un rendimiento de 28.60% siendo el más alto comparado al mucílago extraído de pencas de 6 meses de edad. Según el costo actual en el mercado de un envase de 3 litros de mucílago fresco es de 6 soles, por lo que se ha podido comparar el costoreal y estimado, para la obtención de mucílago fresco reflejando la disminución del costo de producción de 2.45 soles. 8.2. Discusión Si compamos la investigación brindada con otras existentes, podemos precisar que esta investigación cumplió con los objetivos trazados y que abarco hasta la degustación del mucílago a personas, caso contrario en algunas investigaciones como por ejemplo el artículo [17], no se realizó. Con respecto al rendimiento se obtuvo 51.78% que fue el mayor, el cual se encuentra entre los rangos que se obtuvieron en el artículo [18], los cuales fueron 0.472 y 0.949. 8.3. Recomendaciones Se recomienda realizar la obtención del mucílago en polvo seco, ya que no fue posible realizarlo por lo que se cree que pudo ser por propiedad hidrofílica del mucílago. Por otro lado, también se recomienda utilizar materiales más apropiados para la extracción de mucílago fresco y realizarlo en un ambiente adecuado. 30 8.4. Trabajos futuros Los trabajos que pueden desarrollarse a partir de esta investigación, con los resultados obtenidas vendrían hacer la aplicación industrial del mucílago como un coagulante, floculante natural y su uso en la industria. 31 9. Bibliografía [1] R. Web, «Arequipa concentra el 65% de la producción nacional de cochinilla,» Sin Fronteras, 5 Mayo 2017. [2] Correo, «La Joya exporta el 70% de Cochinilla a nivel nacional,» Correo, p. 6, 23 Octubre 2014. [3] L. J. E. 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Muy bueno : 5 puntos Algo agradable : 4 puntos Neutral : 3 puntos No me gusta : 2 puntos Muy desagradable : 1 punto CUADRO DE CALIFICACIÓN: Variables Mucílago Olor Color Sabor Apariencia Después de la degustación sírvase a rellenar la siguiente ficha con el ponderado que considere usted el mas adecuado. 39 Gráfico 5 Olor Fuente: Propia Fuente: Propia 7% 53%7% 33% Olor Muy bueno Algo agradable Neutral No me gusta Muy desagradable Gráfico 6 Color 7% 53%7% 33% Color Muy bueno Algo agradable Neutral No me gusta Muy desagradable 40 Gráfico 7 Sabor Fuente: Propia Gráfico 8 Apariencia Fuente: Propia 7% 53%7% 33% Sabor Muy bueno Algo agradable Neutral No me gusta Muy desagradable 7% 53%7% 33% Apariencia Muy bueno Algo agradable Neutral No me gusta Muy desagradable
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