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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Tecnología para la Obtención de Zumo de Zanahoria (Daucus carota L.) en Envases Flexibles TESIS Para Optar el Titulo Profesional de: INGENIERO EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Presentado por el Bachiller: Richard Percy Oré Tapia HUANCAYO – PERU 2008 ASESOR M.Sc. H. Amadeo Rosales Papa Dedicado a mis amados padres Ricardo y Nelly quienes con tanto amor, sacrificio y paciencia hicieron posible la culminación de mis estudios profesionales A mi fuente de amor e inspiración, Marianella. AGRADECIMIENTOS Mi gratitud a Dios, por ser mi guía y por todo su amor. A toda mi familia, quienes con su apoyo, paciencia y orientación constante supieron darme la fortaleza necesaria para superar las dificultades durante mi carrera profesional. A la empresa Agroindustrial Lima S.A., por su apoyo desinteresado con envases flexibles nuevos, sin los cuales no hubiera sido posible iniciar el presente estudio. Al Ing. Amadeo Rosales Papa, quien con su vasta experiencia me brindó su apoyo, comprensión y orientación durante el desarrollo del estudio. A la Ing. Nora Véliz Sedano, por su apoyo incondicional en el desarrollo del trabajo y especial interés en conocer los resultados y el aporte del mismo. A los catedráticos de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la UNCP, quienes supieron inculcarme los conocimientos de mi carrera profesional y corregir mis errores. A Charlotty Lázaro Ortiz, amiga fiel y sincera, por su apoyo constante en la realización y culminación del presente estudio. A todas aquellas personas que directa o indirectamente contribuyeron en la realización del presente trabajo. i ÍNDICE GENERAL PÁG. ÍNDICE GENERAL i ÍNDICE DE CUADROS v ÍNDICE DE FIGURAS vi RESUMEN vii INTRODUCCIÓN viii I. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA 01 1.1. Hortalizas 01 1.2. La zanahoria 02 1.2.1. Descripción botánica 02 1.2.2. Morfología 02 1.2.3. Clasificación y variedades 03 1.2.4. Producción agrícola de la zanahoria 03 1.2.5. Calidad poscosecha de la zanahoria 04 1.3. Composición química de la zanahoria 07 1.4. Carotenoides y vitamina A 07 1.4.1. Estabilidad de los carotenoides 10 1.4.2. Efecto de la oxidación 12 1.4.3. Absorción y metabolismo 13 1.5. Aspectos nutricionales 14 1.5.1. Deficiencia de vitamina A 14 1.5.2. Hipervitaminosis A 16 1.5.3. Necesidades diarias 17 1.5.4. Sales minerales 17 1.5.5. Composición de la fibra dietética 19 1.6. Características fisicoquímicas de la zanahoria 20 ii 1.7. Composición química del zumo de zanahoria 20 1.8. Características fisicoquímicas del zumo de zanahoria 21 1.9. Tecnología de procesamiento para la obtención de zumos 21 1.9.1. Procesamiento general para la obtención de zumos 23 1.10. Tratamiento térmico 26 1.11. Empaques 29 1.11.1. Definición según el tipo de protección 30 1.11.2. Cualidades a conservar en un producto alimentario 32 1.11.3. Funciones del envase 34 1.12. Envases flexibles 35 1.12.1. Definición de envase flexible 37 1.12.2. Laminados flexibles 38 1.12.3. Coextruidos flexibles 41 1.13. Envasado 44 1.13.1. Llenado 45 1.13.2. Evacuación y cerrado 45 1.13.3. Tratamiento térmico 46 1.13.4. Manipulación de bolsas tras el tratamiento térmico 46 1.14. Evaluación sensorial 47 1.14.1. Prueba de comparaciones múltiples 47 1.14.2. Prueba de diferencia escalar de control 48 1.14.3. Número de jueces 48 II. MATERIALES Y MÉTODOS 49 2.1. Lugar de ejecución 49 2.2. Materia prima 50 2.3. Envase 50 2.4. Equipos y materiales de laboratorio 50 2.4.1. Equipos e instrumentos 50 2.4.2. Materiales 51 2.5. Reactivos 51 2.6. Método 51 2.6.1. Análisis químico proximal 51 iii 2.6.2. Análisis físicos y químicos 52 2.6.3. Análisis microbiológicos 53 2.6.4. Evaluación sensorial 54 2.7. Proceso de obtención del zumo de zanahoria 54 2.7.1. Pruebas preliminares 54 2.7.2. Pruebas definitivas 56 A. Descripción del flujo de procesamiento definitivo 56 i. Materia prima 56 ii. Selección y clasificación 56 iii. Pesado 56 iv. Lavado 58 v. Raspado 58 vi. Desinfección 58 vii. Oreado 58 viii. Cortado 59 ix. Extracción 59 x. Envasado 59 xi. Sellado 60 xii. Tratamiento térmico 60 xiii. Enfriado 60 xiv. Almacenado 60 2.8. Diseño experimental 61 2.8.1. Factores de estudio 61 2.8.2. Factores constantes 61 2.8.3. Número de tratamientos 61 2.9. Diseño estadístico 62 III. RESULTADOS Y DISCUSIONES 63 3.1. Características físicas de la zanahoria 63 3.2. Evaluación químico proximal de la zanahoria 64 3.3. Evaluación fisicoquímica del zumo fresco de zanahoria 65 3.4. Pruebas preliminares 66 3.5. Pruebas finales 68 iv 3.5.1. Selección y clasificación 68 3.5.2. Raspado 68 3.5.3. Desinfección 70 3.5.4. Envasado 70 3.5.5. Sellado 71 3.5.6. Tratamiento térmico 71 3.6. Evaluación final del zumo de zanahoria obtenido en envases flexibles 74 3.6.1. Composición química del producto terminado 74 3.6.2. Evaluación fisicoquímica del producto terminado 77 3.6.3. Evaluación microbiológica 78 3.6.4. Evaluación sensorial 78 3.6.5. Evaluación fisicoquímica durante 30 días de almacenamiento 81 3.6.6. Evaluación sensorial durante 30 días de almacenamiento 83 3.6.7. Evaluación microbiológica a 30 días de almacenamiento 85 3.7. Balance de materia, determinación del rendimiento y coeficiente técnico 86 3.8. Determinación del costo total del producto 87 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS v ÍNDICE DE CUADROS CUADRO N° PÁG. 01 Producción agrícola anual de zanahoria en Junín 04 02 Producción agrícola de la zanahoria por provincias en Junín 04 03 Composición química de la zanahoria 08 04 Algunos alimentos fuente de ß-caroteno 10 05 Cantidades dietéticas recomendadas de vitamina A 18 06 Composición de la fibra dietética en la zanahoria 20 07 Características fisicoquímicas de la zanahoria 20 08 Composición química del zumo de zanahoria 20 09 Características fisicoquímicas del zumo de zanahoria 21 10 Sistemas de esterilización y llenado aséptico de bolsas 28 11 Características físicas de la zanahoria 64 12 Evaluación químico proximal de la zanahoria 64 13 Evaluación química complementaria de la zanahoria 65 14 Evaluación fisicoquímica del zumo fresco de zanahoria 66 15 Composición química del producto terminado 74 16 Composición química complementaria del producto terminado 75 17 Análisis fisicoquímico del producto terminado 77 18 Análisis microbiológico del producto terminado 78 19 Promedios de puntuación de la evaluación sensorial 79 20 Lecturas de pH y °Bx durante 30 días 81 21 Promedios durante 30 días de almacenamiento 84 22 Análisis microbiológico del producto terminado a 30 días 85 23 Balancede materia y determinación del rendimiento 86 24 Cálculo aproximado del costo 87 vi ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA N° PÁG. 01 Flujo de procesamiento general para la obtención de zumos 24 02 Clasificación de los empaques según el tipo de protección 31 03 Sistema de producción de foil de aluminio a partir de perdigones 39 04 Sistema de laminación por vía seca para superficies no porosas 40 05 Sistemas de producción de películas coextruidas 42 06 Diagrama de flujo preliminar: Proceso de obtención de zumo de zanahoria en envases flexibles 54 07 Diagrama de flujo definitivo: Proceso de obtención de zumo de zanahoria en envases flexibles 56 08 Procesos y parámetros definitivos para la obtención de zumo de zanahoria en envases flexibles 68 vii RESUMEN Siendo la zanahoria una hortaliza de consumo masivo, de buenas propiedades alimenticias aportando principalmente -caroteno (pro vitamina A) y con gran volumen de producción en el valle del Mantaro, se realizó el presente trabajo de investigación titulado “Tecnología para la Obtención de Zumo de Zanahoria (Daucus carota L.) en Envases Flexibles”, obteniendo una nueva alternativa de consumo, conservando sus características lo mas próximas posibles al zumo fresco y satisfaciendo al consumidor. El envasado del zumo se hizo en sachets laminados flexibles de 225 mL de capacidad y el tratamiento térmico a 89°C y 12 psi por 30 minutos. La transformación comprendió: Selección y Clasificación, Pesado, Lavado, Raspado, Desinfección, Oreado, Cortado, Extracción, Envasado, Sellado, Tratamiento Térmico, Enfriado y Almacenado; determinándose parámetros óptimos. Se logró mantener el 96,83% de -caroteno en relación a la materia prima. Un sachet de 225 mL de zumo de zanahoria aporta 21,31 mg de -caroteno (1780 ug Vitamina A) superando las necesidades mínimas diarias recomendadas y 1,28 g de fibra, equivalente a 8,53% de 15 g de fibra diaria recomendada. Se estudiaron dos tipos de envases, tres niveles de temperatura y tres tiempos obteniéndose en total 54 observaciones. El mejor tratamiento se determinó mediante evaluación sensorial, aplicándose el Diseño en Bloques Completamente Aleatorio y la prueba de Tukey (5%). Microbiológicamente el producto es apto para su consumo. El tiempo de vida fue de 30 días. El rendimiento final fue 45% en función a la materia prima. Se utilizaron zanahorias de la variedad Chantenay. viii INTRODUCCIÓN. La zanahoria tiene diversidad de usos populares, como en zumo (llamado “extracto”, de consumo inmediato, casero y el mas comercial), en tónicos medicinales, cócteles, ensaladas de verdura, encurtidos y diariamente en cocina, alimentos estos que son preparados caseramente; y dado las probadas virtudes de esta hortaliza en la alimentación humana, cada día se ensanchan más sus fronteras de consumo. La tendencia mundial hacia el consumo de productos nutritivos elaborados con materias primas sanas, se va acrecentando día a día; siendo la zanahoria una hortaliza de consumo masivo y de buenas propiedades alimenticias aportando minerales, carbohidratos y vitaminas, principalmente el -caroteno (pro vitamina A), y que además goza de gran volumen de producción en el valle del Mantaro; se realizó el presente trabajo de investigación obteniéndose una nueva alternativa de consumo de esta hortaliza en forma de zumo envasado, manteniendo en lo posible sus características sensoriales y propiedades nutricionales, encontrando la tecnología adecuada de procesamiento y el envase flexible óptimo a fin de satisfacer al consumidor. ix Los objetivos del presente trabajo de investigación son: Cuantificar el contenido de -caroteno presente en la materia prima y como producto terminado. Determinar los procesos y parámetros para la obtención de zumo de zanahoria previos al envasado. Determinar los parámetros óptimos de tiempo y temperatura en el tratamiento del zumo para el envasado en envases flexibles. Determinar el material de envase flexible óptimo para el producto. Determinar las características fisicoquímicas, microbiológicas y sensoriales del zumo antes y después de todo el proceso. 1 I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1.1. HORTALIZAS Hortalizas son plantas herbáceas, de ciclo anual o bienal (excepcionalmente perenne), de prácticas agronómicas intensivas, cuyos productos son usados en la alimentación humana al estado natural o procesados y presentan un alto contenido de agua (mayor a 70%), un bajo contenido energético (100cal/100g) y una corta vida útil en poscosecha (variable desde unos pocos días a un año como máximo) (SECICO, 2004). El concepto anterior permite separar en forma mas o menos clara a las hortalizas de los frutales (plantas leñosas), de los cereales (frutos secos), de las oleaginosas (semillas de alto contenido oleico), de los cultivos industriales (productos que no se usan frescos), de las leguminosas de grano (semillas secas), de las forrajeras (productos que no se usan en la alimentación humana), etc. (SECICO, 2004). 2 1.2. LA ZANAHORIA (Daucus carota L.) La zanahoria, según el Ministerio de Agricultura (2006), tiene un período vegetativo de 4 a 5 meses dependiendo de la variedad y zona de producción, obteniendo zanahoria comercialmente madura. La cosecha se realiza aproximadamente a los 120 días durante 1 día. La poscosecha es de 3 a 5 días en lugares frescos y ventilados, y de 120 días a 0°C y 95% de humedad relativa. 1.2.1. Descripción botánica. La taxonomía botánica de la zanahoria, según Yaname (1984), mencionado por Cajachagua (1996), es: REINO : Vegetal DIVISIÓN : Fanerógamas SUB DIVISIÓN : Angiospermas ORDEN : Umbeliflorales FAMILIA : Umbelífera GENERO : Daucus ESPECIE : carota 1.2.2. Morfología. La mayoría de zanahorias son fusiformes, presentan adelgazamiento uniforme desde los “hombros o coronas” hasta las “puntas”, de color anaranjado característico. Tienen una epidermis externa que cubre la corteza del tejido compacto y un cilindro central de tejido vascular, también presenta numerosas raíces secundarias o pelos radicales que sirven como órganos de absorción, (Nutrar, 2000). El Instituto Nacional de Investigación Agraria (1994), mencionado por Nestares (1999), señala que la raíz principal de la zanahoria que se convierte en órgano de reserva y producto comercial, puede alcanzar una longitud de 25 cm. para las variedades difundidas en el país como son Chantenay y Nantés. 3 1.2.3. Clasificación y variedades. Según Gill (1970), mencionado por Cajachagua (1996), se clasifican en: a. Raíces cortas Tipo French Forcing Tipo Scarlet Horn Tipo Oxheart b. Raíces medianas Tipo Nantes Tipo Chantenay Tipo Danvers c. Raíces largas Tipo Emperador Tipo Long orange Casseres (1980), menciona que la variedad Chantenay es preferida para la industria y el comercio, son de amplia adaptación, tienen color anaranjado fuerte y uniforme. La variedad que más se conoce y que mejor se ha adaptado a la región central de nuestro país corresponde a la variedad Chantenay, según la Oficina de Información y Estadística del Ministerio de Agricultura (2006) Ver Anexo 1. 1.2.4. Producción agrícola de la zanahoria. El Ministerio de Agricultura (2005), reporta las zonas de producción, que son bastante amplias en nuestro país, siendo las principales Lima, Callao, Tarma, Huanuco y Huancayo (Valle del Mantaro). La mayor área de cultivo de zanahoria se encuentra en la zona central donde también la producciónes mayor por unidad de superficie, siendo nuestra región la de mayor rendimiento con más del 60% de la producción nacional. En la costa se cultiva a mediana escala; no habiéndose encontrado datos de este cultivo en la selva peruana; la zanahoria prospera en climas templados a 4 cálidos. La época de siembra en la sierra es en los últimos meses del año y en la costa en los meses de invierno. De la Oficina de Información Agraria (OIA) del Ministerio de Agricultura (2005), se obtiene la producción anual en cifras que se muestran en el cuadro 1. Cuadro 1. Producción agrícola anual de la zanahoria en Junín 2001 - 2004(TM). Producto/año 2001 2002 2003 2004 Zanahoria 89526 116097 113479 105488 Fuente: Ministerio de Agricultura – OIA (2005). La Oficina de Información Agraria (OIA) del Ministerio de Agricultura (2005), menciona que las provincias de Junín, Yauli, Chanchamayo y Satipo no presentan datos de producción de zanahorias debido a que sus condiciones climáticas no son propicias para este cultivo; sin embargo, en el cuadro 2 se muestra la producción de zanahorias en las demás provincias de la Región Junín. Cuadro 2. Producción agrícola de la zanahoria por provincias de Junín 2004(TM). Producto por provincia Total Huancayo Chupaca Concepción Jauja Tarma Zanahoria 105488 33796 57424 7516 2698 4054 Fuente: Ministerio de Agricultura – OIA (2005). 1.2.5. Calidad postcosecha de la zanahoria Suslow, Mitchell y Cantwell, traducidos por Cifuentes (2001), mencionan los siguientes aspectos: 5 a. Índices de cosecha En la práctica, las decisiones de cosecha en zanahorias están basadas en diversos criterios dependiendo del mercado y punto de venta. Las zanahorias son típicamente cosechadas en un estado inmaduro cuando las raíces han alcanzado suficiente tamaño para llenar la punta y desarrollar un adelgazamiento uniforme. La longitud puede usarse como índice de madurez para la cosecha de zanahorias para procesado (cortadas y peladas), de acuerdo a la eficiencia de proceso deseada. b. Índices de calidad. Existen muchas propiedades visuales y sensoriales que diferencian las diversas variedades de zanahoria para mercado fresco y mínimo proceso. En general, las zanahorias deberían ser: Firmes (no fláccidas o lacias). Rectas con un adelgazamiento uniforme de "hombros o corona" hasta la "punta" Color naranja brillante. Debería haber pocos residuos de raicillas laterales. Ausencia de "hombros verdes" o "corazón verde" por exposición a la luz solar durante la fase de crecimiento. Bajo amargor por compuestos terpénicos. Alto contenido de humedad y azúcares reductores es deseable para consumo fresco. c. Temperaturas óptimas La vida de almacenaje a 0oC es típicamente: Atadas: 10-14 días Raíces inmaduras: 4-6 semanas Cortadas frescas: 3-4semanas (mínimamente procesadas). Raíces maduras: 7-9 meses 6 Las condiciones de almacenaje de largo plazo raramente logran mantener la temperatura óptima para prevenir pudriciones, brotación y deshidratación. A temperaturas de almacenaje de 3-5°C, las zanahorias maduras pueden ser almacenadas con un desarrollo mínimo de pudriciones por 3- 5 meses. Las zanahorias empacadas en ‘Cello-pack' son típicamente inmaduras y pueden ser guardadas exitosamente por 2-3 semanas a 3-5 o C. Las zanahorias atadas son muy perecibles debido a la presencia de los tallos. Generalmente se logra mantener una buena calidad por sólo 8-12 días, aún en contacto con hielo. Las zanahorias mínimamente procesadas (frescas-cortadas, cortadas y peladas) pueden mantener una buena calidad por 2-3 semanas a 3-5 °C. d. Humedad relativa óptima Es esencial una humedad relativa alta (98-100 %) para prevenir deshidratación y pérdida de turgencia (zanahoria no crujiente). La humedad libre del proceso de lavado o la condensación no evaporada, comunes con bolsas plásticas en bins (y debido a fluctuaciones de temperatura), promueven el desarrollo de pudriciones. e. Fisiopatías y desórdenes físicos Magulladuras, perforaciones y puntas quebradas son señales de un manejo descuidado. Las zanahorias tipo "Nantes" son particularmente susceptibles. La Brotación ocurre cuando las zanahorias desarrollan nuevos tallos después de cosechadas. Esta es una razón por la cual es esencial el manejo de baja temperatura en postcosecha. Desórdenes comúnmente asociados incluyen el 7 marchitamiento, la deshidratación o el desarrollo de textura "gomosa" debido a la desecación. Raíces blancas es una fisiopatía debida a condiciones de producción subóptimas que resultan en parches o rayas de bajo color en las raíces de la zanahoria. f. Desórdenes patológicos Las enfermedades de postcosecha de mayor consideración son moho gris (Botrytis rot), entre otras. Un manejo adecuado y bajas temperaturas durante el almacenaje y transporte son los mejores métodos para minimizar las pérdidas. g. Consideraciones especiales Un pronto hidroenfriamiento después de cosechadas es altamente recomendado. 1.3. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA ZANAHORIA La zanahoria, al igual que las demás hortalizas, se caracteriza por una baja concentración de grasas y por un alto contenido de humedad (Cordero, 1989). En el cuadro 3, se muestra la composición química de la zanahoria. 1.4. CAROTENOIDES Y VITAMINA A La vitamina A presente en la naturaleza solo se encuentra en los animales, incluido los peces, localizándose en las vísceras e hígado Cordero (1989). La vitamina A es sensible a la luz y al oxígeno, inactivándola, produciendo una oxidación semejante al enranciamiento de las grasas (Primo, 1998). Este mismo autor menciona que en los alimentos ranciados puede suponerse que la vitamina A está inactivada; asimismo menciona que los alimentos 8 Cuadro 3. Composición química de la zanahoria. (100g. de porción comestible cruda) Componentes Valores Energéticos: Valor energético (Kcal) Proteína (g) Grasas (g) Carbohidratos (g) Fibra (g) Azúcar (g) Agua (g) 23,00 0,70 0,40 5,40 2,90 5,40 89,40 Vitaminas: Betacaroteno (ug) Vitamina E (mg) Niacina (mg) Tiamina B1 (mg) Riboflavina B2 (mg) Vitamina B5 (mg) Vitamina B6 (mg) Ácido fólico (ug) Biotina (ug) Vitamina C (mg) 12000,00 0,50 0,60 0,06 0,05 0,25 0,15 15,00 0,60 6,00 Minerales: Sodio (Na) (mg) Potasio (K) (mg) Calcio (Ca) (mg) Magnesio (Mg) (mg) Fósforo (P) (mg) Fierro (Fe) (mg) Cobre (Cu) (mg) Zinc (Zn) (mg) Cloro (Cl) (mg) 95,00 220,00 48,00 12,00 21,00 0,60 0,08 0,40 96,00 Fuente: Collazos y Col (1993). 9 deshidratados, en polvo o porosos, con gran superficie de contacto con el aire, tienen grandes pérdidas de vitamina A en el almacenamiento. Existen precursores llamados carotenoides ampliamente distribuidos en el reino vegetal Cordero (1989). El cambio de color de las hortalizas, desde el verde a colores que van del amarillo al rojo, tonos que señalan el avance del proceso de maduración, se debe a la desaparición de la clorofila y al predominio de los carotenoides, algunos con actividad de provitamina A (Primo, 1998). Los pimientos rojos, las zanahorias y los tomates son ricos en carotenoides. Los pimientos contienen capsantina y capsorrubina y en los tomates el licopeno; ninguno de estos tres tiene actividad de vitamina A. En las zanahorias predomina el -caroteno que si es provitamina A (Primo, 1998). Los carotenoides por su carácter lipofílico, no se disuelven en el agua de cocción, por lo que las pérdidas durante el proceso de industrialización de las hortalizas que los contienen son, en este aspecto, pequeñas. Sin embargo se alteranfácilmente por oxidación, que supone un pardeamiento del producto y una disminución del valor vitamínico. (Primo, 1998). Con respecto a su estabilidad, el -caroteno resiste bien el calor (hasta los 100°C) y menos la oxidación, se mantiene activo durante mucho tiempo en las conservas alimenticias (Sintes, 1980). Una molécula de -caroteno puede producir dos moléculas de vitamina A Cordero (1989). El -caroteno además de tener la característica de convertirse en parte en vitamina A dentro del organismo, es un potente antioxidante, protege al organismo de los efectos nocivos de "radicales libres" responsables del envejecimiento, lo que da a la zanahoria propiedades anticancerígenas. Esta función de antioxidante solamente se da en los alimentos que fueron previamente sometidos a proceso de cocción, al menos 5 minutos (Nutrinfo, 2000). 10 Existe una gran ventaja de consumir -caroteno en lugar de vitamina A directamente, y es que un exceso de esta vitamina sería nocivo y potencialmente tóxico, ya que se acumula en el hígado. Sin embargo, el - caroteno se acumula en la grasa del cuerpo y se puede eliminar (Nutrinfo, 2000). En el cuadro 4 se muestran algunos alimentos fuente de -caroteno: Cuadro 4. Algunos alimentos fuente de -caroteno. Alimento ug en 100 g Melón, Zanahoria Espinacas Coles, Tomate, Calabaza Brócoli Mango, Durazno 2000 875 857 110 30 Fuente: Nutrar (2006). En cuanto a la equivalencia entre el -caroteno y el Retinol, al respecto Collazos y col (1993) manifiestan lo siguiente: UI = Unidad Internacional ug = Microgramo 1(UI) = 0.3ug – Retinol 1(UI) = 0.6ug - -caroteno 1.4.1. Estabilidad de los carotenoides La Sociedad Latinoamericana de Nutrición (2007), manifiesta que los carotenoides son pigmentos estables en su ambiente natural, pero cuando los alimentos se calientan, o son extraídos en disolución en aceites o en disolventes orgánicos, se vuelven mucho más lábiles. Así, en alimentos vegetales triturados, la pérdida de compartimentación celular pone en contacto sustancias que pueden modificar e incluso destruir los pigmentos. No todos los tipos de cocinado afectan en la misma medida a los carotenoides, la pérdida aumenta en el siguiente orden: cocinado con microondas – cocinado al vapor – hervido – salteado. Otros 11 tratamientos empleados en las industrias alimentarias, como el tratamiento a alta presión, parecen no afectar significativamente a los niveles de carotenoides en diversos productos vegetales. En cambio, la congelación, la adición de antioxidantes y la exclusión del oxígeno (vacío, envases impermeables al oxígeno, atmósfera inerte) disminuyen las pérdidas durante el procesado y almacenamiento de los alimentos. La destrucción de estos pigmentos reduce el valor nutritivo de los alimentos e induce una decoloración y una pérdida de sus características organolépticas. El grado de decoloración va a depender fundamentalmente de la presencia de agentes oxidantes en el medio (sobre todo oxígeno molecular) y de que se comunique energía suficiente para que la reacción de degradación tenga lugar. La energía se aporta en forma de luz o calor. La influencia de la temperatura en la estabilidad de los pigmentos es clara; tanto para reacciones anhidras como hidratadas, siempre actúa como acelerador de la reacción de degradación (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). Esta misma fuente indica que debido a su importancia nutricional como fuente de carotenos, muchos de los estudios de estabilidad de estos compuestos se han realizado en zanahorias y productos derivados, sin embargo, son más complejos en todos los alimentos, debido a sus diferencias estructurales y de composición, diferentes tipos de procesados industriales, etc. Diferentes formas de cocinar zanahorias han comprobado que a menor tiempo y temperatura de cocinado y contacto con agua, mayor es la retención de carotenoides. De entre las distintas formas de cocinado evaluadas (al vapor, cocidas a presión, trituradas, etc), la cocción de las zanahorias en agua y sin presión resultó ser la que producía una mayor retención de los carotenoides (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). 12 La misma fuente menciona que, hay que tener en cuenta que muchos carotenoides son muy inestables en medio ácido lo cual tiene una gran importancia debido a la acidez inherente de algunos alimentos. Este hecho es conocido tanto en la elaboración de zumos como en vegetales fermentados, donde las condiciones ácidas del proceso promueven la degradación. Por otro lado, el efecto del almacenamiento sobre los carotenoides va a depender, indudablemente, de las condiciones en las que se lleve a cabo. En un estudio se han evaluado los cambios que tienen lugar en -caroteno cuando se mantienen en la oscuridad a diferentes temperaturas (4°C, 25°C y 45°C) y cuando se almacenan a 25°C expuestos a la luz. Para ello utilizaron carotenoides en polvo liofilizados, obtenidos a partir de zanahorias. Los resultados revelaron que los niveles de - caroteno disminuían al aumentar la temperatura de almacenamiento o el tiempo de iluminación (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). 1.4.2. Efecto de la oxidación La degradación de los carotenoides se debe fundamentalmente a reacciones de oxidación, ya sean no enzimáticas o debidas a enzimas y se presenta generalmente durante el secado de frutas y vegetales (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). Esta misma fuente indica que la interacción de los carotenoides con algunos constituyentes de los alimentos ejerce un efecto protector contra dichas reacciones, de tal forma que se oxidan más rápidamente cuando se extraen del fruto o se purifican. Es decir, la intensidad de la oxidación de los carotenoides depende de si el pigmento se encuentra in vivo o in vitro y de las condiciones ambientales. 13 En los alimentos procesados, el mecanismo de oxidación es complejo y depende de muchos factores. Los pigmentos pueden auto oxidarse por reacción con oxígeno atmosférico a velocidades que dependen de la luz y el calor. Debido a estos procesos, los carotenoides, tras perder su color y sus propiedades beneficiosas para la salud, dan lugar a compuestos aromáticos que en algunos casos son agradables (té, vino) y en otros no (zanahoria deshidratada) (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). En los últimos años se han realizado una serie de estudios que confirman que la encapsulación de carotenoides los hace más manejables y estables frente a la oxidación (Sociedad Latinoamericana de Nutrición 2007). 1.4.3. Absorción y metabolismo Nutrinfo (2000), menciona que la vitamina A, al ser una vitamina liposoluble, su absorción esta íntimamente relacionada con el metabolismo de los lípidos. Los ésteres de retinol disueltos en la grasa dietaria se dispersan en el intestino con la ayuda de sales biliares. Se forman micelas (estructuras pequeñas), las que facilitan la digestión al aumentar la superficie de interfase agua- lípido. La enzima lipasa pancreática es la responsable de la absorción del 90% de las grasas de la dieta. La vitamina A, junto con los demás productos de la hidrólisis enzimática, ingresa al enterocito luego de atravesar la membrana celular. Una vez dentro de la célula intestinal, la mayor parte del retinol se eterifica con ácidos grasos saturados y se incorpora a quilomicrones linfáticos, que entran al torrente sanguíneo. Al convertirse en quilomicrones remanentes, el hígado los capta para incorporar con ellos el retinol que poseen Nutrinfo (2000). En el caso de que los tejidos necesiten del retinol, este es transportado a través de la sangre unida a una proteína llamada 14 APO-RBP (Retinol Binding Protein). Se origina así la holo-RBP que se procesa en el aparatode Golgi y se secreta al plasma. Los tejidos son capaces de captarla por medio de receptores de superficie. Una vez dentro de los tejidos, excepto el hepático, el retinol se une a la proteína fijadora de retinol o CRBP (Cellular Retinol Binding Protein). La RBP es una proteína sensible a la deficiencia de zinc y de proteínas; por lo que si el aporte de estos nutrientes es escaso, se podría presentar un cuadro de deficiencia de vitamina A aunque su aporte sea el adecuado (Nutrinfo, 2000). Si no se presenta deficiencia, los esteres de retinilo ingresan a las células estrelladas en los lipocitos para formar los principales depósitos del organismo (Nutrinfo, 2000). Según Mc Laren (2002), el -caroteno es menos eficaz que la vitamina A preformada (retinol). Se ha propuesto recientemente que los valores ER del -caroteno tengan 1/12 de la eficacia del retinol. Se ha descubierto además que otros carotenoides provitamina A como el α-caroteno, γ-caroteno y la criptoxantina tienen aproximadamente la mitad de la eficacia que el -caroteno. 1.5. ASPECTOS NUTRICIONALES Sintes (1980), menciona que la vitamina A favorece y promueve la nutrición de todos los tejidos y órganos, ejerce sobre todo una acción trófica específica sobre el ojo (mejora de los tejidos); impide la xeroftalmia (enfermedad grave de los ojos susceptible a entrañar la ceguera), evita la ceguera nocturna, es excitante de los fenómenos del crecimiento, del apetito y de la digestión, mantiene la integridad de los tejidos epiteliales nerviosos, del cabello y las mucosas e impide las afecciones del aparato respiratorio. 1.5.1. Deficiencia de vitamina A. Actualmente es uno de los grandes problemas de la salud pública. La OMS (Organización Mundial de la Salud) estima que 250 15 millones de niños en edad preescolar tienen deficiencia subclínica y cerca de 3 millones padecen de xeroftalmia clínica (sequedad de la conjuntiva y opacidad de la córnea). Aproximadamente un 10% del total de niños ciegos, lo son a causa de la deficiencia de vitamina A y cerca del 70% de estos niños mueren en el transcurso del primer año (Nutrinfo, 2000). Las personas que practican una alimentación integral y racional no corren el riesgo de deficiencia de vitamina A. Pero, ciertas condiciones patológicas como un desarreglo intestinal o trastornos del hígado pueden perjudicar la absorción de esta vitamina; también la ingestión de “antivitaminas” como antirreumáticos, aspirina y los preparados análogos como también el aceite de vaselina (contra el estreñimiento) en el que puede disolverse en el intestino las vitaminas liposolubles (A, D y E) del alimento que después se expulsan junto con las heces y el aceite mineral en el que están disueltas, (Sintes, 1980). Algunos efectos biológicos con la carencia prolongada de vitamina A son la xeroftalmia, la queratomalacia (ulceración de la córnea) y la hemeralopia (disminución visual en penumbra); detención del desarrollo alterando la formación de cartílagos y disminución del peso corporal en el individuo en crecimiento; predisposición a enfermedades infecciosas (pulmonía); males de garganta y resfriados frecuentes; delgadez por incapacidad de almacenar tejido adiposo; raquitismo en los niños; bocio; cálculos de la vejiga, piel rugosa y áspera en niños en edad escolar; obstrucción de los poros de la piel (Sintes, 1980). La deficiencia de vitamina A, altera la síntesis de las mucosas (intestinal, pulmonar y bucal) produciendo un tejido escamoso y calloso; también altera las hormonas sexuales inhibiendo la espermatogénesis, el ciclo menstrual y el desarrollo placentario afectando así la reproducción en machos y hembras (Primo, 1998). La falta de vitaminas es denominada Avitaminosis, la 16 deficiencia por insuficiente ingestión es denominada Hipovitaminosis. También se conoce un estado patológico opuesto que es Hipervitaminosis (Harper, 1982). 1.5.2. Hipervitaminosis A. Es consecuencia de la administración prolongada de dosis elevadas de vitamina A, se manifiesta clínicamente con exoftalmia (protusión o proyección del globo ocular), hemorragias pulmonares e intestinales, anemia, alopecia (deficiencia anormal del cabello con pérdidas), adelgazamiento, erupción cutánea, entumecimiento muscular, dolores óseos; éstos síntomas se presentan con una ingestión de 41000 a 60000 UI de vitamina A por día y ocurren durante períodos de algunos meses a nueve años (Harper, 1982). Nutrinfo (2000), manifiesta que un consumo excesivo de vitamina A por varios días o semanas, durante el primer trimestre de embarazo produce malformaciones en el feto, es por esto, que los suplementos de vitamina A para embarazadas no contienen más de 10000 U.I. La hipervitaminosis crónica trae anorexia, irritabilidad y jaqueca, entre otros. En los niños se produce hidrocefalia e hipertensión craneana. Puede producirse también hipercarotenosis por un consumo prolongado de altas cantidades de verduras. El exceso de carotenos se deposita debajo de la piel y el síntoma mas notorio es un color amarillo característico en las palmas de las manos (Nutrinfo, 2000). También se menciona que los carotenoides tomados en concentraciones altas, pero menores a 41000 unidades se almacenan en el tejido adiposo como tales y no se han descrito síntomas de toxicidad por esta causa. Una abundante literatura 17 relaciona las tasas altas de -caroteno con la resistencia a diversos tipos de cáncer (Primo, 1998). 1.5.3. Necesidades diarias. Los resultados de diversos estudios recientes de las necesidades alimentarias humanas de vitamina A, indicaron que 500–600ug de retinol, o el doble (1000–1200ug) de -caroteno, es la cantidad diaria mínima necesaria para mantener, en adultos, un nivel sanguíneo adecuado de vitamina A, de modo a evitar los síntomas de deficiencia (Harper, 1982). Ver cuadro 5. Teóricamente una molécula de -caroteno daría dos de vitamina A, pero el rendimiento biológico es mucho menor, cada 6 mg de -caroteno producen 1mg de vitamina A (Primo, 1998). 1.5.4. Sales minerales. La zanahoria como tal o en zumo tienen un alto contenido de micro nutrientes minerales, que aporta al organismo y cumplen funciones como material plástico (constructor formativo), que constituyen los protoplasmas celulares, las sales mantienen el estado coloidal tisular de la materia viviente, mantienen los cambios osmóticos entre la sangre y los tejidos, permitiendo la nutrición de éstos últimos; ayudan a mantener el equilibrio ácido– base de la sangre, mantienen constante el pH, y finalmente representa un factor indispensable catalizador de todas la innumerables reacciones y transformaciones de orden químico y fisicoquímico; en las cuales, se basa la misteriosa energía vital y sin la cual no es posible la vida (Sintes, 1980). En cuanto a minerales y oligoelementos, casi siempre en forma de sus respectivas sales se ha comprobado la presencia de magnesio, hierro, calcio, potasio, fósforo, arsénico, níquel, cobre, yodo y manganeso, destacándose por su cantidad las sales de potasio y fósforo (Sintes, 1980). 18 Cuadro 5. Cantidades dietéticas recomendadas de vitamina A 1 Individuo Edad (años) Peso (Kg) Talla (cm) Actividad de vitamina A (RE)2 (UI) Lactantes 0,0 – 0,5 0,5 – 1,0 6 9 60 71 4203 1400 400 2000 Niños 1 – 3 4 – 6 7 – 10 13 20 30 86 110 135 400 2000 800 2500 700 3300 Hombres 11 – 14 15 – 18 19 – 22 23 – 50 51 - + 44 61 67 70 70 158 172 172 172 172 800 5000 800 5000 800 5000 8005000 800 5000 Mujeres 11 – 14 15 – 18 19 – 22 23 – 50 51 - + 44 54 58 58 58 155 162 162 162 162 800 4000 800 4000 800 4000 800 4000 800 4000 Gestantes 1000 5000 Mujer Lactante 1200 6000 Fuente: Harper, (1982). 1. Las cantidades indicadas pretenden fortalecer lo suficiente tomando en cuenta las variaciones individuales entre la mayoría de las personas normales que viven en los Estados Unidos de América, en condiciones usuales de estrés ambiental. 2. RE equivalente de retinol 3. La actividad de vitamina A es recomendada siendo toda como retinol de leche durante los primeros seis meses de vida. Todos los cálculos posteriores consideran la ingestión de mitad como retinol y mitad como -caroteno, calculando en unidades internacionales equivalentes de retinol, tres cuartos está como retinol y un cuarto como -caroteno. 19 1.5.5. Composición de la fibra dietética. La fibra se encuentra presente en las paredes celulares de los vegetales, está constituida por componentes tales como: celulosa, betaglucanos, hemicelulosa, mucílago y almidón, que no son digeridos por el organismo humano (carbohidratos no digeribles), por lo que generan un desecho en forma de gel que contribuye a mejorar el proceso de digestión. La fibra se encuentra generalmente en las verduras, frutas, legumbres y cereales (Primo, 1998) y (Collazos y col 1993). La fibra se hidrata y contribuye al volumen del bolo intestinal y de las heces, disminuye el tiempo de tránsito y la retención de la masa, evita el estreñimiento, disminuye la incidencia del cáncer de colon, de diverticulosis y rebaja la colesterolemia (Primo, 1998) Las UNALM-UNMSM (1998), mencionan que si hay exceso puede padecer flatulencia persistente (gases), además pueden impedir el metabolismo de minerales básicos como hierro y calcio. La falta de fibra ocasiona enfermedades típicas de los países industrializados, como la obesidad, estreñimiento, cáncer de colon, várices y diabetes del adulto, entre otras. Esta misma fuente, sugiere que una cantidad apropiada sería de 15 a 30 g diarios. En el cuadro 6, se mencionan los componentes de la fibra dietética de la zanahoria obtenida por diversos autores. 20 Cuadro 6. Composición de la fibra dietética en la zanahoria, obtenido por diferentes autores. (g/100 g de materia comestible). Autores NDF1 Celulosa Hemi celulosa Lignina Fibra Poli sacáridos Agua Robertson (1978) Holloway (1977) Helms (1978) Paul y Suothgate (1978) Southgate (1978) Mathee (1978) 0,96 1,00 === === === 1,40 0,68 0,90 0,95 === 1,16 1,12 0,12 trazas === === === 0,12 0,15 0,10 0,06 === trazas 0,12 === === === 2,90 2,90 === === === 1,67 === 1,74 === 89,6 91,1 89,1 89,9 89,8 88,4 Fuente: Herranz (1983), mencionado por Cajachagua, (1996) NDF1: Fibras detergentes neutras (incluye Celulosa, Hemicelulosa y Lignina) 1.6. CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DE LA ZANAHORIA. En el cuadro 7 se muestran las principales características fisicoquímicas de la zanahoria. Cuadro 7. Características fisicoquímicas de la zanahoria. Características Valores °Brix pH Acidez (%Ac. málico) Índice de madurez 8,00 6,30 0,24 33,33 Fuente: Primo (1998). 1.7. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ZUMO DE ZANAHORIA. En el cuadro 8 se muestra la composición química del zumo de zanahoria. Cuadro 8. Composición química del zumo de zanahoria. Componentes Cantidad en 100 g de Materia Comestible Carbohidratos (g) Grasas (g) Cenizas (g) Azúcares reductores (g) 10,60 0,15 0,21 6,90 Fuente: Valladares (1992), mencionado por Cajachagua (1996) 21 1.8. CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DEL ZUMO DE ZANAHORIA. Las características fisicoquímicas del zumo de zanahoria se muestran en el cuadro 9. Cuadro 9. Características fisicoquímicas del zumo de zanahoria. Características Valores °Brix Densidad (g/cm3) Viscosidad (mPa.s) 9,80 1,069 3,82 Fuente: Valladares (1992), mencionado por Cajachagua, (1996). 1.9. TECNOLOGÍA DE PROCESAMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE ZUMOS. Algunos autores, tales como Cheftel y Cheftel (1976), mencionado por Cajachagua (1996), reservan la denominación “zumo de... “, seguido del nombre de una fruta o legumbre, al producto procedente de la presión de frutas o legumbres frescas, sanas y maduras no fermentadas. El Códex Alimentarius (1992), menciona que se entiende por zumo de legumbres al producto líquido sin fermentar pero fermentable o al producto que haya sufrido una fermentación láctica, destinado al consumo directo, obtenido por procedimientos mecánicos de las partes comestibles de las legumbres maduras y en buen estado. Nutrar (2000), menciona que en Europa, principalmente en España se ha reglamentado con el Real Decreto 1650/1991 de 8 de noviembre, las definiciones de los diferentes tipos de zumos, y también por la reglamentación interna de la Asociación de zumos Asozumos de ese país. Las definiciones son las siguientes: A. Zumo de fruta recién exprimido/directo. Se trata del obtenido para consumir en el acto sin mediar ningún tratamiento térmico para la destrucción de la flora microbiana ni para su conservación. Es el que hace usted mismo en casa o el que podrá 22 encontrar en las cámaras refrigeradoras de los supermercados. Su contenido en frutas es del 100%. B. Zumo de fruta. Según el Real Decreto "se entiende por zumo o jugo de fruta el obtenido a partir de frutas por procedimientos mecánicos, susceptible de fermentación pero sin fermentar, que posea el color, el aroma y el sabor característicos de las frutas de que proviene". Los procesos industriales a que son sometidas las frutas hacen que sea inevitable una pérdida de nutrientes. C. Zumo de fruta concentrado. Es el que se obtiene eliminando -mediante tratamientos térmicos- el agua de constitución de las frutas. Una vez obtenido el concentrado se le añade agua y aromas. Se ha establecido que ese concentrado de frutas debe contener, al menos, un 50% de materia prima. D. Néctar de fruta. Es el producto que se obtiene al añadir agua y azúcares, miel o edulcorantes artificiales al zumo de fruta. Es decir, es zumo más agua y azúcar. En el caso de los zumos industriales de naranja, el contenido mínimo en fruta es de un 50%. En el del melocotón, el zumo mínimo es del 45%. En otras frutas, como las grosellas y los limones, un néctar es tal con un contenido del 25% de zumo. Por otro lado, el néctar sin azúcar es igual que el néctar pero el azúcar se sustituye por edulcorantes. E. Refresco a base de zumo. Debe tener un mínimo del 12% de zumo en el de uva, un 10% en el de melocotón y un 8% en el de naranja. El porcentaje mínimo exigido baja al 6% en el de limón y al 4% en el de pomelo o piña. Está permitido añadir al refresco azúcar, aromas, conservantes y colorantes. 23 F. Zumo enriquecido. Es el "zumo de fruta" enriquecido con vitaminas y/o minerales para compensar la pérdida que de estos elementos se produce durante el proceso de elaboración. 1.9.1. Procesamiento general para la obtención de zumos. Para la obtención de extracto zumos, se describe a continuación el flujo de procesamiento general según Guevara (1990), mencionado por Cajachagua (1996). Ver figura 1 a. Materia Prima. La materia prima a emplear deberá ser de buena calidad, en estado óptimo de madurez. b. Selección y Clasificación. La materia prima debe ser seleccionada para identificar y seleccionar las noaptas para el proceso, separándolas. Se clasifican agrupando de acuerdo al tamaño, madurez, etc. c. Pesado. Con el pesado se determinan rendimientos. Esta operación también se ejecuta en el momento que la materia prima llega a la planta, de este modo se verifica su ingreso. d. Lavado. Se hace con la finalidad de eliminar sustancias extrañas que puedan estar adheridas a ellas. Se puede realizar por inmersión, agitación o rociado. e. Precocción. El objeto es ablandar la materia prima, facilitando así el pulpeado. Esta operación se realiza en agua a ebullición u otras temperaturas previo estudio. 24 MATERIA PRIMA SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN PESADO Agua PRE COCCIÓN PELADO PULPEADO MOLIENDA Y/U HOMOGENIZADO FILTRADO PASTEURIZACIÓN ENVASADO Agua ALMACENADO Figura 1. Flujo de procesamiento general para la obtención de zumos. Fuente: Guevara (1990), mencionado por Cajachagua (1996). LAVADO ENFRIADO 25 La precocción sirve también para inactivar ciertas enzimas responsables del pardeamiento, de ser así se estaría hablando de un escaldado. f. Pelado. Dependiendo de la materia prima, se realiza antes o después de la precocción. La mayoría de frutas se pulpea con su cáscara. El pelado se realiza con cuchillo de acero inoxidable. g. Pulpeado. Consiste en presionar la pulpa y así obtener un tamaño adecuado de jugos pulposos. h. Molienda coloidal u homogenizado. Con la finalidad de romper las partículas, obteniendo modo un producto uniforme, se puede recurrir a dos métodos: un molino coloidal o un homogenizador. i. Filtrado. Se ejecuta cuando existen partículas que por sus características aún están presentes en el producto. Se puede ejecutar luego de la molienda coloidal u homogenizado. j. Pasteurizado. Esta operación implica tratamiento térmico a 85°C por 30min. El pasteurizado es muy importante y sirve para reducir e inactivar la carga microbiana. k. Envasado. El envase sirve como medio de protección, coadyuva en la conservación del alimento y puede ser de vidrio, PET, hojalata, laminados de aluminio o polipropileno (sachets). 26 l. Enfriado. Una vez cerrado el envase debe ser enfriado rápidamente con el objeto de dar el shock térmico y conservar la calidad del producto. m. Almacenado. Los envases que contienen a los productos deben ser limpios y secos, para luego acondicionarlos en los empaques de cartón y almacenarlos en lugares adecuados antes del consumo final. 1.10. TRATAMIENTO TÉRMICO Según Arthey y Dennis (1992), la base de la conservación de alimentos mediante calor es la reducción de micro organismos vivos que provocan la alteración de alimentos o pueden suponer un riesgo para la salud del consumidor. Al mismo tiempo, debe prestarse atención a la retención de las propiedades sensoriales y nutritivas. Por su parte Nutrar (2006) describe los tratamientos térmicos tradicionales, como la esterilización que es uno de los tratamientos más agresivos ya que sus elevadas temperaturas, de más de 100°C mantenidas en algunos casos hasta 20 minutos, afectan el valor nutricional y sensorial del alimento. Su finalidad es inactivar toda forma de vida en el producto. Actualmente esta forma de tratamiento apenas se utiliza y ha sido reemplazado por el UHT o uperización; en este proceso se alcanzan temperaturas elevadas de hasta 150°C, aunque durante espacios muy cortos de tiempo, menos de 5 segundos, seguido de un rápido enfriamiento. Además de alargar la vida útil del producto y garantizar su seguridad al consumo, este tratamiento afecta menos la calidad sensorial y nutricional. La pasteurización es un proceso relativamente suave, menciona el mismo autor, con temperaturas menores de 100°C, que contribuye a conservar el alimento sobre el que se aplica, siempre que se mantenga posteriormente refrigerado como la leche, o se complemente con otro método de 27 conservación. Cuanto mayor sea la temperatura, menor será el tiempo de aplicación y viceversa. Este tratamiento térmico está destinado a destruir los microorganismos. Produce pocos cambios nutricionales y sensoriales. El escaldado es uno de los tratamientos por calor más suaves. Se aplica a frutas y verduras para, además de fijar su color, inactivar sus enzimas alterantes y destruir algunos de microorganismos a modo de paso previo a otros procesos de conservación como la congelación, Nutrar.com (2006). Arthey y Dennis (1992) mencionan que los alimentos enlatados se han clasificado según su pH, ya que la acidez es un factor importante en la determinación de la cuantía del proceso térmico necesario para alcanzar la esterilidad comercial, así se tienen los siguientes grupos: Grupo 1. Acidez baja; pH 5,0 y superior Grupo 2. Acidez media; pH 4,5 a 5,0 Grupo 3. Acido; pH 3,7 a 4,5 Grupo 4. Acidez alta; pH 3,7 e inferior Estos mismos autores mencionan que la clasificación de la acidez se basa en la capacidad de las esporas de C. botulinum, sea cual sea su tipo para germinar, multiplicarse y producir toxina en los alimentos. El pH mínimo en el que sucede esto es de 4,6 valor asignado por la US Food and Drug Administration (FDA). Así, el proceso mínimo necesario para alimentos enlatados de baja acidez contra C. botulinum es de 2,52 minutos a 121,1°C, denominado con frecuencia “cocción contra botulismo” (Arthey y Dennis, 1992). El envasado aséptico de alimentos permite que los alimentos esterilizados a granel o por lotes sean introducidos y cerrados en recipientes estériles en condiciones asépticas. Las razones principales para proceder así son: (i) permite utilizar recipientes que no sirven para ser esterilizados una vez llenos y (ii) aprovecha las ventajas del tratamiento a temperatura elevada y durante 28 un corto tiempo. Si se debe realizar el envasado de los alimentos en recipientes de material termoplástico o de cartón y termoplástico, que no soportarán las temperaturas de tratamiento, entonces será preciso considerar el envasado aséptico, Arthey y Dennis (1992). En el cuadro 10, se observan algunos sistemas de esterilización y llenado aséptico de bolsas. Cuadro 10. Sistemas de esterilización y llenado aséptico de bolsas. Forma Material Método de esterilización y llenado Bolsa Laminado termoplástico Baño de H2O2 más radiación UV para esterilizar el material de la bolsa, que es llenada y cerrada en una cámara estéril. Bolsa Laminado termoplástico Baño de H2O2 más secado con aire filtrado Bolsa Película de polímero soplado Estiramiento con presión del tubo termoplástico, que se supone estéril en su interior. El exterior se esteriliza con H2O2. La bolsa es cortada, llenada y cerrada en aire filtrado. Bolsa Película de polímero soplado Similar al anterior Fuente: Arthey y Dennis (1992). Durante el almacenamiento de alimentos enlatados, Arthey y Dennis (1992), mencionan que se producen pequeñas pérdidas de vitaminas que dependen de la temperatura, así, en zanahorias la temperatura máxima es de 80°F (27°C) para asegurar una pérdida no superior al 10% de caroteno (precursor de la vitamina A) tras 12, 18 y 24 meses de almacenamiento. Desde hace más de 20 años se han producido y aceptado en Japón diversos alimentos esterilizados de baja acidez en bolsas flexibles. En Europa y EE.UU. no han logrado esta aceptación a pesar de su conveniencia técnica. La delgada sección transversal de la bolsa permite que los tiempos de tratamiento sean más cortos que los requeridos para latas y recipientes de cristal de la misma capacidad y, para algunos productos, estosupone una mejora de la calidad, Arthey y Dennis (1992). 29 1.11. EMPAQUES. Para evitar confusiones, en algunos países de América Latina se denomina empaques a los elementos de caucho o papel que se utilizan para generar hermeticidad en juntas de vidrio, ventanas y motores. En inglés se denominan Gaskets, en Perú se llaman Empaquetaduras (Envapack, 2007). Los térmicos: envases, empaques y embalajes, son definidos puntualmente en el ítem 1.11.1., de la presente investigación. Bureau y Multon (1980), mencionan que el envase se encontraba hace más de dos décadas en profundas mutaciones; el envase, viejo, aunque cada vez mas joven, empezaba a desarrollarse mucho ya que desde aquellos años se iniciaba un período de mutaciones socio económicas y tecnológicas, rápidas y profundas que afectaban a las costumbres alimentarias. Los hábitos están pasando de una civilización del consumo de masas a una civilización del consumo individualizado, el número de personas que viven bajo un mismo techo tiende a disminuir, existiendo cada vez más hogares con una sola persona, lo que implica volúmenes de contenido más bajos, porciones individualizadas, convirtiéndose el envase en la libertad de elegir, está a discreción, implicando así para el envase y el acondicionamiento, diversidad de tamaños, materiales, formas, etc. Asimismo mencionan que, las comidas desestructuradas y una restauración profesional fuera del hogar, con carácter comercial y social, aumentan; los electrodomésticos, como los hornos microondas, modifican las costumbres culinarias. La demanda de productos alimentarios nuevos aumenta, lo que lleva consigo una mejor duración de los envases. Por tanto, habrá que diseñar y utilizar nuevos acondicionamientos alimentarios más prácticos, más fáciles de empleo y con tendencia a aproximarse a la porción individual, a la dosis diaria (Bureau y Multon, 1980). Según la FAO, mencionado por Bureau y Multon (1980), el 50% de productos agrícolas y alimentarios se pierde en el mundo por falta de 30 acondicionamiento, envases, empaques y embalajes; la intemperie, robos, predadores y degradaciones físico-químicas son el origen de estas pérdidas. “El empacado y embalaje de los productos alimentarios es una necesidad, más fuerte que ayer, pero menor que mañana” (Paul, 1980). 1.11.1. Definiciones según el tipo de protección. a. Envase, empaque primario, empaque de primer nivel, empaque de venta o presentación Envapack y Empaqueperformance (2007), mencionan que es todo continente o soporte destinado a contener el producto, se encuentra en contacto directo con el producto contenido, facilita el transporte y presenta el producto para la venta. Asimismo indican que por envase se entiende el material y estructura que contiene o guarda un producto y que forma parte integral del mismo; el objetivo más importante del envase es dar protección al producto para su transportación y de otros artículos. Ver Fig. 2 b. Empaque, o empaque secundario, o empaque de nivel intermedio Envapack y Empaqueperformance, (2007) definen como cualquier material que encierra un artículo con o sin envase, con el fin de preservarlo. Son las estructuras que a su vez agrupan varios empaques primarios o envases. Igualmente refieren que el objetivo del empaque es proteger el producto, el envase o ambos y ser promotor del artículo dentro del canal de distribución y facilitar su entrega al consumidor. 31 Figura 2. Clasificación del empaque según el tipo de protección. Fuente: Envapack (2007) Empaque de tercer nivel Empaque de primer nivel Empaque de segundo nivel 32 c. Embalaje, o empaque terciario, o empaque de transporte, o empaque de nivel exterior Envapack y Empaqueperformance (2007) Indican que son todos los materiales, procedimientos y métodos que sirven para acondicionar, presentar, manipular, almacenar, conservar y transportar una mercadería. Son estructuras colectivas que agrupan, transportan y protegen varias unidades empacadas en estructuras de segundo y primer nivel. También mencionan que el embalaje es una expresión más breve de la caja o envoltura con que se protegen las mercaderías para su transporte. El objetivo del embalaje es llevar un producto y proteger su contenido durante el traslado de la fábrica a los centros de consumo. 1.11.2. Cualidades a conservar en un producto alimentario. Si la calidad está definida como la “aptitud de un producto o servicio para satisfacer las necesidades de los usuarios”; en el caso de productos alimentarios, la calidad alimentaria significa suministrarle al hombre o animal un producto en condiciones de seguridad completa y con placer los nutrientes y la energía necesarios para su metabolismo vital, analizándose de la siguiente manera (Bureau y Multon, 1980): a. Calidad higiénica El alimento no debe contener ningún elemento tóxico a dosis peligrosas para el consumidor, considerándose la frecuencia de consumo, las cantidades ingeridas y el grado de toxicidad. b. Calidad nutritiva Por una parte, cuantitativamente, la energía acumulada en forma química (almidón, lípidos), de la que es preciso evitar la degradación por alteración o ingestión por otros seres 33 vivos como mohos, insectos, roedores, etc., lo que hace que el alimento sea inconsumible. Por otra parte cualitativamente, el equilibrio nutricional del alimento respecto a necesidades del consumidor: aminoácidos, vitaminas, hierro, etc. c. Calidad sensorial En una situación dada, cada consumidor percibe de un alimento sensaciones gustativas, olfativas, táctiles, visuales, incluso auditivas (crujido) bien determinada. La calidad sensorial es extremadamente sensible a las condiciones de conservación y por tanto de envase. Un mal almacenaje o envase inadecuado pueden conducir a la aparición de gustos y olores desagradables, o a modificaciones de la consistencia, que provoquen rechazo del consumidor potencial d. Calidad tecnológica Preocupan más al industrial que al cliente final, ya que desea materias primas o productos intermedios que se adapten bien a su proceso de transformación. A nivel mundial es creciente la tendencia de que las industrias fabricantes garanticen la seguridad de sus productos en sus consumidores y el medio ambiente. Para lograr minimizar los riesgos (biológicos, fisicoquímicos y sociales) las empresas deben iniciar los procesos de certificación y seguridad de sus productos, desde el proveedor de materias primas, o de los materiales de empaque, envase y embalaje, pasando por sus procesos de formulación, producción, envasado, distribución y consumo (Envapack, 2007). 34 1.11.3. Funciones del envase a. Funciones primarias i. Funciones técnicas Protección. La primera función del envase es proteger al producto contra las alteraciones que pueden tener diversos orígenes (Envapack, 2007): o Alteraciones Biológicas: Son las ocasionadas por agentes externos de origen biológico como bacterias, hongos, levaduras, insectos, roedores, etc. o Alteraciones Fisicoquímicas: Producidas por reacciones entre el medio externo y el empaque, o con el producto contenido, o entre material de empaque y el producto; como vibraciones, fricción, calor, volumen, presión, humedad, o vapor de agua, oxígeno o gases, luz. o Alteraciones Sociales: Aquí se agrupan las alteraciones de los productos y/o sus empaques o envases causados por seres humanos. Las alteraciones afectan las características físicas externas del producto y su empaque, y pueden afectar las características sensoriales del producto. Conservación Esta función garantiza la permanenciade las características sensoriales, o de estabilidad del producto contenido. Los empaques pueden ser parte inherente del proceso de producción e inclusive hacer parte del producto, como por ejemplo: el proceso de pasteurización de los alimentos enlatados. Esta función está estrechamente relacionada con el concepto de barrera, que se refiere al grado de permeabilidad a los agentes externos como gases o líquidos. 35 Distribución Esta función tiene como misión el de facilitar las operaciones de almacenaje, inventarios, manipulación, transporte y entrega a los diferentes sistemas o puntos de consumo. Define las características del tamaño de la unidad de venta al detalle, y de mayoreo, así como el tamaño del embalaje para su fácil manipulación, o mecanización en las actividades de distribución. ii. Funciones de marketing Son específicas para el mercado y la comercialización, involucra las funciones de: alerta, personalidad, información, posicionamiento y servicio. iii. Funciones de seguridad Abarca seguridad para el producto, para el consumidor, para el distribuidor/vendedor y para el medio ambiente. b. Funciones secundarias Entre éstas tenemos principalmente: reducción de costos de producción y distribución, facilitar la venta al por menor y mejorar la calidad de vida. 1.12. ENVASES FLEXIBLES La primera aplicación de un material flexible, en la industria del empaque nace con la invención del papel, aplicándose a la envoltura de diversos productos. El primer avance tecnológico lo da Gutemberg en Alemania con la invención de la imprenta tipográfica, y las primeras aplicaciones al campo de las etiquetas y rótulos para envases y paquetes (Envapack, 2007). 36 Este mismo autor menciona que a comienzos del siglo XX otro gran avance se logra con el desarrollo de las películas de Celofán, el cual se utilizó a gran escala para el empaque de todo tipo de productos, incluyendo los alimenticios como pastas, dulces, etc. Este material, se usó solo sin combinar, por varios años hasta cuando nacieron empresas convertidoras que a partir de otras películas a granel en bobinas, comenzaron a aplicarlo sobre otros sustratos para combinar las diferentes aplicaciones y propiedades de dos o más materiales en uno solo. Nació entonces una creciente industria con una tecnología también en desarrollo permanente. Posteriormente, en los años 60's nacen en América Latina algunas empresas de materias primas para la industria de envases flexibles, como Aluminio Reynolds de Colombia en1960 de Barranquilla fabricante de Aluminio en hoja (foil) de diferentes espesores y también en otras formas como perfiles, etc. Posteriormente, en los años 70's, se inició la producción de Propalaste con lo cual se abrió un amplio campo en la elaboración de envases flexibles de alta calidad. En la compañía Celanese de Barranquilla (hoy Quintex) se inició la producción del Celofán. Posteriormente, introdujeron el tipo de Celofán recubierto con PVDC (Sarán) marca de Dow Chemical, el cual tuvo un gran éxito por sus mejores propiedades de barrera. Hace más de 35 años se introdujo el uso de PVC rígido para envases como reemplazo del Celofán, En los últimos años, se ha utilizado esta resina de PVC para fabricar película extensible para empacado de carnes, frutas y otros alimentos, así como película tipo stretch para embalaje de estibas, o paletizado. Además se han venido produciendo diversos tipos de envases flexibles tanto impresos como sin impresión y en diversas presentaciones como rollos, bolsas, hojas, etiquetas, etc. Es preciso indicar aquí que los convertidores latinoamericanos de envases flexibles, han tenido una evolución sorprendente en cuanto a maquinaria, procesos de impresión y conversión con utilización de materias primas tanto extranjeras como nacionales que, sin lugar a dudas, colocan a algunos países como Colombia, Argentina, Brasil y Venezuela 37 como líderes no solo en Latinoamérica sino a nivel mundial en el campo de los envases flexibles. Podemos agregar que el desarrollo de los envases flexibles en Latinoamérica, ha venido ligado a la búsqueda de materiales más económicos que los tradicionales de hojalata y vidrio por medio de la introducción a este continente de máquinas empacadoras más eficientes y versátiles. En este punto no podemos dejar de mencionar el sistema de empaque de jugos de frutas en material laminado a base de poliéster, aluminio y polietileno (Doypack) el cual marcó un verdadero hito en la presentación, conservación y comodidad del envase y que abre, por así decirlo, grandes posibilidades para otros productos diferentes a los jugos de frutas lo cual ha sido un éxito por varias razones entre ellas porque responde al problema del bajo nivel adquisitivo para poder comprar envases grandes, pero que facilita la compra de una dosis en sachet (Ver anexo 02), también por la facilidad de uso, transporte, viajes y además porque ofrecen una cantidad precisa para su consumo. En este aspecto (de los jugos y también en shampoos) se ha llegado a un nivel tecnológico muy alto en la manufactura de material laminado lo que nos coloca a la par de otros países industrializados (Envapack, 2007). 1.12.1. Definición de envase flexible. "Un envase flexible es un material que por su naturaleza se puede manejar en máquinas de envolturas o de formado, llenado y sellado, y que está constituido por uno o más de los siguientes materiales básicos: Papel, Celofán, Aluminio o Plástico, y que puede presentarse para el usuario del mismo en rollos, bolsas, hojas o etiquetas, ya sea en forma impresa o sin impresión”. Esta definición trata de cubrir todas las posibilidades de un envase flexible, de lo cual se deduce que hay dos clases fundamentales, a saber: los envases flexibles sencillos o sea sin soporte alguno, y los que son la combinación de dos o más elementos de los citados en la definición de arriba, los cuales llevan el nombre de laminados flexibles, y primordialmente el material de barrera es el aluminio (Envapack, 2007). 38 1.12.2. Laminados flexibles. Los llamados laminados flexibles contienen una lámina delgada de aluminio y el material es muy flexible. El uso comercial de bolsas flexibles, que son esterilizadas de forma semejante a las latas, se ha desarrollado bastante durante la última década, especialmente en Europa y Japón (Typac, 1998). La misma fuente menciona que las condiciones esenciales son que: El material plástico pueda resistir temperaturas superiores a 130° C como mínimo. Se pueda formar un cierre aséptico fuerte entre ambos lados de la bolsa. Que el plástico presente buenas características para el termosellado. El plástico sea impermeable al oxígeno, a la humedad y a los microorganismos. Actualmente en el Perú, se usa este tipo de laminados con la limitación de que el material plástico solo resiste hasta 100°C por lo que se asegura el producto con un envasado aséptico en lo posible de productos previamente pasteurizados, como mermeladas, pastas y algunos jugos (Agroindustrial Lima S.A., 2000). En la figura 3, se observa el sistema de producción del foil de aluminio a partir de perdigones y en la figura 4 se observa el proceso de laminación por vía seca para superficies no porosas. Holdsworth (1988) menciona que algunas películas típicas son de nylon/polipropileno ó nylon/polietileno y las más usadas son de poliéster/lámina de aluminio/polietileno en las que el polietileno ocupa la parte interior y el aluminio actúa como barrera al 39 Figura 3. Sistema de producción del foil de aluminio a partir de perdigones. Pequeños perdigones de aluminio, como granos de arroz, pueden laminarse en hojas, el aluminio fundido es vertido enun cilindro revolvedor perforado y luego compactado para obtener el foil. Fuente: Typack, (2007) 40 Figura 4. Sistema de laminación por vía seca para superficies no porosas. En el gráfico se muestra una laminación para dos sustratos, también existen modelos para tres sustratos. Fuente: Typack, (2007) Desbobinador (sustrato 1) Aplicación de cola Desbobinador (sustrato 2) Bobinador Laminado Estufa 41 oxígeno, la luz y humedad. Para muchos productos se ha considerado proteger las bolsas del deterioro mecánico con una envoltura de cartón. Este mismo autor indica que la bolsa flexible no se utiliza todavía en proporción apreciable especialmente para envases realmente grandes. Una ventaja realmente importante para el procesado de bolsas de poco espesor es que se necesita menos calor y por ello el tratamiento térmico es mas corto. Según Arthey y Dennis (1992), son candidatos para este método de envasado muchos artículos alimenticios tales como maíz, frejoles, zanahorias en láminas o en dados, así como algunos productos especiales como ensalada de papas. 1.12.3. Coextruidos flexibles. Los envases flexibles coextruidos, según Envapack (2007), se desarrollaron en la búsqueda del material ideal, combinando diversos materiales para obtener las diferentes ventajas de cada uno en una sola estructura. Este mismo autor menciona que la coextrusión logra mantener las propiedades mecánicas de cada polímero utilizado, así como mejorar las propiedades de barrera en conjunto. La coextrusión de película soplada está permitiendo sustituir de manera más económica las laminaciones tradicionales de alta barrera en la industria de los envases flexibles; porque permite realizar en una etapa las operaciones que en laminación toman varias, a un costo muy superior. A pesar de que la coextrusión puede no igualar las altas propiedades de barrera de las laminaciones, en muchas aplicaciones el nivel requerido de protección contra la migración de sustancias y gases en los envases puede ser atendido por las películas coextruidas. Los desarrollos que se están dando en 42 a. Coextrusión de tres capas con barrera en la capa exterior b. Coextrusión de dos capas y características del flujo Figura 5. Sistemas de producción de películas coextruidas. Fuente: Typack, (2007) 1. Extrusor principal: Capa interna 2. Extrusor auxiliar: Adhesivo 3. Extrusor auxiliar: Capa barrera Flujo estable Flujo inestable Flujo muy inestable 43 materia de coextrusión de películas sopladas están permitiendo atender más casos de aplicaciones. En la figura 5 se observa el sistema de producción de película coextruida, la cual puede ser circular o plano y en consecuencia la película resultante de la coextrusión puede ser tubular o en hoja. Uno de los extrusores alimenta un tercer polímero que une las dos capas incompatibles. En el caso del envasado de jugos, se pueden emplear coextrusiones de cinco capas para formar bolsas en máquinas de formación llenado sellado. Las películas pueden tener espesores de aproximadamente 4 milésimas de pulgada, compuestas por un centro de un copolímero de etil vinil alcohol y con una capa de sellado en polietileno lineal de baja densidad. Esta estructura provee una buena integridad al empaque por su resistencia al rasgado. Otras características de las películas pueden incluir el sellado hermético de los pitillos o pajillas de beber, una vez que son introducidas por el usuario en la bolsa en el momento de beber (Envapack, 2007). Desde el pasado 30 de marzo del 2004, el Parlamento Europeo añadió nuevas definiciones que debemos tener en cuenta y que se refieren a los envases activos y a los envases inteligentes (Envapack, 2007). A. Envases activos Son aquellos destinados a actuar sobre los alimentos y preservar sus cualidades y conservación. Es decir son empaques primarios activos. Ejemplo: empaques con atmósfera modificada, absorbedores de etileno, absorbedores de oxígeno, empaques flexibles con válvulas y empaques termo reguladores (Envapack, 2007). 44 B. Envases inteligentes Son aquellos, capaces de dar al consumidor, durante la cadena de comercialización, información sobre el estado de los alimentos que contienen. Ejemplo: etiquetas RFID (Chips de identificación a distancia por radiofrecuencia), etiquetas detectoras de toxinas y bacterias, etiquetas detectoras de cambios en la cadena de frío (Envapack, 2007). Envapack (2007) menciona que actualmente se están desarrollando nuevos conceptos y productos en cuanto a empaques para agua y otros alimentos, así se tiene por ejemplo los empaques biodegradables, habiéndose desarrollado en Estados Unidos un nuevo polímero originado en el maíz (ácido poliláctico) con una amplia gama de aplicaciones: películas, laminados, termoformados; y que es ideal para el empacado de productos orgánicos. También se tiene la Botella flexible con memoria de forma, que es una botella ultraligera (9,9 g) en PET para envasar agua en formatos de 500mL, llamada NoBottle, usa una tecnología llamada “Flex”. El principio es: flexibilidad y memoria de forma que permiten a la botella tomar su forma inicial después de una contracción, eliminando la característica “quebradiza” en una botella tan ligera. Además son importantes las toneladas de residuos que se pueden ahorrar gracias a esta reducción inicial de peso. 1.13. ENVASADO. Envapack, (2007) menciona que el envasado es un conjunto de operaciones que permiten llenar un producto en un recipiente y sellarlo herméticamente. En general cada día se usa más la palabra “envasado” que “empacado” por las diferencias semánticas y las similitudes de empaque con empaquetadura. En América Latina el término “envasar” significa “llenar“, y “llenar” es más frecuentemente utilizado en líquidos; en EEUU solo se usa el término “Packing”. Para Nutrar (2000), el envasado es un método de conservación de los alimentos que consiste en calentarlos y sellarlos en recipientes herméticos. 45 1.13.1. Llenado El llenado es una fase crítica para todos los productos. Debe ser controlado cuidadosamente para que cada envase reciba la cantidad correcta de alimento. También se debe prevenir la pérdida del producto especialmente en jarabes, salmueras, zumos etc. Debe vigilarse el espacio de cabeza porque afecta el comportamiento del envase durante el tratamiento térmico y al vacío final del envase. Para el caso de latas, si el espacio de cabeza es demasiado pequeño se desarrollará una presión excesiva en el envase y puede dar lugar a una deformación de la lata durante el enfriamiento cuando el interior del recipiente alcanza la máxima presión interna al eliminar la presión del vapor. Por el contrario, si el espacio de cabeza es demasiado grande el vacío durante el enfriamiento puede ser suficiente como para succionar las paredes interiores del cuerpo originando el aplastamiento del envase (Holdsworth, 1988). Este mismo autor indica que las bolsas plásticas se llenan ordinariamente a mano, pero también se han desarrollado llenadotas continuas de mediana y alta velocidad. 1.13.2. Evacuación y cerrado Es necesario expulsar el aire del espacio de cabeza (evacuación) y producir un vacío parcial. Así, se reduce la cantidad de oxígeno disponible que aceleraría la destrucción de vitaminas y decoloración del producto (Holdsworth, 1988). Los sistemas de llenado continuo usan conjuntamente equipos mecánicos para el cierre, que se calientan por inducción
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