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- 1 - “UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ” FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL TESIS PRESENTADO POR: Bach. SALAS ROJAS, Alan Paolo PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL TARMA - PERÚ 2017 “EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DEL CONFITADO DE JENGIBRE (Zengiber officinale) ORGÁNICO, OBTENIDO MEDIANTE EL MÉTODO DE OSMODESHIDRATACIÓN” - 2 - “UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ” ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL TESIS PRESENTADA POR: ALAN PAOLO SALAS ROJAS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL SUSTENTADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO: ….……………………………... Presidente del Jurado …………………………. …………………………. Secretario Jurado ………………………….. …………………………. Jurado Jurado ………………………….. Asesor 3 ASESOR: Ing. LIMAYMANTA SULCA, Claudio Paulino iii 4 Dedicatoria Dios por ser un guía en mí caminar. Mi madre por inculcarme las actitudes y cualidades personales para mi desarrollo competitivo. Recuerdo eterno a mi padre quien es el ángel que me guarda desde el cielo. Mi hermana quien me brinda su apoyo y confianza incondicional en mi crecimiento profesional. Mi compañera eterna por brindarme su afecto y fortaleza en mi vida y a todas aquellas personas que me brindan su amistad, enseñanza y experiencia para mi progreso personal. iv 5 AGRADECIMIENTO A Dios por iluminar mi camino, mis padres y hermanos por ser mis guias en este caminar y maestros por sus enseñanas para la realización del presente trabajo de investigación. • Al Ing. Claudio LIMAYMANTA SULCA por contar con su valioso apoyo, como asesor del trabajo de investigación, lo cual fue un honor trabajar a la mano de sus enseñanzas para la ejecución de mi investigación. • Al Laboratorio de Instrumentación particular de la Empresa Industrias Yadira E.I.R.L, por facilitarme sus instalaciones la para ejecución del presente trabajo de investigación. • A los catedráticos de la Facultad de Ciencias Aplicadas de la Universidad Nacional del Centro del Perú por su gran aprecio y sincera amistad profesional. • A mis Compañeros y Amigos, por los gratos recuerdos compartidos y por su apoyo incondicional. v 6 Reconocimiento A la Facultad de Ciencias Aplicadas de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional del Centro del Perú por darme la oportunidad de seguir logrando mis objetivos profesionales. vi 7 RESUMEN Perú es un país con una mega biodiversidad extensa por el tipo de clima en sus tres regiones, en Chanchamayo se cultiva el jengibre en la variedad de baby amarilla de explotación agroindustrial, caso del confitado orgánico donde utiliza insumos como la panela y ácido cítrico. La finalidad del estudio de investigación fue la evaluación de la influencia de la concentración del jarabe de panela y la temperatura de secado, en las características nutricionales del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenido mediante el Método de Osmodeshidratación directa. La metodología de la investigación es Aplicada, a nivel experimental, bajo el método científico descriptivo, inferencial y correlacional; para ello se realizo el siguiente flujograma: Recepcion, selección y clasificación de la materia prima, lavado y pesado, desalado, pre-coccion, enfriado, inmersión en jarabe 1, 2, 3 y 4, escurrido, enjuagado, deshidratado, empacado y etiquetado y almacenamiento del producto final. Los resultados de la investigación en la concentración optima de 80 °Brix fue: inmersión 1 a 20 °Brix por 8 hr a 60 °C, inmersión 2 a 40 °Brix por 8 hr a 55 °C, inmersión 3 a 60 °Brix por 8 hr a 50 °C e inmersión 4 a 80 °Brix por 8 hr a 50 °C y dos tipo de deshidratación de 50 y 60°C; para el análisis fisicoquímico, químico y nutricional del producto final fue: Humedad: 23.5 gr, Sólidos solubles: 71.2 °Brix, pH: 4.5, Acidez titulable: 0.0899 g en acido ascorbico/100g de muestra; Carbohidratos: 51.71 g, Fibra: 9.56 g, Ceniza: 3.67 g, Grasa: 4.59 g y Proteína: 6.96 g; la mayor cantidad nutricional fue: Capacidad Antioxidante: 6.65 ug, Vit A: 247.0 ug, Vit B: 4.23 mg, Vit C: 12.1 mg y Na: 17.9 mg. Llegando a concluir que si existe correlación entre el contenido de la Vitamina A, B y C en el confitado por las diferentes concentraciones y deshidratado del producto. PALABRAS CLAVES: Jengibre, Confitado, Osmosis, Deshidratación, Capacidad antioxidante, Proteína, Vitamina A, B, C y Sodio. vii 8 SUMMARY Peru is a country with an extensive mega biodiversity due to the type of climate in its three regions, in Chanchamayo ginger is grown in the variety of baby yellow from agroindustrial exploitation, in the case of organic confit where it uses inputs such as panela and citric acid. The purpose of the research study was the evaluation of the influence of the concentration of the panela syrup and the drying temperature on the nutritional characteristics of the organic ginger (Zengiber officinale) candied, obtained by means of the direct Osmodehydration Method. The research methodology is Applied, at an experimental level, under the descriptive, inferential and correlational scientific method; For this, the following flow chart was carried out: Reception, selection and classification of the raw material, washing and weighing, desalting, pre-cooking, cooling, immersion in syrup 1, 2, 3 and 4, drained, rinsed, dehydrated, packed and labeled and storage of the final product. The results of the investigation in the optimal concentration of 80 ° Brix were: immersion 1 at 20 ° Brix for 8 hr at 60 ° C, immersion 2 at 40 ° Brix for 8 hr at 55 ° C, immersion 3 at 60 ° Brix for 8 hr at 50 ° C and immersion 4 at 80 ° Brix for 8 hr at 50 ° C and two types of dehydration of 50 and 60 ° C; for the physicochemical, chemical and nutritional analysis of the final product it was: Humidity: 23.5 gr, Soluble solids: 71.2 ° Brix, pH: 4.5, Titratable acidity: 0.0899 g in ascorbic acid / 100g of sample; Carbohydrates: 51.71 g, Fiber: 9.56 g, Ash: 3.67 g, Fat: 4.59 g and Protein: 6.96 g; the highest nutritional quantity was: Antioxidant Capacity: 6.65 ug, Vit A: 247.0 ug, Vit B: 4.23 mg, Vit C: 12.1 mg and Na: 17.9 mg. Concluding that if there is a correlation between the content of Vitamin A, B and C in the confit by the different concentrations and dehydration of the product. KEYWORDS: Ginger Confit, Osmosis, dehydration, antioxidant capacity, Protein, Vitamin A, B, C and sodium. viii 9 ÍNDICE DEDICATORIA ....................................................................................................iv AGRADECIMIENTO ............................................................................................ v RECONOCIMIENTO ...........................................................................................vi RESUMEN .......................................................................................................... vii SUMMARY ........................................................................................................ viii ÍNDICE ...............................................................................................................ixDE TABLAS ....................................................................................................... xiii DE FIGURAS .................................................................................................... xvii DE ANEXOS .......................................................................................................xx INTRODUCCIÓN ............................................................................................... xvi CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Caracterización del Problema ...................................................................... 23 1.2 Formulación del Problema ........................................................................... 24 1.3 Objetivos de Investigación………………………………………………………. 24 1.3.1. Objetivo General ............................................................................... 24 1.3.2. Objetivos Específicos ........................................................................ 25 1.4 Justificación e Importancia ........................................................................... 25 1.5 Delimitaciones de la Investigación ............................................................... 26 CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes de la Investigacion................................................................. 27 2.2 Bases Teóricas ............................................................................................ 30 2.2.1 Generalidades, Características Botánicas, Agronómicas y Nutricionales del Cultivo del jengibre (Zengiber officinale) ............. 30 2.2.1.1. Generalidades del Jengibre ......................................... 30 2.2.1.2. Características del Jengibre .......................................... 30 2.2.1.3. Clasificacion Taxonomica .............................................. 32 ix 10 2.2.1.4. Caracteristicas Agronómicas ......................................... 32 2.2.1.5. Composición Química ................................................... 33 2.2.1.6. Beneficios del Jengibre ................................................. 35 2.2.2 Los Antioxidantes .............................................................................. 36 2.2.2.1. Generalidades de los Antioxidantes ..................................... 36 2.2.3 Deshidratación Osmótica .................................................................. 46 2.2.4 Fundamentos de la deshidratación osmótica .................................... 47 2.2.5 Empleo de la deshidratación osmótica en frutas ............................... 47 2.2.6 Definición de confitados .................................................................... 48 2.2.7 Sacarosa ........................................................................................... 48 2.2.8 Azúcar Invertido ................................................................................ 49 2.2.9 Panela............................................................................................... 49 2.2.10 Ácido Cítrico .................................................................................... 50 2.2.11 Característica del jarabe para el azucaramiento ............................. 50 a) Calculo de la cantidad de azúcar a utilizar en la preparación del jarabe ........................................................................................... 50 2.2.12 Defectos causas y soluciones en los confitados .............................. 51 a. Fermentación ........................................................................ 51 b. Endurecimiento ...................................................................... 51 c. Obscurecimiento .................................................................... 51 d. Caramelización ...................................................................... 51 e. Arrugamiento ......................................................................... 51 2.2.13 Importancia de la Deshidratación osmótica en la industria .............. 51 2.2.14 Usos................................................................................................ 52 2.3 Bases Conceptuales .................................................................................... 52 2.3.1 El Secado de alimentos ................................................................... 52 A. Ventajas del secado ............................................................. 52 B. Desventajas del secado ......................................................... 52 a. Factores que intervienen en el proceso de secado ................ 52 Transferencia de materia .................................................. 52 Transferencia de energía .................................................. 52 Temperatura del aire ......................................................... 52 Humedad relativa del aire ................................................. 53 Velocidad del aire ............................................................. 53 x 11 El agua en los alimentos ................................................... 53 Humedad .......................................................................... 53 b. Efectos del secado en alimentos ........................................... 54 Valor Nutritivo ................................................................... 54 Color del proceso de secado ............................................. 54 2.4 Hipotesis de la Investigacion ........................................................................ 55 2.4.1. Hipotesis General.............................................................................. 55 2.4.2. Hipotesis de Trabajo (Estadística) ..................................................... 55 2.5 Variables (Operacionalizacion) e Indicadores .............................................. 55 CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de Investigación .................................................................................. 57 3.2. Nivel de Investigación ................................................................................. 57 3.3. Métodos de Investigación ........................................................................... 57 3.4. Diseño de Investigación .............................................................................. 59 3.5. Población y Muestra ................................................................................... 61 3.6. Técnicas, Instrumentos y Procedimiento de Recoleccion de Informacion o datos ................................................................................... 61 3.7. Tecnicas de procesamiento de Informacion y análisis de datos .................. 67 CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Presentación, Análisis e Interpretación de Información o Datos ........... 70 4.1.1 Caracterización Fisicoquímica del Jengibre fresco Orgánico ........... 70 4.1.2 Caracterización Químico proximal del Jengibre fresco Orgánico ..... 70 4.1.3 Caracterización Fisicoquímica del Confitado de Jengibre Órgánico 71 4.1.4 Caracterización Químico proximal del Confitado de Jengibre Órgánico ......................................................................................... 82 4.1.5 Análisis de Regresion del Confitado de Jengibre Orgánico ........... 107 xi 12 4.2 Discusión de Resultados ..................................................................... 115 4.2.1 Referidos al Análisis Fisicoquímico del Jengibre fresco Orgánico .. 115 4.2.2 Referidos a la Caracterización Químico Proximal de la pulpa del Jengibre fresco Orgánico ............................................................... 116 4.2.3 Referidos a la Caracterización Fisicoquímica del Confitado de Jengibre Orgánico .........................................................................118 4.2.4 Referidos a la concentración de jarabe de Panela en diferentes concentraciones para su deshidratación en la obtención del confite de jengibre orgánico ...................................................................... 120 4.2.5 Referidos al efecto de la Osmodeshidratación del Confitado en la Cuantificación de la Vitamina A del Jengibre y Panela ................. 121 4.2.6 Referidos al efecto de la Osmodeshidratación del Confitado en la Cuantificación de la Vitamina B del Jengibre y Panela ................. 122 4.2.7 Referidos al efecto de la Osmodeshidratación del Confitado en la Cuantificación de la Vitamina C del Jengibre y Ácido Cítrico libre de OGM Orgánico ......................................................................... 124 4.2.8 Referidos al efecto de la Osmodeshidratación del Confitado en la Cuantificación de la Capacidad Antioxidante del Jengibre, Panela y Ácido Cítrico libre de OGM Orgánico .......................................... 126 4.2.9 Referidos a la correlación existente entre las concentraciones del jarabe de panela y la variación en la composición nutricional del confitado de jengibre orgánico obtenido ........................................ 128 CONCLUSIONES ............................................................................................ 129 SUGERENCIAS .............................................................................................. 132 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 133 ANEXOS………………………………………………....……………………………139 xii 13 LISTA DE TABLAS TABLA Página 1 Clasificación Taxonómica 32 2 Composición Química del Jengibre 35 3 Operacionalización de las variables de estudio 56 4 Esquematización del diseño experimental a desarrollar en la investigación 60 5 Representación del diseño estadístico DCA con arreglo factorial de 3 x 2, aplicado a la investigación 68 6 Resultados de la Caracterización Fisicoquímica del Jengibre fresco orgánico 70 7 Caracterización Químico Proximal del jengibre fresco orgánico 71 8 Resultados de la Acidez Titulable, del confitado de jengibre orgánico a diferentes concentraciones (°Brix) y temperaturas (°C) de secado 72 9 Evaluación del ANOVA para la acidez titulable vs. Concentración (°Brix) 72 10 Evaluación del ANOVA para la Acidez titulable vs. Temperatura (°C) 74 11 Resultados del pH del confitado de jengibre orgánico a diferentes concentraciones (°Brix) y temperaturas (°C) de secado 74 12 Evaluación del ANOVA para el pH vs. Concentración (°Brix) 74 13 Evaluación del ANOVA para el pH vs. Temperatura (°C) 76 14 Resultados de los Sólidos Solubles (°Brix) del confitado de jengibre orgánico a diferentes concentraciones (°Brix) y temperaturas (°C) de secado 77 15 Evaluación del ANOVA para los Sólidos solubles (°Brix) vs. Concentración (°Brix) 77 xiii 14 16 Evaluación del ANOVA para los Sólidos solubles (°Brix) vs. Temperatura (°C) 79 17 Resultados de la Humedad en % del confitado de jengibre a diferentes concentraciones (°Brix) y temperaturas (°C) de secado 79 18 Evaluación del ANOVA para la Humedad (%) vs. Concentración (°Brix) 79 19 Evaluación del ANOVA para la Humedad (%) vs. Temperatura (°C) 81 20 Resultados de la Capacidad Antioxidante en UI a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 82 21 Evaluación del ANOVA para la Capacidad Antioxidante (UI) vs. Concentración (°Brix) 82 22 Evaluación del ANOVA para la Capacidad Antioxidante (UI) vs. Temperatura (°C) 84 23 Resultados de Vitamina A en UI a diferentes Concentraciones (°Brix) de panela y Temperaturas (°C) de secado 85 24 Evaluación del ANOVA para la Vitamina A (UI) vs. Concentración (°Brix) 85 25 Evaluación del ANOVA para la Vitamina A (UI) vs. Temperatura (°C) 87 26 Resultados de Vitamina B en UI a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 87 27 Evaluación del ANOVA para la Vitamina B (UI) vs. Concentración (°Brix) 87 28 Evaluación del ANOVA para la Vitamina B (UI) vs. Temperatura (°C) 89 29 Resultados de Vitamina C en UI a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 90 30 Evaluación del ANOVA para la Vitamina C (UI) vs. 90 xiv 15 Concentración (°Brix) 31 Evaluación del ANOVA para la Vitamina C (UI) vs. Temperatura (°C) 92 32 Resultados de Grasa en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 92 33 Evaluación del ANOVA para la Grasa (gr) vs. Concentración (°Brix) 92 34 Evaluación del ANOVA para la Grasa (gr) vs. Temperatura (°C) 94 35 Resultados de Fibra en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 95 36 Evaluación del ANOVA para la Fibra (gr) vs. Concentración (°Brix) 95 37 Evaluación del ANOVA para la Fibra (gr) vs. Temperatura (°C) 97 38 Resultados de Cenizas en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 97 39 Evaluación del ANOVA para la Ceniza (gr) vs. Concentración (°Brix) 97 40 Evaluación del ANOVA para la Ceniza (gr) vs. Temperatura (°C) 99 41 Resultados de Carbohidratos en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 100 42 Evaluación del ANOVA para Carbohidratos (gr) vs. Concentración (°Brix) 100 43 Evaluación del ANOVA para Carbohidratos (gr) vs. Temperatura (°C) 102 44 Resultados de Sodio en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 102 45 Evaluación del ANOVA para Sodio (gr) vs. Concentración (°Brix) 102 46 Evaluación del ANOVA para Sodio (gr) vs. Temperatura 104 xv 16 (°C) 47 Resultados de Proteinas en gr a diferentes concentraciones (°Brix) de panela y temperaturas (°C) de secado 105 48 Evaluación del ANOVA para Proteina (gr) vs. Concentración (°Brix) 105 49 Evaluación del ANOVA para Proteina (gr) vs. Temperatura (°C) 107 50 Análisis Fisicoquímico del jengibre fresco orgánico 116 xvi 17 LISTA DE FIGURAS FIGURA Página 1 Cultivo de Jengibre 31 2 Principales Composición Química del Jengibre 34 3 Jengibre, variedad Baby Amarillo 34 4 Ataque de los radicales libres a la célula 37 5 Forma química de la Vitamina A 39 6 Estructura química de la Vitamina B1 40 7 Estructura química de la Vitamina B2 41 8 Estructura química de la Vitamina B3 41 9 Estructura química de la Vitamina B5 42 10 Estructura química de la Vitamina B6 43 11 Estructura química de la Vitamina B7 43 12 Estructura química de la Vitamina B9 44 13 Estructura química de la Vitamina B12 44 14 Forma química de la Vitamina C 46 15 Estructura química de la Sacarosa 49 16 Diagrama de flujo para la obtención del Confitado de Jengibre 66 17 Gráfico de caja de la Acidez titulable vs. Concentración (°Brix) 73 18 Gráfico de caja del pH vs. Concentración (°Brix) 76 19 Gráfico de caja de Sólidos Solubles (°Brix) vs. Concentración (°Brix) 78 20 Gráfico de caja de la Humedad (gr) vs. Concentración (°Brix) 81 21 Gráfico de caja de la Capacidad Antioxidante (UI) vs. Concentración (°Brix) 84 22 Gráfico de caja de la Vitamina A (UI) vs. Concentración (°Brix) 86 23 Gráfico de caja de la Vitamina B (UI) vs. Concentración 89 xvii 18 (°Brix) 24 Gráfico de caja de la Vitamina C (UI) vs. Concentración (°Brix) 91 25 Gráfico de caja de la Grasa (gr) vs. Concentración (°Brix) 94 26 Gráfico de caja de la Fibra (gr) vs. Concentración (°Brix) 96 27 Gráfico de caja de la Ceniza (gr) vs. Concentración (°Brix) 99 28 Gráfico de caja de Carbohidratos (gr) vs. Concentración (°Brix) 101 29 Gráfico de caja de Sodio (gr) vs. Concentración (°Brix) 104 30 Gráfico de caja de Proteina (gr) vs.Concentración (°Brix) 106 31 Evaluación de la Correlación de la Concentración 3 (70 °Brix) vs. Proteina (gr) 108 32 Evaluación de la Correlación de la Concentración 3 (70 °Brix) vs. Vitamina A (UI) 108 33 Evaluación de la Correlación de la Concentración 3 (70 °Brix) vs. Vitamina B (UI) 109 34 Evaluación de la Correlación de la Concentración 3 (70 °Brix) vs. Vitamina C (UI) 110 35 Evaluación de la Correlación de la Concentración 2 (75 °Brix) vs. Proteina (gr). (Tomado del cálculo realizado en el MINITAB 16) 110 36 Evaluación de la Correlación de la Concentración 2 (75 °Brix) vs. Vitamina A (UI) 111 37 Evaluación de la Correlación de la Concentración 2 (75 °Brix) vs. Vitamina B (UI) 112 38 Evaluación de la Correlación de la Concentración 2 (75 °Brix) vs. Vitamina C (UI) 112 39 Evaluación de la Correlación de la Concentración 1 (80 °Brix) vs. Proteina (gr) 113 40 Evaluación de la Correlación de la Concentración 1 (80 °Brix) vs. Vitamina A (UI) 114 41 Evaluación de la Correlación de la Concentración 1 (80 °Brix) vs. Vitamina B (UI) 114 xviii 19 42 Evaluación de la Correlación de la Concentración 1 (80 °Brix) vs. Vitamina C (UI) 115 xix 20 LISTA DE ANEXOS ANEXO Página I Metodología para la Determinación de la Cuantificación de la Capacidad Antioxidante 140 II Metodología para la Determinación de la Cuantificación de la Vitamina A 142 III Metodología para la Determinación de la Cuantificación de la Vitamina B 144 IV Metodología para la Determinación de la Cuantificación de la Vitamina C 148 V NTP 203.105.1985 revisada el 2012 151 VI NTF para Produccion del Confitado de Jengibre Organico 152 VII NOP USDA 153 VIII Determinación de la cuantificación y correlación estadística del confitado de jengibre orgánico mediante el programa Minitab 16 154 IX Flujograma de Prducción del Confitado 161 X Rendimiento de Producción 162 XI Fotografías correspondientes a la obtención del Confitado de Jengibre Orgánico 163 XII Fotografías correspondientes a los análisis de fisicoquímico y químico proximal del jengibre fresco y del confitado 165 xx 21 INTRODUCCIÓN El Perú es un país con una mega biodiversidad extensa de productos y cultivos exóticos y nativos, que dentro de sus componentes existe características nutritivas y farmacológicas, ello depende del factor clima, que en nuestro país existe desde el trópico al frio en sus tres regiones. El clima tropical que tiene la Provincia de Chanchamayo hace que cuente con un potencial en biodiversidad ecológica, como es los rizomas (jengibre), que son raíces comestibles y de alto valor nutricional, que es utilizado en la industria de los alimentos y de la medicina tradicional por su alto valor nutricional; este producto aumenta su valor nutricional al darle un valor agregado, caso del confitado que es un proceso donde utiliza insumos de la producción orgánica como es la panela (azúcar orgánica) y ácido cítrico libre de Organismos Genéticamente Modificados. Los confitados tienen suma importancia en la diversificación de productos agroindustriales, incluyendo las aplicaciones y herramientas tecnológicas, que permitan un desarrollo sensorial en la ingeniería, por ejemplo, proyectos de intercambiadores de calor para el proceso de deshidratado y tanques de mezclado para el proceso de osmosis para un producto agroindustrial. Los estudios son considerados como una herramienta analítica que provee información intrínseca de la estructura de los alimentos y a la vez juega un papel importante en la transferencia de calor en la osmodeshidrtacion. Todos los alimentos confitados poseen propiedades nutricionales de acuerdo a su procesamiento y ello esta influenciado por la temperatura, concentración y estado físico de dispersión del alimento. El proceso para la elaboración de confites viene hacer operaciones de transformación a las cuales se debe procesar la materia prima y el protocolo es: Recepción, Selección y Clasificación, Lavado y Pesado, Pelado, Fileteado, Maceración, Desalado, Pre cocción, Enfriado, Osmodeshidratación, Escurrido y Lavado, Oreado, Empacado, Etiquetado y Almacenamiento (Guevara, 2012). xxi 22 La deshidratación osmótica directa es un metodo tecnológico que se emplea para prolongar la vida útil del producto en sus diferentes características, de manera que evita deterioro y brinda un aspecto físico más aceptable y agradable al publico consumidor. Cada producto osmodeshidratado concentrado con azucar, son dulces por su naturaleza y acidos por la vitamina C, con ello nos brinda la mayor cantidad y calidad de sus propiedades nutricionales como son los Carbohidratos, Proteínas, Fibras, Grasas y vitamina A, B, y C. (Guevara, 2011). La finalidad de la tesis de investigación es evalualar la influencia de la concentración del jarabe de panela y la temperatura de secado, en las características nutricionales del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenido mediante el Método de Osmodeshidratación directa. Tales motivos la investigación plantea dar un valor agregado al jengibre en confite, aplicando la deshidratación osmótica para la obtención del producto final para el ingreso al mercado nacional e internacional. xxii 23 CAPITULO I I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA II. 1.1. Caracterización del Problema El Perú es un país que posee mega variedades de climas que van del trópico al frío en las tres regiones de nuestro país, los mismos que presentan una mega biodiversidad de cultivos desde el tropical hasta lo exótico en toda la Región del País. El clima tropical que cuenta la Provincia de Chanchamayo hace que cuente con un potencial en biodiversidad ecológica, como es los rizomas (jengibre), que son raíces comestibles y de alto valor nutricional, que es utilizado en la industria de los alimentos y de la medicina. Los rizomas contienen un alto valor nutricional como producto fresco, para el sector agroindustrial este producto aumenta su valor nutricional en el proceso del confitado al utilizar insumos de la producción orgánica como valor agregado al producto (caso de la panela y ácido cítrico libre de Organismos Geneticamente Modificados) en términos nutricionales. El jengibre contiene: Carbohidratos, Proteína, Fibra, Grasa y Cenizas como parte nutricional del producto en diferentes porcentajes, al dar un valor agregado estos porcentajes aumentan su valor nutricional en relación a su formulación de producción, siendo un producto de alto valor nutricional y de gran demandad en mercados nacionales e internacionales. El confitado es el proceso mediante el cual se sustituyen en base a los fenómenos de difusión y de ósmosis los líquidos celulares e intercelulares de los tejidos vegetales por un almíbar azucarado (caso de la panela). Este jarabe de panela debe poseer características que permitan, por una parte, que el producto terminado se conserve en sus características fisicoquímicas, químicas y microbiológicas debido 24 a la baja actividad de agua alcanzada y por otra que no aparezcan defectos por las altas concentraciones de azúcar (cristalización). Este tratamiento sustituye los líquidos celulares de los tejidos por la solución y el azúcar puede ingresar fácilmente sin que los trozos se reduzcan de volumen evitando que pierdan su apariencia original y por lo tanto la calidad del producto. (Guevara, 2012) El método de deshidratación osmótica directa es un procedimiento tecnológico que se utiliza para prolongar la vida útil de los productos en sus diferentes características, evitando el deterioro e inclusive brindando una apariencia más aceptable y agradable para losconsumidores finales. Los productos deshidratados por ósmosis, son un dulce natural que brindan salud y una adecuada nutrición, ya que son fuente de Carbohidratos, Proteína, Fibra, Grasa, potasio, calcio y vitamina B, C y E. (Guevara, 2011) Por tales motivos la presente investigación plantea dar un valor agregado al jengibre, como es el Confitado, utilizando la deshidratación osmótica directa como tecnología de obtención de nuevos productos para el mercado nacional e internacional. 1.2. Formulación del Problema ¿Cómo influye las diferentes concentraciones del jarabe de panela y temperaturas de secado en la evaluación de las características nutricionales del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenido mediante el Método de Osmodeshidratación Directa? 1.3. Objetivos de Investigación 1.3.1. General Evaluar la influencia de la concentración del jarabe de panela y la temperatura de secado, en las características nutricionales del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenido mediante el Método de Osmodeshidratación directa. 25 1.3.2. Específicos: − Caracterizar el jengibre (Zengiber officinale) en análisis fisicoquímicos y químicos. − Determinar la concentración del jarabe de panela y temperatura óptima para la producción del confitado de jengibre (Zengiber officinale) orgánico. − Describir el diagrama de flujo adecuado para mejorara el proceso del confitado de jengibre (Zengiber officinale) orgánico. − Determinar el rendimiento del confitado de jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenido en diferentes concentraciones de jarabeo y temperaturas de secado. − Determinar las características fisicoquímicas y químicas proximales del confitado de jengibre (Zengiber officinale) orgánico. 1.4. Justificación e Importancia Las condiciones que se realizan para instalar plantas agroindustriales que den un valor agregado a la materia prima, deben estar sustentadas con trabajos de investigación y estudios económicos para la determinación de la oferta y demanda del producto a comercializar y que exista diferencias técnicas a sus similares. El procesamiento del confitado de jengibre (Zengiber officinale) orgánico, es para aprovechar en forma eficiente los recursos agrícolas existentes en la zona sin dañar el medio ambiente en términos agroindustriales. En el proceso general para la elaboración de los confitados, las operaciones preliminares a la transformación a las cuales se debe someter la materia prima como frutas, tubérculos, raíces, son: recepción, selección y clasificación, lavado y pesado, pelado, fileteado, macerado, desalado, pre-cocción, enfriado, 26 osmodeshidratado, escurrido y lavado, oreado, empacado, etiquetado y almacenado (Guevara, 2012). Todo alimento procesado esta sometido a diferentes cambios de temperatura, iniciando desde la etapa de elaboración, donde pasa por el proceso de transporte y finaliza en el aetapa de almacenamiento, en dichas etapas las condiciones de temperatura que son sometidos los alimentos varian de acuerdo a su producción, por ello es importante conocer las propiedades nutricionales en función a la temperatura y concentración del producto. El confitado en la industria de los alimentos tiene mucha relevancia por el tipo de procesamiento a ello se incluye las aplicaciones tecnológicas. El estudio se considera como una herramienta analítica que proveera información fundamental de la estructura de los alimentos en transferencia de calor de los productos osmodeshidratados. Las propiedades nutricionales de los alimentos osmodeshidratados están fuertemente influenciadas por la temperatura, concentración y estado físico de dispersión del producto. 1.5. Delimitaciones de la investigación. 1.5.1. Delimitación Espacial El estudio se realizó con materia prima de la Provincia de Chanchamayo, cuya temporada del rizoma es todo el año, el experimento se realizo en el laboratorio de instrumentación de la Empresa Industrias Yadira E.I.R.L – Lima. 1.5.2. Delimitación Temporal La investigación de la parte experimental tuvo una duración de 15 meses, se realizó entre los años 2014 y 2015. 1.5.3. Delimitación Cuantitativa El estudio de investigación se utilizo un total de 40 kg de jengibre de la variedad “baby amarilla”, los cuáles fueron divididos de forma equitativa según los indicadores del trabajo de investigación. 27 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de Investigación 2.1.1 A nivel Internacional Meyer y Patrineri (1987), realizaron una investigación de la “Elaboración de Confitados de frutas y hortalizas”, obteniendo como resultados parámetros en la elaboración del confitado que consistió en sumergir la fruta en difrentes jarabes con grado de concentración distinta. Lo cual obtuvo un líquido celular que será sustituido por el jarabe, el confitado debe ser escalonado para inmersión de la fruta en diferentes concentrados, la fruta se encoge y el azúcar se acumula en su exterior y no penetra al interior; con varias pruebas se conoce la concentración deseada y se procede a la inmersión del producto y luego se somete al secado. 2.1.2 A nivel Nacional Rodas y Quezada (2003), en la investigación realizada sobre “Elaboración de confites de frutas de productos explotados y subexplotados”, se determinó el resultado de la concentracion de azúcar en niveles de 70 – 75% de solidos solubles, las frutas enteras o en trozos, tallos, cortezas o verduras, en froma repetitiva o solo una vez, que se identifican por su forma sólida, transparente y brillante. El confite final es producto de intercambio y substitución del agua por azúcar. La concentración será entre 70 y 75%. Por el elevado contenido de azúcar el producto extiende su vida útil de conservación con indicadores de control. El confitado es un proceso de inmersión de fruta, raíces o tuberculos en un jarabe concentrado. La osmodeshidratcion es el reemplazo del liquido en jarabe en un producto sometido a temperaturas de trabajo. La concentración de un confitado es gradual siendo que la materia prima se encoje y al azúcar se acumula en su exterior para luego ingresar, este proceso es la osmosis directa y luego pasa al 28 proceso de secado. El azúcar hace que el producto sea menos acido y mas fácil su consumo. La materia prima debe estar apto en su madurez para su procesamiento. La matria prima blanda se desintegra durante el proceso del confitado por ello no se mezclan diferentes materias primas o insumos en el jarabe de proceso del confitado. Yenque, Lavado, Santos de la Cruz (2008), realizaron un estudio de investigación en el “Proceso de Industrialización a nivel de planta piloto de la oca (Oxalis Tuberosa)”, obteniendo como resultados el tiempo real de secado del tubérculo de 10 días, en este tiempo el contenido de azúcar va ser el mismo, luego se estabilizará en 3.5 ºBrix. Determianndo que a diferentes concentraciones de jarabeo en la inmersión de los cubos de oca, la absorción mínima de la solución es de 75º Brix de concentración. El pH del jarabe se estabiliza con ácido cítrico para mantener el contenido de vitamina C del tubérculo (38mg/100g. de oca). Salazar y Guevara (2002), realizaron una investigación en la “Obtención de Carambola (Averroha Carambola L.) Deshidratada por osmosis”, determinando el diagrama de operaciones donde ingresa la materia prima como es la carambola en madurez intermedia de 5.2 ±1.0 °Brix y 2.5 ±1.0 de pH, lavado y desinfectado, pelado, cortado, deshidratación osmótica, enjuagado, oreado, envasado y almacenado. Estas pruebas de deshidratación con diferentes agente osmóticos como es el jarabe de sacarosa, jarabe invertido, jarabe de glucosa y jarabe de maltodextrina, fueron bajo dos modalidades como es el confitado a temperatura ambientepor 24 horas en una relación de jarabe 1.5: 1.0, respectivamente a concentraciones de 40, 50 y 60 °Brix y el confitado gradual partiendo de 40 °Brix, luego se elava a 50 °Brix y final se eleva a 60 °Brix; estos incrementos de concentración de 10 °Brix es cada 24 horas, en condiciones parametradas. El mejor resultado se obtuvo con jarabe de sacarosa con la concentración de 40 °Brix, 50°Brix y 29 60 °Brix cada uno con 24 horas de inmersion. Con esta formulación se obtuvo muestras optimas para luego pasara a un panel de degustación que calificara la calidad del producto final; este producto se almacena para parámetros y controles fisicoquímicos, microbiológicos y sensoriales. Castillo y Cornejo (2007), realizaron un “Estudio del efecto del Proceso de Deshidratación Osmótica en la Obtención de trozos secos de Carambola (Averroha Carambola L)”, obteniendo como resultados trozos secos de carambola. Los ensayos realizados sirvio para establecer la cinética de deshidratación osmótica a 3 concentraciones diferentes de sacarosa como es 40, 50 y 60 ºBrix y la presión atmosférica. Demostrando que a 50 ºBrix el coeficiente de difusión de sólidos es menor y la pérdida de agua es considerable. El resultado final fue la aplicación de la deshidratación osmótica aumenta la difusión de agua en el proceso de secado disminuyendo el tiempo de proceso, observando un aumento de la monocapa de BET de mayor estabilidad y calidad sensorial en el producto con un secado convencional. Rodríguez y Bastidas (2009), realizaron una investigación en la “Evaluación del proceso de cocción para obtener un confite duro a partir de pulpa de arazá (Eugenia stipitata)”, determinaron el protocolo de producción de un confitado duro de araza utilizando como solución de edukcorante el jarabe de glucosa y jarabe de azúcar invertido, los cuales fueron sometidos a cocción junto a la pulpa para su pos concentracion. En el proceso del confitado se realizo mediciones de temperatura, tiempo de cocción, viscosidad y sólidos solubles. Estas mediciones sirvieron para realizar el balance de transferencia de calor en un tanque agitado obteniendo datos experimentales. El resultado de la formulación para la producción de un confitado duro de arazá fue de 15% de pulpa, 2% de pectina y 85% de solución de azúcar con una relación 1:1 (p/p) de jarabe de glucosa y jarabe de azúcar invertido, el valor 30 promedio del coeficiente global experimental de transferencia de calor fue de 266 W/m2 °C, mientras que el coeficiente global teórico fue 421.8 W/m2 °C, siendo la velocidad del calor transferido en el proceso de 3140 W. 2.2. Bases Teóricas. 2.2.1. Generalidades, Características Botánicas, Agronómicas y Nutricionales del Cultivo del jengibre (Zengiber officinale). 2.2.1.1. Generalidades del jengibre (Zingiber officinale) Es un rizoma de la familia de las zingiberáceas, cuyo tallo subterráneo es horizontal muy apreciado por su aroma y sabor picante. La raíz llega a tener 100 a 90 cm de altura, con hojas largas de 20 cm. El rizoma se utiliza como un condimento y medicamento. Se puede usar fresco, seco y en polvo, jugo y aceite. (Morales, 2007). Crece en todas las regiones tropicales del mundo, las variedades de mayor calidad y precio es de Australia, India y Jamaica, mientras que las más comercializadas se cultivan en China y Perú. (Benavides, 1989). 2.2.1.2. Características del Jengibre La planta nace de un rizoma subterráneo formando pseudotallos con una altura de 50 a 100 cm, su coloración es verde pálido. La raíz tiene un sabor picante que se debe a resinas y a aceites aromáticos. En el contenido de estos rizomas destaca hierro, fósforo y ácido ascórbico. Su forma es Hierba perenne que alcanza un metro de altura, las Hojas son alternas, sésiles, lisas de color verde pálido y lanceolados, muy agudos en el ápice, los Tallos son florales, por lo común sin hojas, más cortos que los tallos de las hojas y llevando escaso número de flores, cada una de ellas rodeada por una delgada bráctea y situadas en las axilas de color amarillo verdoso, que se encuentra http://es.wikipedia.org/wiki/Tallo http://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro 31 apretadas al final del tallo floral formando en conjunto una espiga oblongo aovada, la Flor es asimétrica y presenta un cáliz tubuloso hendido hasta la mitad por uno de los lados; una corola de color amarillo anaranjado compuesta de un tubo dividido en la parte suprior en tres lóbulos oblongo lineales y redondeados en el borde, el Fruto capsula del rizoma son tallos monopodiales, achatados, enteros o divididos como dedos de una mano. Tiene nudos prominentes que son las bases de hojas escamiformes; del lado inferior de los rizomas viejos salen abundantes raicillas. Las capas de corcho son producidas en la epidermis y forman de cuatro a ocho estratos de células de parénquima, alargadas en sentido tangencial, que se renuevan constantemente y dan el aspecto seco y corchoso característico, esta capa debe removerse al preparar el producto comercial. El cilindro central es amarillento y se encuentra separado del anterior por una banda más clara, la endodermis, está constituido por parénquima rico en almidón, también contiene abundante oleorresina. (Morales, 2007). Figura 1. Cultivo de Jengibre. Nota. Tomado de Morales, 2007 32 2.2.1.3. Clasificación Taxonómica Tabla 1. Clasificación Taxonómica Clasificación Taxonomia Reino Plantae División Liliopsida Orden Zingiberales Familia Zingiberaceae Subfamilia Zingiberoideae Tribu Zingibereae Género Zingiber Especie Z. officinale Nota. Tomado de Ariza, 2000. 2.2.1.4. Características Agronómicas Requiere un clima tropical húmedo, con precipitaciones superiores a los 2000mm anuales, es importante su distribución a lo largo del período vegetativo. Temperatura superior a 30°C durante 2/3 del año y una adecuada heliofanía. La provisión de sombra favorece su producción, el suelo no es exigente, pero produce mejor en suelos arenosos, profundos y drenados, ricos en materia orgánica (Galvis, Hernandez. 1993). Su propagación vegetativa es de forma general, pocas veces produce semillas. No se aprecian diferencias morfológicas aparentes entre distintos materiales de propagación, pero varían los rendimientos entre clones diferentes, se precisa alrededor de 1000 a 1300 kg de kion por cada hectárea de plantación los que deben haberse conservados sanos, en lugares frescos y con buena 33 ventilación, en los meses de marzo a mayo son fechas de cosecha según la latitud del sector. La densidad de plantación será de alrededor de 10000 a 12000 plantas/ha (Morales, 2007). Las labores culturales como el deshierbe y el aporque son las principales tareas a realizar en lugares donde las lluvias son escasas e insuficientes donde deberá recurrirse al riego (Hernández, Fernández. 2004). Los rizomas se cosechan cuando la parte aérea se ha secado y antes que se formen fibrosos y duros. El color es amarillo pálido en la parte exterior y amarillo verdoso en su interior, después se lava. Los rizomas comerciales enteros tienen una longitud aproximada de 10 a 13 cm y son de color pardo cuero. A ello se llama manos o dedos por su forma. Para conservas se recogen los rizomas jóvenes y para especia los rizomas maduros (Hernández, Fernández. 2004). 2.2.1.5. Composición química El Jengibre (Zingiber officinale) contiene de 1 a 4% de aceites volátiles, cuya composición varía notablemente según la procedencia, son responsables de los efectos farmacológicos del jengibre, así como de su olor y sabor característicos. Los principales componentes activos son el zingibereno y el bisaboleno, mientras que los principios pungentes se conocen como gingeroles y shogaoles.(Erler J. 1988; Beek van T.A.,1991). Las llamadas sustancias acres, de sabor picante, denominados gingeroles y sogaoles, son fenilalcanonas o fenilalcanonoles no volátiles con cadenas de diferentes longitudes (Harvey D.J., 1981). 34 Figura 2. Principales Composición Química del Jengibre. Nota. Tomado de Harvey D.J., 1981). Figura 3. Jengibre, variedad Baby Amarillo. Nota. Tomado de Morales, 2007. 35 Tabla 2. Composición Química del Jengibre Componentes Cantidad Calorías 347 Kcal Proteínas 9,12 gr. Carbohidratos 70,79 gr. Lípidos 5,95 gr. Agua 9,38 gr. Hierro 11.52 mg. Fosforo 148 mg. Fitoesteroles 83 mg. Calcio 116 mg. Magnesio 184 mg. Vitamina C 7 mg. Vitamina A (rae) 7 mg. Vitamina B 5,16 mg. Nota: Tomado de Morales, 2007. Los lípidos varian de 3,5 a 8,0% y están representados por triacilglicéridos, glicerofosfolípidos, fosfatidilcolina, ácidos grasos libres como el láurico, palmítico, oleico, linoleico, etc (Morales, 2007). 2.2.1.6. Beneficios del Jengibre Es conocido por estimular los jugos gástricos y aliviar los síntomas de gripe y tos, la raíz es de uso medicinal para tratamiento de la dispepsia y síntomas de hinchamiento, acedía, flatulencia y nauseas; su uso es en té muy consumido en China y la India como un digestivo ya que las enzimas catalizan rápidamente las proteínas digestivas en el estómago por lo que dejan poco tiempo para la 36 náusea; el aceite de jengibre tiene compuestos activos los cuales son inhibidores de la biosíntesis de prostaglandinas, lo cual contiene propiedades antioxidantes como el alphatocopherol (Amorín, 1988). 2.2.2. Los Antioxidantes 2.2.2.1. Generalidades de los Antioxidantes En alimentos se ha definido a los agentes antioxidantes como aquellas sustancias que en bajas cantidades actúan previniendo o retardando la oxidación de materiales oxidables como las grasas (Chipault, 1962). El oxígeno desempeña una función de aceptor terminal de electrones durante la respiración celular y constituye como el soporte de la vida, pero también es el punto de partida para un tipo de daño celular conocido como estrés oxidativo que puede provenir de una deficiencia del sistema de defensa antioxidante (Perez G y Perez A. 2000). El antioxidante se define como aquellas sustancias que se presentan o pueden ser extraídas de los tejidos de plantas y animales, aquéllos que se forman durante la cocción o el procesamiento de compuestos alimenticios de origen vegetal o animal. Los antioxidantes naturales se encuentran presentes en todas las plantas, raices, microorganismos, hongos e incluso en los tejidos animales (Brand, Cuvelier y Berset. 1995). Los antioxidantes son moléculas que tienen la propiedad de evitar o prevenir la oxidación con otras moléculas, se produce una oxidación cuando una especie cede electrones a otra y al ganar se reduce, en estas reacciones se pueden producir radicales libres. Los antioxidantes son 37 especies que acaban estas reacciones, inhibiendo algún producto intermedio y oxidándose los mismos (Isabelle, Lim, Koh y Huang. 2010). Radicales Libres Se define como cualquier especie química capaz de existir de forma independiente y que presenta uno o más electrones desapareados en su estructura (Halliwell y col. 1992). Son muy reactivas, tienen una semivida corta y una concentración baja en situación estacionaria, pueden ser catiónicos, aniónicos o neutros y normalmente son muy nocivos para la célula (Anesse, M, Nicolini, C, Massini, R, Lericci, C. 1999). Figura 4. Ataque de los radicales libres a la célula. Nota. Tomado de Anesse, M, Nicolini, C, Massini, R, Lericci, C., 1999. 38 Los radicales libres de oxígeno son compuestos químicos caracterizados por poseer uno o más electrones desapareados, pueden formarse intracelularmente en los peroxisomas, en la cadena transportadora de electrones, durante la fagocitosis, la autooxidación o como interacción de metales de transición como el hierro o cobre con ascorbato o peróxido de hidrógeno (Lee S, Prosky L. 1992). El organismo dispone de sistemas de defensa antioxidante impidiendo la formación de radicales libres, bloqueando su propagación o interaccionando directamente con ellos, integran este sistema la superóxidodismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, glutatión reductasa, ácido úrico, proteínas, glucosa, glutation, grupo sulfhidrilos, el término especies reactivas del oxígeno se observa en la Tabla 7. (Gerald, L. 2007). La vitamina A es un nutriente esencial para el ser humano, se conoce también como retinol ya que genera pigmentos necesarios para el funcionamiento de la retina desempeñando un papel importante en el desarrollo de la visión, especialmente ante la luz tenue, también se puede requerir para la reproducción y la lactancia. El β-caroteno, que tiene propiedades antioxidantes que ayudan a eliminar radicales libres previniendo el envejecimiento celular, es un precursor de la vitamina A (Mohsen E, McKinney K Mohammad, 2009). https://es.wikipedia.org/wiki/Caroteno 39 Figura 5. Forma química de la Vitamina A. Retinol Nombre (IUPAC) sistemático (2E,4E,6E,8E)-3,7-Dimetil-9-(2,6,6- trimetilciclohex-1-en-1-il)nona-2,4,6,8-tetraen-1-ol (Retinol) Nota. Tomado de Mohsen E, McKinney K y Mohammad., 2009. Las vitaminas del grupo B forman un grupo de 8 vitaminas relacionadas con el metabolismo celular, cada vitamina de este grupo cumple una función en el cuerpo humano, por ello la deficiencia de minerales y algunas vitaminas del complejo B pueden ser similares al daño ocasionado por radiación o el producido por substancias químicas en lo que se refiere al daño al ADN. Son hidrosolubles por lo que se pueden perder en el agua de cocción y en caso de tomarse en exceso se elimina por la orina (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Las siguientes vitaminas del grupo B aceptadas y que se encuentran en raíces comestible, tubérculos, levadura de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:All-trans-Retinol2.svg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Retinol_3D_balls.png https://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Internacional_de_Qu%C3%ADmica_Pura_y_Aplicada https://es.wikipedia.org/wiki/Vitamina https://es.wikipedia.org/wiki/Orina 40 cerveza, germen de trigo, carne de cerdo, hígado, riñones, el pescado, el pan integral, la leche y sus derivados, son: La vitamina B1 o tiamina. Es fundamental para el proceso de transformación de azúcares y cumple una importante labor en la conducción de los impulsos nerviosos y en el metabolismo del oxígeno (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 6. Estructura Química de la Vitamina B1. Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. La vitamina B2 o riboflavina. Es un elemento clave en la transformación de los alimentos en energía favoreciendo la absorción de las proteínas, las grasas y los carbohidratos. Se encuentra en su estado natural en levadura seca, el hígado, quesos, huevos, setas, yogur, leche, carne, pescado, cereales, pan integral y verduras cocidas (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Tiamina (Vitamina B1) 41 Figura 7. Estructura Química de la Vitamina B2. Riboflavina (Vitamina B2) Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. La vitamina B3 o niacina. Es hidrosoluble cuyos derivados NADH y NAD+, y NADPH y NADP+, tienen un papel esencial en el metabolismo energético de la célula y de la reparación de ADN. La función del niacina es retirar los productos tóxicos del cuerpo y la producción de hormonas esteroideas, sintetizadas por la glándula adrenal,como las hormonas sexuales y las hormonas relacionadas con el estrés (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 8. Estructura Química de la Vitamina B3. Niacina Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. 42 La vitamina B5 o ácido pantoténico. Es hidrosoluble requerida para mantener la vida formando la coenzima A (CoA) y se considera esencial para el metabolismo y la síntesis de carbohidratos, proteínas y grasas. Su estructura química es una amida entre D-pantotenato y beta-alanina. Su nombre deriva del griego pantothen, que significa ‘de todas partes’, y se encuentran pequeñas cantidades de ácido pantoténico en casi todos los alimentos (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 9. Estructura química de la Vitamina B5. Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. La vitamina B6 o piridoxina. Su función es el crecimiento, conservación y reproducción de todas las células del organismo, su deficiencia causa reducción en la actividad enzimática de la serina hidroximetil transferasa la cual suministra el grupo metileno THF, pero si la disponibilidad de metileno THF es reducida debido a su deficiencia entonces se puede esperar una reducida incorporación de uracilo y consecuentemente daños a nivel de cromosoma (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Ácido pantoténico (Vitamina B5) 43 Figura 10. Estructura Química de la Vitamina B6. Piridoxina (Vitamina B6) Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. La vitamina B7 o biotina. Vitamina H o vitamina B8 es estable al calor, soluble en agua y alcohol y susceptible a la oxidación que interviene en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas, aminoácidos y purinas (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 11. Estructura Química de la Vitamina B7. Biotina Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002. La vitamina B9 o ácido fólico. Indispensable para el sistema nervioso, afecta positivamente a su crecimiento y funcionamiento, así como también en la médula ósea, favorece la regeneración de las células, se encuentra en las espinacas, los berros, las frutas, la zanahoria, el 44 pepino, el hígado, los riñones, el queso, los huevos, la carne y el pescado (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 12. Estructura Química de la Vitamina B9. Ácido fólico Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002. La vitamina B12 o cobalamina. Es hidrosoluble esencial para el funcionamiento normal del cerebro, sistema nervioso y la formación de la sangre, las bacterias y las arqueobacterias tienen las enzimas necesarias para su síntesis. (Sanchez C, Larrauri J, Saura F. 2002). Figura 13. Estructura química de la Vitamina B12. Cianocobalamina (Vitamina B12) Nota. Tomado de Sanchez C, Larrauri J, Saura F., 2002. 45 La vitamina C conocido como ácido ascórbico es antiescorbútica, es un nutriente esencial, la presencia de esta vitamina es requerida para un cierto número de reacciones metabólicas en todos los animales y plantas, creada internamente por casi todos los organismos. Su deficiencia causa escorbuto en humanos y es usado como aditivo alimentario (Huang, Agus, Winfree, Kiss, Mack, McTaggart, Choudhri, Kim, Mocco y Pinsky. 2001). La vitamina C es un potente antioxidante que disminuye el estrés oxidativo por medio de un substrato ascorbato- peroxidasa así como un cofactor enzimático para la biosíntesis de importantes bioquímicos. Esta vitamina actúa como agente donador de electrones para 8 diferentes enzimas los tejidos biológicos que acumulan más de 100 veces el nivel sanguíneo de vitamina C son las glándulas adrenales, pituitaria, timo, cuerpo lúteo, y la retina (Nathens, Neff, Jurkovich, Klotz, Farver, Ruzinski, Radella, Garcia y Maier. 2002). La vitamina C sirve para evitar el envejecimiento prematuro protegiendo el tejido conectivo, facilita la absorción de otras vitaminas y minerales como antioxidante, evita las enfermedades degenerativas como arteriosclerosis, cardíacas, gastrointestinales, disminuye la incidencia de coágulos en las venas, ayuda en los movimientos articulares, acelera el proceso de curación de heridas, lesiones y quemaduras y previene el escorbuto, polio y hepatitis (Nathens, Neff, Jurkovich, Klotz, Farver, Ruzinski, Radella, Garcia y Maier. 2002). 46 Figura 14. Forma Química de la Vitamina C. Nota. Tomado de Mohsen E, McKinney K y Mohanmad S., 2009. 2.2.3. Deshidratación Osmótica Proceso térmico y concentración de un jarabe en un alimento mediante la inmersión del producto en una solución hipertónica, por ejemplo: azúcar, sal, sorbitol o glicerol; se conoce como deshidratación osmótica (Barbosa, y Vega. 2000). Método de conservación que combina tratamientos químicos y físicos que consiste en sumergir la fruta en trozos en una solución de agua con azúcar (jarabe), ello obliga a salir el agua de la fruta, posteriormente el proceso se complementa con el secado con aire caliente, utilizando este método es posible reducir hasta un 50% del peso inicial de la fruta, por cuanto se disminuye el tiempo necesario para el secado con aire lo que representa un ahorro energético, estos productos poseen mejores características sensoriales y nutricionales (Barbosa, y Vega. 2000). Vitamina C Nombre (IUPAC) sistemático (R)-3,4-dihidroxi-5-((S)-1,2-dihidroxietil)furano- 2(5H)-ona 47 2.2.4. Fundamentos de la Deshidratación osmótica directa La difusión es un proceso por el cual dos cuerpos en contacto se van mezclando lentamente por si mismos. Este fenómeno es debido a la energía cinética que tienen las moléculas al tener un contínuo movimiento (Suca. 2007). La osmosis es el fenómeno de difusión de líquidos o gases a través de una sustancia permeable para alguno de ellos. A mayor concentración de solutos en un compartimiento que puede ser una célula mayor será la presión osmótica, es decir mayor será su capacidad de absorber agua de la solución más diluida, el cual está separada por la membrana permeable al agua. (Suca. 2007). 2.2.5. Empleo de la deshidratación osmótica en frutas La aplicación del fenómeno de ósmosis en la deshidratación de frutas se puede lograr debido a que un buen número de frutas, como la fresa, papaya, mango o melón cuentan con elementos necesarios para inducir la osmosis. Estos corresponden a la pulpa, que consiste en una estructura celular más o menos rígida que actúa como membrana semipermeable, ello se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas, donde se hallan disueltos sólidos que oscilan entre el 5 a 18% de concentración. Si esta fruta entera o en trozos se sumerge en una solución o jarabe de azúcar de 70%, se tendría un sistema donde se presentaría el fenómeno de ósmosis (Berlitz y Grosch. 1999). Los jugos en el interior de las células están compuestos por sustancias disueltas en agua como ácidos, pigmentos, azúcares, minerales, vitaminas, etc. Algunas de estas sustancias o compuestos de pequeño volumen, como el agua o ciertos ácidos, pueden salir con cierta facilidad a través de orificios que presentan la membrana o pared celular, favorecidos por la presión osmótica que ejerce el jarabe de alta concentración (Fryer, Robbins. 2005). 48 La presión osmótica será mayor en la medida que sea mayor la diferencia de concentraciones entre el jarabe y el interior de los trozos de la fruta, el efecto de esta diferencia esta en la rapidez con que es extraída el agua de la fruta hacia el jarabe. (Fennema. 1985). La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre a la fruta dependerá de la impermeabilidad de las membranas a este soluto, por lo general los tejidos de las frutasno permiten el ingreso de sacarosa por el tamaño de esta molécula, aunque si pueden dejar salir de la fruta moléculas más sencillas como ciertos ácidos o aromas (Fellows. 1992). En circunstancias como el aumento de temperatura en el proceso de escaldado, la baja agitación o calentamiento del sistema se puede producir ingreso de sólidos hasta un 6 a 10% (Fellows. 1994). 2.2.6. Definición de confitado Es un producto muy rico en calorías de consistencia sólida, transparente y brillante, los mismos que resultan de la impregnación de azúcar hasta niveles de 70 a 75 % de sólidos en frutas, raíces, tubérculos en trozos, en cocciones repetidas o sin ellas (Rodas, Quezada. 2003). 2.2.7. Sacarosa Es un disacárido llamado también azúcar de caña o de remolacha, muy extendido en el reino vegetal, está formada por glucosa y fructosa perdiendo una molécula de agua, se hidroliza fácilmente obteniendo azúcar invertida (Suca, 2007) 49 Figura 15. Estructura Química de la Sacarosa. Nota. Tomado de Suca, 2007. 2.2.8. Azúcar invertido Es una mezcla de partes iguales de dextrosa y levulosa y da como resultado de la hidrólisis de la sacarosa calentándolo en presencia de agua y ácido o tratándolo con enzimas, tiene propiedades de retener la humedad y prolongar la frescura de los sub productos como en repostería, también se usa en forma de jarabes, bebidas, preservadores, y glaseadores (Suca, 2007). 2.2.9. Panela Es un edulcorante obtenido de la concentración a fuego abierto de jugo de la caña de azúcar, su presentación es en sólida o granel, tiene un gran valor nutritivo a diferencia del azúcar blanco, debido en que su procesamiento se conserva la mayoría de los minerales y vitaminas propios de la caña de azúcar, este proceso consiste en exprimir la caña de azucar y extraer el jugo para pasar a una cocción, y elpor el alto grado de temperatura pasa por el proceso de evaporación hasta obtener una miel muy concentrada superior a 90 °Brix, se bate, moldea y enfría hasta su solidificación de los cristales (FAO. 2006). 50 2.2.10. Ácido Cítrico Es un ácido orgánico tricarboxílico que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos como el limón y naranja, su fórmula química es C6H8O7, es un buen conservante y antioxidante natural, que se pueden emplear como insumo alimentario, además es un aditivo eficaz para evitar el oscurecimiento opardeamiento de frutas, raíces y tuberculos. En el organismo el ácido cítrico ingerido se incorpora al metabolismo normal, degradándose totalmente y produciendo energía en una proporción comparable a los azúcares, es inocuo a cualquier dosis presente en un alimento, debido a sus propiedades nutritivas y al aporte de sustancias de acción antioxidante su consumo es muy recomendable para el ser humano (Suca, 2007). 2.2.11. Características del jarabe para el azucaramiento Debe ser líquido y transparente y no debe contener presencia de cristales durante el proceso del confite, con ello se evita la caramelizacion y pardeamiento de la fruta y producto (Suca, 2007). a) Cálculo de la cantidad de azúcar a utilizar en la preparación de jarabes Se usa la siguiente fórmula: (°Bf - °Bi) • (V • di) x = ――――――――――― 100 - °Bf Donde: x = Cantidad de azúcar. °Bf = Grados Brix al que se quiere llegar o final. °Bi = Grados Brix actual o inicial. V = Volumen del jarabe. di = Densidad del jarabe. (Vacas, 1994) 51 2.2.12. Defectos, causas y soluciones en los confitados a. Fermentación. Se origina por la falta de sólidos en el producto final, para evitar este defecto el confite es sometido a un proceso de escaldado (Moreno, 2006). b. Endurecimiento. Se origina debido a la cristalización de la sacarosa en la pulpa de la fruta o corteza, para evitar este defecto se debe emplear ácido cítrico con la finalidad que el producto tenga un 40% de azucares reductores (Moreno, 2006). c. Obscurecimiento. Se origina por bacterias y levaduras, para evitar este defecto se realiza una limpieza en los equipos (Moreno, 2006). d. Caramelización. Se produce por altas temperaturas de trabajo, contaminación con metales o el uso de agentes secuestrantes de metales pesados (Moreno, 2006). e. Arrugamiento. Se produce por falta de escaldado al iniciar el confite con jarabes muy concentrados o por la maduración de la fruta (Moreno, 2006). 2.2.13. Importancia de la deshidratación osmótica en la industria Lograr productos estables con características sensoriales y nutritivas de alto rendimiento. La deshidratación osmótica tiene ventajas en los tratamientos tradicionales de secado de alimentos al someter el producto a temperaturas elevadas lo que permite minimizar cambios en color, sabor, y perdida de vitaminas; así como la reducción de la pérdida de aromas que se presenta durante el secado convencional; con la eliminación del agua se realiza un cambio de estado de la estructura de la fruta y se conserva de mejor forma, lo que está relacionado con la textura del producto; y también la incorporación con la solución osmótica de componentes que pueden controlar el crecimiento fúngico y bacteriano como sorbato y/o ácido cítrico (Moreno, 2006). 52 2.2.14. Usos Los productos osmodeshidratdos se utilizan en la industria de los alimentos como panaderia, pastelería, lácteos, repostería y recetas culinarias (Moreno, 2006). 2.3. Bases Conceptuales 2.3.1. El secado en alimentos Es un método de conservación de alimentos que consiste en reducir a menos del 13% su contenido de agua. El secado se define como un medio de eliminación de agua del producto con temperaturas altas o bajas. Se debe considerar aspectos fundamentales como: temperatura, humedad relativa de aire, velocidad del aire y tiempo de secado (Barbosa y Vega. 2000). A. Ventajas del secado. Reducir el número de microorganismos presentes y patógenos, aumenta la vida útil, reducción del peso y volumen y minimizar costos relativos al transporte (Barbosa y Vega. 2000). B. Desventajas. Coloración que afecta de manera negativa y aumento de humedad por el mal almacenamiento del producto (Barbosa y Vega. 2000). a. Factores que intervienen en el Proceso de Secado • Transferencia de materia. Movimiento de humedad dentro del sólido en función de la naturaleza física, temperatura y contenido de humedad (Ibarz, Barbosa. 2005). • Transferencia de energía. Condiciones externas de temperatura, humedad, flujo del aire, área de exposición y sistema de secado (Ibarz, Barbosa. 2000). • Temperatura del aire. Se considera variables que oscila entre 40 a 70 °C (Ibarz, Barbosa. 2005). 53 • Humedad relativa del aire. Según la presión de vapor de agua presente en ese momento, este valor se expresa como porcentaje a medida que aumenta la temperatura aumenta su capacidad de absorción de humedad, cuando la temperatura disminuye sucede lo contrario y forma costras por ello es importante tener en cuenta las velocidades de flujo de aire (Badui. 1996). • Velocidad del aire. Su función principal es transportar la humedad saliente del material, la velocidad de secado aumenta a medida que incrementa la velocidad de aire que fluye sobre el alimento, a mayor velocidad mayor será la tasa de evaporación y menor el tiempo de secado y cuanto menor sea el espesor de la capa limite más rápida será la remoción de humedad (Chois y Okos. 1986). • El agua en los alimentos. Define las propiedades reológicas, sensoriales y susceptibilidad a las alteraciones por reacciones, un alimento puede expresarse en base húmeda o base seca, la humedad de un alimento es retenida en dosformas, como agua libre o agua ligada que ejerce una presión de vapor de equilibrio menor que la del agua libre a la misma temperatura, la humedad en forma de agua libre podría ser retenida por los capilares finos con el sólido (Vaclavick. 2002). • Humedad. Se define por base seca o base humeda, su fórmula es entoademasa aguademasa Humedad lim = (Vaclavick. 2002). 54 − Humedad base seca (hbs) )¨( 2 ss OH bs masa masa h = mH2O = masa de agua. mss = masa de sólido seco. (Vaclavick. 2002). − Humedad base húmeda (hbh) )¨( 2 2 OHss OH bs masamasa masa h + = mH2O = masa de agua. mss = masa de sólido seco. (Vaclavick. 2002). b. Efectos del Secado sobre los Alimentos. • Valor nutritivo. La disolución de una vitamina depende mucho del proceso térmico al cual es sometido, a medidida que la deshidratación avanza las vitaminas se pierden, por ello se utiliza el acido ascórbico que mantiene disuelto hasta que el contenido en agua sea bajo y reacciona con los solutos a mayor velocidad según sea el proceso progresivo, la vitamina C es sensible al calor y la oxidación por ello los tiempos de deshidratación deben ser cortos, temperaturas bajas y almacenamiento óptimo, el contenido de agua y la concentración de oxígeno debe mantenerse bajo para evitar posibles pérdidas (Bello. 2000). • Color del proceso de secado. Según sea la temperatura y exposición al medio ambiente las características del producto cambian en color y reflectancia, estos cambiios químicos experimentados por los pigmentos derivan del caroteno y la clorofila, que son producidos por calor y oxidación durante la 55 deshidratación, en conclusión a mas tiempo de deshidratación mayor pérdida de propiedades nutricionales (DeMars, Ziegler. 2001). 2.4. Hipótesis de la Investigación. 2.4.1. Hipotesis General Las diferentes concentraciones de jarabeo de panela (70, 75 y 80 °Brix) y las diferentes temperaturas de secado (50 y 60°C) influyen en las características nutricionales del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenida mediante el método de Osmodeshidratación directa. 2.4.2. Hipotesis de Trabajo (Estadística): − Ho: No hay diferencia entre las diferentes concentraciones de jarabeo (70, 75 y 80 °Brix) y temperaturas aplicadas a la deshidrtacion osmótica (50 y 60° C) del jengibre. − Ha: Hay diferencia entre las diferentes concentraciones de jarabeo (70, 75 y 80 °Brix) y temperaturas aplicadas a la deshidrtacion osmótica (50 y 60° C) del jengibre, al menos uno es diferente a los demás. 2.5. Variables (Operacionalización) e Indicadores: Se establecio la operacionalización de la hipótesis y sus variables como se detalla en la Tabla 3. 56 Tabla 3. Operacionalización de las Variables de Estudio. HIPOTESIS VARIABLE DEFINICIÓN INDICADOR UNIDAD FUENTE Y/O INSTRUMENTO Hipótesis General Las diferentes concentraciones del jarabeo de panela (70, 75 y 80 °Brix) y las diferentes temperaturas de deshidratación (50 y 60 °C) influyen en la evaluación del contenido de Vitamina A, Vitamina B y Vitamina C; del confitado de Jengibre (Zengiber officinale) orgánico, obtenida mediante el método de osmodeshidratci on directa. Variable Independiente Concentración Osmótica de Jarabeo de Panela. Temperatura de Deshidratación Osmótica (T°): Concentración: Concentración del Jarabe de panela para la inmersión del alimento. Temperatura: Grado de calor diferentes para la Osmodeshidratación. Concentraciones: 80 °Brix 70 °Brix 75 °Brix Temperatura: 50 °C 60 °C ºBrix °C Brixómetro Termómetro reloj Variable dependiente: Rendimiento Características fisicoquímicas Características químicas. Características Nutricionales Diferencia de pesos de materia húmeda y seca. Método que tiene por objetivo determinar los componentes propios del alimento. Método que tiene por objetivo determinar y examinar los componentes macromoleculares del alimento. Método que tiene por objetivo determinar y examinar los componentes fisiológicos y metabólicos macrosistemicos del alimento. Balance de materia pH, Acidez titulable y sólidos solubles Humedad Grasa. Fibra Proteína. Ceniza Carbohidratos. Capacidad antioxidante: Vitamina A, Vitamina B y Vitamina C. pH °Brix g g g g g g ug mg mg Cálculos físicos – matemáticos pHmetro, Equipo titulador, Brixómetro, Método Estufa y Mufla, Método Kendal, Método Soxhlet. Cromatografía. 57 CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de Investigación El tipo de investigación es Aplicada, consiste en la manipulación de una variable o más, en condiciones rigurosamente controladas, con el fin de describir el modo, o por qué causa se produce una situación o acontecimiento en particular, midiendo el grado de relación existente entre dos o más variables. (Sánchez y Reyes. 2006). 3.2. Nivel de Investigación El tipo de investigación es experimental - correlacional, donde determinará el efecto de diferentes concentraciones y temperaturas en el confitado de jengibre. (Sánchez y Reyes. 2006). 3.3. Métodos de Investigación El procedimiento general utilizado en la investigación fue el método científico; para el procedimiento específico se utilizo el método descriptivo, inferencial y correlacional, porque se investiga las variables en el estudio. 3.3.1. Lugar de Ejecución El estudio de investigación se realizó en el Laboratorio de la empresa Industrias Yadira E.I.R.L – Lima. En la obtención de las características fisicoquímicas, químico proximal de la materia prima y producto final se aplicarán las siguientes metodologías: i. Materia prima (Jengibre) A. Análisis Fisicoquímicos a. pH: método potenciométrico recomendado por la AOAC (1997). 58 b. Acidez: Método por titulación, recomendado por la AOAC (1997) c. Brix: Método brixómetro, recomendado por la AOAC (1997) ii. Análisis Químico-Proximal A. Determinación de humedad: método recomendado por la AOAC (1997). B. Determinación de grasa: método recomendado por la AOAC (1997). C. Determinación de fibra: método recomendado por la AOAC (1997). D. Determinación de ceniza: método recomendado por la AOAC (1997). E. Determinación carbohidratos: Por diferencia, esto es 100% menos el resultado de análisis de los anteriores recomendado por la AOAC (1997). iii. Análisis Nutricional A. Vitamina A: método cromatografía (HPLC), recomendado por la AOAC (1997). B. Vitamina B: método cromatografía (HPLC), recomendado por la AOAC (1997). C. Vitamina C: Método por titulación, recomendado por la AOAC (1997) iv. Producto final (Confitado de Jengibre) A. Análisis Fisicoquímicos a. pH: método potenciométrico recomendado por la AOAC (1997). b. Acidez: Método por titulación, recomendado por la AOAC (1997) c. Brix: Método brixómetro, recomendado por la AOAC (1997). 59 B. Análisis Químico Proximal a. Determinación de humedad: método recomendado por la AOAC (1997). b. Determinación de grasa: método recomendado por la AOAC (1997). c. Determinación de fibra: método recomendado por la AOAC (1997). d. Determinación de ceniza: método recomendado por la AOAC (1997). e. Determinación carbohidratos: Por diferencia, esto es 100% menos el resultado de análisis de los anteriores recomendado por la AOAC (1997). C. Análisis Nutricional
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