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1 Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional. https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ 3 Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA Regional Huila José Antonio Lizarazo Sarmiento Director General (E) Emilio Eliécer Navia Zúñiga Coordinador Grupo de Investigación, Innovación y Producción Académica Dirección de Formación Profesional - SENNOVA Luis Alberto Tamayo Manrique Director Regional Huila Fermín Beltrán Barragán Subdirector Centro de la Industria, la Empresa y los Servicios Edna Carolina Moriones Polanía Líder SENNOVA Grupo de Investigación para el Desarrollo Social y Tecnológico, Regional Huila Centro de la Industria, la Empresa y los Servicios Regional Huila Empaques biodegradables y películas comestibles. EMBIOPEC. Resultados proyecto de innovación Autores Deya Amparo Pérez Zúñiga Ingeniera Agroindustrial Aprendices Gloria Amparo Vargas Reina Tecnólogo en Gestión de Mercado Carolina Trujillo Moreno Tecnólogo en Procesamiento de Alimentos Miryam Patricia Torres Toledo Tecnólogo en Diseño de Productos Industriales Jhosed Hairderne Liscano Martínez Tecnólogo en Producción Multimedia Carlos Alberto Flórez Arias Ingeniero Mecánico Andrés Enrique González Ingeniero Electrónico Catalogación en la publicación. SENA Sistema de Bibliotecas Empaques biodegradables y películas comestibles EMBIOPEC : resultados proyecto de innovación / Deya Amparo Pérez Zúñiga, Gloria Amparo Vargas Reina, Carolina Trujillo Moreno, Miryam Patricia Torres Toledo, Jhosed Halrderne Liscano Martínez, Carlos Alberto Flórez Arias, Andrés Enrique González. – [Neiva] : Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). Centro de la Industria, la Empresa y los Servicios, 2017. 79 páginas : ilustraciones Bibliografía al final de cada capítulo. Contenido parcial: Vigilancia comercial del proceso de transformación integral de la cholupa (Passiflora Malliformis L.) orientados al desarrollo de nuevos empaques ‐‐ Guía de procedimiento de laboratorio: molienda, obtención harinas (cáscara de cholupa) molino de martillos ‐‐ Guía de procedimiento de laboratorio: extracción de pectina – Guía de procedimiento práctica de laboratorio: obtención de un biopolímero. Disponible también en formato digital. ISBN: 978‐958‐15‐0298‐1. 1. Empaques ‐‐ Manufactura 2. Cholupa ‐‐ Subproductos 3. Frutas ‐‐ Subproductos 4. Conversión de residuos agrícolas I. Pérez Zúñiga, Deya Amparo II. Vargas Reina, Gloria Amparo III. Trujillo Moreno, Carolina IV. Torres Toledo, Miryam Patricia V. Liscano Martínez, Jhosed Halrderne VI. Flórez Arias, Carlos Alberto VII. González, Andrés Enrique CDD: 664.8046 Editor: Edna Carolina Moriones Polanía Ingeniera Electrónica Asesor Editorial: Clara Inés de la Roche Bibliotecóloga Corrección de Texto: Julie Alejandra Montoya Falla Comunicadora Social Karol Johanna Jiménez Ramírez Comunicadora Social Fotografías: Jhosed Hairderne Liscano Martínez Tecnólogo en Producción Multimedia Diagramación: Patricia del Pilar Torres Rojas Diseñadora Gráfica ISBN: 978-958-15-0298-1 Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA Para citar este libro: Pérez D., Trujillo C., Vargas G., Torre, P., Flórez C., González, A. (2017) Empaques biodegradables y Películas Comestibles. EMBIOPEC. Resultados Proyecto de Innovación. Neiva, Colombia. Servicio Nacional de aprendizaje, 80 p. Hecho el depósito que exige la Ley. El libro forma parte de los resultados del proyecto de innovación denominado Desarrollo de películas comestibles y recubrimiento para aplicaciones alimenticias a partir de residuos agroindustriales como alternativa de desarrollo de nuevos empaques, con código: 583_2016 – financiado por el SENA (SENNOVA) y ejecutado por integrantes del Grupo de Investigación para el Desarrollo Social y Tecnológico, Regional Huila, código Colciencias COL0149439. Es un producto de distribución gratuita, por tanto está prohibida su venta y comercialización. No se permite la reproducción total o parcial de esta obra, ni su incorporación a un sistema informático, ni su transmisión en cualquier forma o por cualquier medio (electrónico, mecánico, fotocopia, grabación u otros) sin citar la fuente. La infracción de dichos derechos puede constituir un delito contra la propiedad intelectual. Este libro fue impreso en el Centro para la Industria de la Comunicación Gráfica – SENA. Bogotá, Colombia, 2017. 5 8 32 50 TABLA DE CONTENIDO Vigilancia comercial del proceso de transformación integral de la cholupa (Passiflora malliformis L.) orientado al desarrollo de nuevos empaques Construcción de un prototipo funcional automatizado para elaborar películas comestibles a partir de residuos agroindustriales Guía 1. Procedimiento práctica de laboratorio Molienda. Obtención de harinas de cáscara de cholupa 6 Guía 2. Procedimiento práctica de laboratorio Extracción de pectina de la cáscara de cholupa Guía 3. Procedimiento práctica de laboratorio Obtención de un biopolimero a partir de la cáscara de cholupa 58 69 7 8 Vigilancia comercial del proceso de transformación integral de la cholupa (Passiflora malliformis L.) Orientados al desarrollo de nuevos empaques Resumen La cholupa (Passiflora maliformis L.), es una fruta exótica, autóctona y de consumo masivo en el Huila; sin embargo, la comercialización regional, nacional e internacional es incipiente, pues solo se cuentan con registros mercantiles para frutas de la misma familia, como la granadilla, el maracuyá, la badea, la gulupa, lo que dificulta identificar el mercado real a nivel nacional e internacional, y dificulta establecerse en un mercado potencial. Por lo anterior, se desarrolló una vigilancia comercial a la cadena productiva de la cholupa, se exploraron diferentes aspectos de la fruta, a través de los acercamientos con productores, transformadores, comercializadores y otros integrantes de la cadena, con los cuales se obtuvo información integral de los diferentes procesos ligados al mercado, con el fin de generar alternativas de mejoramiento. En la vigilancia se encontró que la producción de cholupa se concentra en pequeñas áreas de producción del norte del departamento, y se orienta principalmente al consumo en forma fresca. El no contar con la certificación en BPA (buenas prácticas agrícolas), ha impedido penetrar en nuevos mercados, lo que ha llevado a que los productores realicen actividades de visibilización en ciudades capitales y desarrollen estancias internacionales para dar a conocer esta fruta. Los procesos de transformación están orientados a la obtención de pulpas y conservas principalmente. Las semillas y cáscaras son utilizadas para alimentación animal o como abono, o en ocasiones son desechadas como basura, ocasionando problemas de contaminación. En el ámbito internacional, existe una tendencia de crecimiento favorable, pues los mercados apetecen la familia de las passifloras por sus diversos usos y propiedades, por lo que es necesario generar procesos de cooperación e inversión en estudios de producción y transformación con los estándares de calidad internacional. Pérez Deya; Vargas, Gloria Grupo de investigación para el desarrollo social y tecnológico, Regional Huila - Semillero de Investigación Investa y Senabiotec 9 Introducción La presente vigilancia forma parte del macroproyecto denominado: Desarrollo de películas comestible y recubrimiento para aplicaciones alimenticias a partir de residuos agroindustriales como alternativa de desarrollo de nuevos empaques - Embiopec busca generar alternativas de uso para los subproductos agroindustriales de la cáscara de cholupa, lo que permite generar opciones de ingresosa los pequeños productores y aportar a la disminución de impactos ambientales. La cholupa goza de un reconocimiento cultural en el departamento del Huila, y resalta su importancia la denominación de origen otorgada por la Superintendencia de Industria y Comercio, mediante Resolución No. 43536 de 2007 (Superintendencia de Industria y Comercio, 2017), El registro ha sido aceptado en el Tratado de Libre Comercio con la Unión Europea, el cual permite a los empresarios, productores y comercializadores la gestión comerciales con programas empresariales que promocionen la fruta y generen procesos de desarrollo en los diferentes niveles de la cadena productiva de la cholupa. Históricamente, según el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2017) la producción ha evolucionado favorablemente a partir del año 2007 para los departamentos de Tolima, Quindío y principalmente el Huila, lo cual se debe posiblemente a su denominación de origen que ha animado a los productores y cooperativas a aumentar sus áreas proyectadas. Sin embargo, a diferencia del maracuyá, la badea, la gulupa y la granadilla, que también pertenecen a la familia de las passifloras, el avance en producción no se refleja en el mercado nacional; el Sistema de Información Precios (SIPSA), 10 del Departamento administrativo Nacional de Estadística (DANE), reporta la variación de precios proveniente de Neiva desde el año 2005 hasta 2007, y desde Corabastos en Bogotá solo desde 2007 hasta 2011 (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2017), Este fenómeno se puede deber a que la oferta transable y la demanda se efectúa en un 95% en el Huila, (Rodríguez, 2014), por lo que es necesario aumentar las proyecciones de dicha producción, para satisfacer una potencial demanda nacional como internacional. En Norteamérica y países europeos la cholupa y las demás passifloras están identificadas con una sola partida arancelaria (granadillas, maracuyá y otras passifloras), por lo que no es posible determinar el destino final. De acuerdo con información de Procolombia (2017), no se cuenta con datos de exportaciones de la cholupa. En la actualidad, la cholupa al igual que otros productos exóticos, atraen la mirada de muchos empresarios y científicos, debido a que cuenta con propiedades físico – químicas que permiten el aprovechamiento de la pulpa, las semillas y las cáscaras. Sus contenidos en pectinas, celulosa, fibras y ácidos naturales, han hecho de la cholupa un producto apetecido para el desarrollo de investigaciones y generación de nuevas tecnologías en materiales de empaque (recubrimientos comestibles y películas comestibles) como respuesta a las tendencias de comercialización global que permiten una mayor distribución y conservación de los alimentos (García-Ramos et al., 2010). Es por ello que esta vigilancia comercial recolecta información de todo el trabajo que realizan dentro de la cadena productiva (por productores, transformadores y profesionales), los cuales generan un aporte y un apoyo en la labor respecto al manejo del producto, la venta, la comercialización y permite identificar el tratamiento que reciben los residuos. Las experiencias y apreciaciones respecto a su aporte para generar mejores oportunidades de producción, transformación y generación de ingresos, de manera responsable. Objetivos: Objetivo general: Realizar vigilancia comercial a la cadena productiva de la cholupa (Passiflora maliformis l) orientada a la obtención de nuevos empaques, en el departamento del Huila. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 11 Objetivos específicos: • Analizar la información recolectada acerca de la passiflora, para determinar el desarrollo competitivo y comercial que permitan tener una visión del producto. • Determinar la situación actual económica para las cáscaras de cholupa en el mercado local, departamental y nacional. • Identificar las posibles alianzas estratégicas con el sector empresarial que permitan impulsar el producto en el sector frutícola del departamento del Huila. Metodología: La vigilancia comercial se desarrolló en los municipios de Rivera y Neiva. Involucró una metodología de tipo cualitativa – cuantitativa, con los productores y transformadores y comercializadores de cholupa. Entidades públicas y privadas como Analdex, Procolombia y el Comité de Productores del Huila, también participaron de este proceso. A continuación, se hace la descripción de las etapas: Revisión de material documental Comprende la exploración y análisis de la documentación existente y la selección de material importante que fue base para la elaboración del material requerido para los instrumentos y obtención de información primaria se revisaron documentos físicos y virtuales de estudios realizados y de material proporcionado por las Instituciones. Diseño de instrumento para obtener información Con el fin de obtener la información y conocer los aspectos productivos, y su percepción en cuanto a reutilización 12 de los subproductos, se diseñó un instrumento; para ello se requirió de fases previas de revisión de los diferentes formatos guía, elaboración de formulario borrador, de una etapa de ajustes y perfeccionamiento del instrumento que involucró una prueba piloto con personas que manejan el tema, lo que permitió disponer de un documento tipo encuesta para los diferentes actores. Visitas de campo y aplicación de instrumentos Se programaron y se realizaron visitas a diferentes productores de la zona, a quienes se visitó en la zona de producción y se les realizó la entrevista. De la misma manera se hizo con los transformadores a quienes se visitó en la empresa de producción. Se realizaron visitas a las diferentes instituciones ubicadas en la ciudad de Neiva, para la aplicación de los formularios. Con algunas entidades, ubicadas en Bogotá, solo se recibió la información secundaria que proporcionaron. El acercamiento con entidades como: CEPASS, Procolombia, Cámara de Comercio de Neiva, Cooperativas, Frucampns y los productores de diferentes veredas del municipio de Rivera (uno de los principales productores del departamento) permitió corroborar información, identificar la producción y tendencias. Análisis de información y generación de alternativas Se realizó un ponderado de las bases de datos obtenidas por las empresas, resultados de las encuestas aplicadas, análisis de la información recolectada, la búsqueda de la empresa dedicada a la recolección de residuos en el departamento, resultado de la búsqueda de las ciudades a nivel nacional que estudian el aprovechamiento de residuos. Resultados Carácteristicasde la cholupa La cholupa se conoce como granadilla de hueso, granadilla de piedra, calabacito de indio, ceibe y cimarrón o parcha cimarrona, especie que se cultiva entre los 0 y 1.200 msnm. Es cultivada en el departamento del Huila, en los municipios de Rivera, Palermo, Gigante y Colombia. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 13 Su producción se genera a los siete meses después de plantado el cultivo y su ciclo de vida, pocas veces supera los cinco años, por la presión de plagas y enfermedades, y está orientada al mercado local y presenta mediana aceptación en otras regiones por la dureza de su cáscara y desconocimiento de la fruta (Ocampo, et all, 2015). Evolución histórica de la producción de la cholupa En el cuadro 1 se observa la evolución de la producción de cholupa para los departamentos del Huila, Tolima y Quindío hasta el año 2014. Se aprecia, que durante el periodo 2007-2014 el del Huila ha mantenido una representatividad porcentual a nivel nacional del 72,14%, el Tolima y Quindío, le aportaron un 27,41 y un 0,40% respectivamente. Se puede determinar que la variación promedio porcentual entre el Huila con relación a las otras dos regiones para la producción de cholupa es del 44,28%, lo quepermite identificar que este departamento ha aportado una producción significativa de cholupa, durante este periodo para el país. Para el año 2007, la producción del Huila obtuvo una un incremento porcentual del 10,06%, lo que cambió hacia el 2009, año en el cual el Tolima presenta una ventaja representativa del 17,2%. Durante los años 2011 - 2012, el Huila tuvo mayor auge en su porcentaje de participación, con un crecimiento del 32,48%; a su vez se evidencian la disminución del mercado de la cholupa para el Tolima con un 32,6%, y Quindío comienza a reportarse dentro del mercado con un 1,30%. 14 Se puede apreciar en el cuadro 1, que en los años 2012 a 2014, Tolima y Quindío dejaron de reportar participación en el mercado de la cholupa; esta disminución en la producción se confirma para el caso del departamento del Tolima, en donde se registró un promedio de producción de 139.327 toneladas (Ton) para el año 2013, y tuvo como proyección de 1.170 Ton para el 2014, lo que indica una disminución del 99,13% de la producción del año 2013; adicional a ello, estos registros de la producción de la cholupa se incluyen en un grupo de otros frutales (anón, la flor de jamaica, el maracuyá, la uchuva, el brevo, la cholupa, y la toronja), a diferencia de la granadilla y la curuba las cuales, siendo también passifloras son reportadas para estos periodos; es importante tener en cuenta que este grupo. (Tolima en cifras 2014, página 5). Distribución de la cholupa en el departamento del Huila De acuerdo con la información reportada en el cuadro 2, se puede apreciar que, en promedio, durante los años 2015 a 2016, los municipios de Rivera, Campoalegre, Neiva y Gigante lideraron la producción en toneladas en el mercado de la cholupa. Sin embargo, al comparar la producción entre periodos, se aprecia una disminución de producción Año Huila Tolima Quindío Ton % Ton % Ton % 2007 1322,8 55,03 1081,0 44,97 - -- 2008 1664,8 60,87 1070,0 39,13 - - 2009 1247,0 41,44 1762,5 58,56 - - 2010 1334,0 56,00 1048,0 44,00 - 0,00 2011 1072,0 65,65 540,0 33,05 21,25 1,30 2012 1112,2 98,13 - - 21,25 1,87 2013 1115,2 100 - - - - 2014 1267,0 100 - - - Total 10135 577,12 5501,50 219,71 42,50 3,17 Promedio 1266,88 72,14 687,69 27,46 5,31 0,40 Cuadro 1. Porcentaje de participación de producción de cholupa a nivel Nacional Fuente: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2017 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 15 en los municipios Rivera (7.54%,), Neiva (0.21%,), y Gigante (0.62%), caso opuesto se puede evidenciar con el municipio de Campoalegre el cual aumentó en un 16.04%, por su parte, La Plata comenzó a registrar participación para el año 2016 con un porcentaje total del 1.34%. En la figura 1, se consolida la información de referencia, para los municipios de mejor representación en el año 2016. Cuadro 2. Porcentaje de participación de la cholupa a nivel local Municipios Producción Ton 201g6 % Producción Ton 2015 % Neiva 115,50 7,39 84,00 7,60 Algeciras 42,00 2,69 40,00 3,62 Baraya 28,80 1,84 32,00 2,90 Campoalegre 352,50 22,56 72,00 6,52 Colombia 28,00 1,79 49,00 4,43 Íquira 22,50 1,44 16,00 1,45 Palermo 14,00 0,90 28,00 2,53 Rivera 810,00 51,83 656,00 59,37 Santa María 10,50 0,67 12,00 1,09 Tello 10,50 0,67 12,00 1,09 Teruel 17,50 1,12 20,00 1,81 16 Municipios Producción Ton 201g6 % Producción Ton 2015 % Teruel 17,50 1,12 20,00 1,81 La Plata 21,00 1,34 - - Altamira 22,50 1,44 24,00 2,17 Gigante 52,50 3,36 44,00 3,98 Suaza 15,00 0,96 16,00 1,45 Total 1.562,80 100,00 1.105,00 100,00 Promedio 104,19 6,67 73,67 6,67 Fuente: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural 2017. Es importante tener en cuenta que la cultura en el consumo de la cholupa por su denominación de origen, por su sabor, características y condiciones favorables de cultivo, pueden favorecer la producción. Sin embargo, situaciones como cambios en el clima, rendimientos de producción, características comerciales, contenido bajo de pulpa aprovechable, entre otros, incidan en que los productores decidan disminuir inversiones en los cultivos. En síntesis, se percibe unas condiciones favorables para la producción de cholupa en el departamento del Huila, lo que ha favorecido la creación de grupos asociativos que fortalecen las estrategias para la participación en el mercado y a su vez generan divulgación de la cholupa a nivel regional y nacional, como es el caso de la Cooperativa Multiactiva Cholupa del Huila. Figura 1. Producción de cholupa en el Huila, 2016 Fuente. MADR, 2014 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 17 La cooperativa cuenta con 30 asociados de los cuales 27 son productores, los cuales se distribuyen entre los municipios de Campoalegre (2), Palermo (1), Gigante (1), Neiva (1), Rivera (22), y tres son transformadores, pertenecientes al municipio de Rivera, según la información reportada por el representante legal de dicha cooperativa (Pascuas, 2017). La realidad de los productores de cholupa A continuación, se describen algunas condiciones especiales identificadas durante las visitas realizadas a productores de cholupa en las zonas de producción de las veredas Llanitos, Riverita y Guadual, pertenecientes al municipio de Rivera (Huila). Cabe resaltar que se escogió este municipio, ya que de los 11 municipios que poseen denominación de origen, Rivera es el más representativo en producción. Adicionalmente, se contó con la participación del representante legal de la Cooperativa Multiactiva de Cholupa del Huila. Labores de cultivo El proceso de recolección de la cholupa es realizado por diferentes trabajadores, llamados comúnmente jornaleros, quienes son habitantes de la localidad, contratados diariamente por los productores durante la cosecha, que generalmente se da cuatro veces al año. Durante la cosecha los recolectores se distribuyen en la zona y realizan un barrido de cholupa que consiste en recoger los frutos del suelo, en canecas plásticas, para ser trasladadas a empaques plásticos, que comúnmente llaman estopa, la cual una vez ha llegado al nivel máximo de capacidad es llevada a un punto de acopio, ubicado en la entrada de la zona de la finca. En esta zona, una 18 persona se dispone a seleccionar y empacar la cholupa en bolsas plásticas, que poseen una perforaciones de un cm de diámetro, hasta lograr una capacidad uniforme, ya que no son medidas por peso; la selección consiste en separar los frutos por color, forma y ausencia de rastros de hongos, hendiduras o defectos físicos; estas características son identificadas por observación directa. Los productores, indican que la pérdida en su cosecha es inferior al 1%; los residuos de cosecha son utilizados como acondicionares de suelos, abono orgánico, comida para los animales, y en la mayoría de casos se mezcla con el desecho producido por los hogares o las pequeñas empresas de transformadores, de hecho, no existe una entidad que se encargue de dar disposición final a los residuos que generan las passiflora. Durante la visita se observó que los jornaleros no presentan indumentaria exclusiva para el desarrollo de la actividad como guantes, botas, overol, entre otros; los recipientes en los que recolectan los frutos no cuentan con labores previas de limpieza y desinfección. Adicional a ello, aunque cuentan con recipientes para la disposición de residuos, no son utilizados porque tanto producto no recolectado como basuras generadas son dejadas en el lugar de trabajo. En el nivel general, se identificó el desconocimiento de las propiedades tanto de la cholupa como de los de los residuos que se generan. Condiciones agroecológicas Los cultivos de la cholupa están distribuidos cerca de los corregimientos y veredas del municipio de Rivera y en lugares alejados a los mismos. Todos presentan la misma problemática de la disposición del agua, condición especialdel mantenimiento de los cultivos; los riegos se establecen por turnos entre productores, o compra de derechos para acceder a la fuente. Otros han establecido sistemas de riego por drenaje cerca de las fuentes de agua. Los productores han vivenciado dentro de sus cultivos las enfermedades que atacan a esta planta como lo son el trips, la mosca sonsa (Dasiops sp), el gusano cosechero (Agroulis sp); uno de los casos más drásticos fue la pérdida obtenida en este cultivo fue aproximadamente de 70% y sus desechos fueron recogidos por los camiones de Ciudad Limpia. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 19 La asociatividad de los cultivadores Con relación a los procesos de asociatividad, algunos productores han logrado consolidar la Cooperativa Multiactiva del Huila a través de la cual han realizado giras a algunos países como Brasil y Canadá, en donde se han llevado muestras de los productos en fresco y transformados en mermeladas, gomas, salsas, entre otros, los cuales son elaboradas por los integrantes de la asociación, cuentan con el acompañamiento de la Asociación Canadiense de Cooperativas ACC, y han recibido apoyo en algunos materiales de trabajo para procesar la pulpa. En la actualidad la asociación ha logrado una producción de 25 Ton/ha – año, sin embargo, no ha sido suficiente para comenzar el proceso de exportación ya que no cuentan con las BPA, ni cumplen con los estándares requeridos para la exportación del fruto. Es por ello que han iniciado actividades que mejoren sus procesos, tendientes a la certificación. Algunos productores que han realizado estudios para la adecuación de terrenos están implementando tecnología en sistemas de riego y protocolos de siembra, buscando cumplir con los estándares exigidos para acceder a la certificación dentro del departamento. Sin embargo, otros no ven como prioritario implementar las BPA dentro de sus fincas, debido al costo de las adecuaciones y las exigencias para el debido cumplimiento con la norma, pues según sus cálculos los gastos superan el retorno de la inversión De acuerdo con los productores, el apoyo recibido por parte de la Gobernación no ha sido significativo y quienes han intervenido en el proceso de ayuda han sido entidades como CEPASS y el Ministerio de Agricultura con quienes han accedido a algunas bodegas de acopio en diferentes municipios, de las cuales los integrantes de la cooperativa tienen algunos cupos. 20 Labores de transformación y comercialización El mercado de esta passiflora aún se encuentra desconocido y su limitante es la comercialización, por lo que empresas como Frucampns y líderes de cooperativas como Arturo Pascuas han iniciado una labor apoyadas en empresas de exportación como Procolombia para presentar la fruta mediante ferias internacionales y exposiciones nacionales. Los resultados obtenidos de este esfuerzo, hasta el momento y mediante convenios con países como España, Dubái, Israel y Canadá han permitido ingresar al mercado de modo tal que la proyección es enviar pectina de cholupa, fruta pulverizada y la pulpa. La transformadora Frucampns afirma que la cholupa es una fruta con la que obtienen poca rentabilidad, ya que del 100% de la compra solo es utilizado el 20%, lo que quiere decir que desperdician un 80%. Estos residuos son donados a las fincas para su uso como abono orgánico y para la alimentación de animales. Entidades relacionadas con la cholupa A continuación se enuncian las empresas dedicadas a estudiar e impulsar la comercialización de las passifloras, las cuales permitieron el acceso a la información referente a la producción, comercialización y transformación. A la vez, plantean algunas condiciones especiales de la cholupa y estrategias para fortalecer la cadena productiva. La Corporación de Cepass, la cual se dedica a desarrollar estudios sobre las passifloras como: recursos genéticos, desarrollo tecnológico del cultivo, recurso de suelo y agua, y ls agroindustria. Entre sus estudios se plantea que la cholupa no presenta el reconocimiento comercial adecuado, ya que no hay conocimiento generalizado sobre su cultivo y producción, como si lo tienen frutas como el maracuyá y la granadilla, los que además cuentan con estrategias para la comercialización y los debidos permisos para participar en el mercado exterior. Procolombia, es una entidad encargada de guiar al empresario en la ruta exportadora, brindando seminarios, capacitaciones, asesorías personalizadas y macrorruedas de negocios, las cuales generan clientes internacionales. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 21 Sobre las exportaciones de la cholupa, expresa debido a que la producción no es representativa, no permite acceder a la codificación arancelaria y se reporta dentro del código otras frutas, lo que puede estar interviniendo en la obtención de información para el proceso del mercado de la cholupa en el exterior. A la fecha Procolombia en el Huila ha tenido un avance con empresarios que desean incursionar en el sector de exportación; han realizado las debidas cotizaciones, acercamientos, pero no se ha podido concretar por temas relacionados con la calidad, puesto que las fincas no tienen registro exportador. Otro factor incidente de dicho registro,es la manera de envió de esta passiflora a otro país, ya que es utilizada para apoyar el proceso de divulgación, sin tener en cuenta el registro dentro de los aranceles. Analdex, es una asociación nacional de comercio exterior, encargada de fomentar y fortalecer la actividad exportadora nacional, con el fin de promover la imagen de Colombia en el exterior, y apoyar el diseño y la ejecución de políticas de exportación de corto, mediano y largo plazo. Esta organización compartió información referente a las passifloras que exportaban junto con las partidas arancelarias con las que exportan estas frutas y los diferentes países de destino para ellas. Cooperativa Multiactiva Cholupa del Huila: se dedica a la producción y comercialización de frutas tropicales con énfasis en cholupa y maracuyá, atiende el mercado regional y local principalmente de Neiva capital del Huila y municipios aledaños a esta población. Cuenta con 33 miembros de los cuales 30 son productores y tres son transformadores, entre los que se encuentra vinculado Fernando Gil, representante legal dela empresa Frucampns, 22 La Cooperativa Multiactiva afirma que en Bogotá no la conocen, pues debieron visitar el Ministerio y entregar muestras. En Nariño se están realizando algunos procesos relacionados con esta passiflora. FRUCAMPNS: Es una empresa que se dedica a la transformación de la cholupa para la obtención de la pulpa sin semilla termoelectropausterizada, con el fin de conservar su color y sabor, organización que está ubicada en la vereda el Arenoso. Fernando Gil, encargado de esta empresa, permitió el acceso a las instalaciones de la organización, la cual cuenta con un área de disposición de residuos donde se realiza la separación de residuos los cuales son monitoreados y registrados, obteniendo porcentajes mediante el pesaje de cáscaras y semillas y se disponen en canecas plásticas; no hay un mayor uso para las cáscaras, ya que en este caso son utilizadas como alimento para las vacas. Esta empresa compartió los residuos generados por la cáscara de la cholupa, contribuyendo a la continuidad de la investigación que se realiza dentro del laboratorio. Procesos de exportación relacionada con la cholupa Para la consolidación de la información relacionada con el comercio exterior, fue necesario cruzar la información que compartieron las empresas Analdex y Procolombia. Como resultado de esta exploración se encontró que debido a la baja producción de cholupa, ésta no cuenta con un registro arancelario exclusivo, es por ello que se involucra en la denominación demás frutas, a diferencia de otras frutas- como el maracuyá, la gulupa, la granadilla - que son passifloras como la cholupa (Procolombia; Analdex, 2017). En promedio, el proceso de comercio exterior de las passifloras se realiza a 19 países. Para generar el proceso de exportación, es necesario clasificar las frutas de acuerdo con los aranceles de las aduanas, código que caracteriza una mercancía en un sistema ordenado de descripción y codificación numérica –nomenclatura de las mercancías- que se basa en el sistema amortizado, asignándoles un valor y acceso a tratamientos preferenciales negociados con el comercio exterior (Procolombia, 2017). Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 23 Cuadro 3. Procesos de exportación de passifloras, año 2016 Productos Paises Ciudad Kilogramo Valor COP Granadilla Gulupa Curuba Países Bajos Países Bajos Países Bajos Antioquia Bogotá- Bolívar Cundinamarca 768.841,4 6.367.222,2 43.758,55 $ 10.351.201.537 $ 77.026.222.491 $ 29.717.765 Maracuyá Francia Antioquia 165.504,43 $ 2.753.752.891 Demás frutas Hong Kong Antioquia 6.746 $ 178.731.831 Fuente: Analdex, 2016. En el cuadro 3, se aprecian que los países tanto europeos como asiáticos son los representativos en cuanto a importación de passifloras; el maracuyá y la gulupa son las frutas más representativas dentro del registro de exportación (Analdex, 2016). Es importante que la Cooperativa identifique estos mercados potenciales para generar alianzas estratégicas que les permita mejorar la producción y cumplir con los estándares de calidad. De la misma manera es necesario que identifique las fortalezas en los departamentos de origen - registrados en las bases de datos-, para que se establezcan las actividades prioritarias en las actividades comerciales. 24 Figura 2. Procesos de exportación, año 2016 Fuente: Analdex, 2016. En la figura 2, se presentan los países que reflejan el registro dinámico de envió entre los años 2012 al 2016, lo que indica que el proceso comercial es constante y se puede contar como referente adicional para identificarlos como países potenciales para a la comercialización de c holupa. Cuadro 4. Procesos de exportación, año 2016 Productos Paises Ciudad Kilogramo Valor COP Gulupa Países Bajos Holanda Bogotá - Antioquia Cundinamarca 712.929,2 13.831.401,5 $10.351.201.537 $77.026.222.491 $29.717.765Alemania Maracuyá Países Bajos Holanda Bogotá - Antioquia Cundinamarca 7389,23 17.735 2.384 1.797 $ 101.188.836 $ 200.646.500 $ 48.693..248 $ 26.946.184 Francia Canada Portugal La anterior información fue corroborada con la reportada por Procolombia, sus registros coinciden tanto en los países de destino como en países de origen, pese a que los registros presentaron diferencias, en los valores totales de producción, Fuente: Procolombia, 2016 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 25 posiblemente, debido a que los reportes se realizaron en diferentes épocas del año. Teniendo en cuenta lo anterior, se puede deducir que los productores para su comercialización a nivel internacional cuentan con apoyo de Analdex y Procolombia, los cuales aportan a un mercado potencial de las passifloras en los mercados de América, Europa y Asia. Uso de los residuos, investigaciones Un estudio realizado por el Departamento Nacional de Planeación (DNP) permite identificar las etapas de desperdicio de la cadena alimentaria, evidenciando el desperdicio que genera el país, es cual es de aproximadamente 9,76 millones de toneladas entre frutas, verduras, cereales, entre otros, lo que equivale a un 34% del total de toneladas de alimentos destinados para el consumo. Por ende, la pérdida general registrada por regiones es de 6,22 millones de Ton y en el centro sur ocupa el tercer puesto con un 9,0% del total de desperdicio de esta región. (DNP, 2016) A nivel nacional la producción de passifloras ha presentado una variación paulatina hacia el crecimiento. Los aumentos en producción se hallan respectivamente en frutas como la granadilla, la gulupa y el maracuyá. Generalmente se consume en fresco; entre el 10% y 15% de las cosechas, orientadas a los mercados extranjeros como Holanda, Alemania, Estados Unidos y Ecuador, donde las frutas son muy apetecidas. En la actualidad se utilizan para la obtención de extracto y aditivos, son fuentes de colorantes naturales y componentes activos para la industria alimenticia y farmacéutica. Estudios científicos y los mercados emergentes han orientado sus investigaciones a la transformación de los 26 subproductos, como las semillas y las cáscaras, para la obtención de diferentes productos de interés como pectinas, compuestos aislados activos, biopolímeros, acondicionadores de suelos, aceites esenciales, nanocompuestos, entre otros, que permiten revalorizar el mercado y adentrar el proceso investigativo que se está llevando a cabo en el departamento del Huila (Cepass Huila, 2015). Acorde con los estudios aplicados a las cáscaras de la especie passiflora, en la cual se evidencia que la cáscara del maracuyá posee cantidades considerables de carbohidratos, fibras y es una buena fuente de proteína, pectina y minerales. El desecho de cáscara de los cítricos es una fuente rica de pectina, que contiene aproximadamente del 20% al 25% de la misma en base seca, por lo que esta tesis ha tenido como objeto el aprovechamiento de los residuos provenientes de las industrias que procesan maracuyá, mediante lo cual se obtuvo pectina con propiedades tecnológicas similares a las existentes en el mercado. (Duran, 2015). Pectina en Polvo de la Cascara de Maracuyá, A orientación del uso de la pulpa de Maracuyá deja como residuos grandes cantidades de cáscara en la industria. Debido a que el jugo en la fruta representa un 30% - 40%, mientras la cáscara se presenta en 50 - 60% y las semillas 10% -15%. El uso común de estos residuos es como alimento para ganado o abono orgánico, debido a que poseen interesantes características nutricionales aprovechables. Conclusiones Los productores del departamento del Huila pueden percibir mayores ingresos al realizar una disposición final de sus residuos, y se aumentan sus posibilidades cuando dichos residuos se convierten en materias primas para la agroindustria alimentaria y no alimentaria, como lo son los empaques y las biopelículas. Los productores de cholupa presentan procesos a los que les falta tecnificación, lo que dificulta las prácticas de implementación de las BPA, debido a los grandes costos de la certificación y esto conlleva a que el retorno de la inversión sea lento. De acuerdo con los registros de Cámara de Comercio, Colombia cuenta con 131 especies de passifloras y los departamentos de mayor producción son Antioquia, Valle Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 27 del Cauca, Meta, Boyacá y Huila. Entre todos concentran una producción de 66,26%. La cholupa no cuenta con partida arancelaria propia, por lo cual es registrada con las demás frutas, lo que dificulta la obtención de información clara de la producción y comercialización promedia de exportación. A pesar de que la cholupa es reconocida y las cooperativas e instituciones relacionadas con sus cultivos realizan esfuerzos con los productores, no son suficientes para lograr el reconocimiento de la cholupa pese a su denominación de origen. Los registros que se encontraron en la producción son variables, ocasionando incertidumbre en los departamentos que inician actividades productiva, situación que disminuye el grado de riesgo. Por ende, al comparar los departamentos, el Huila lidera la producción a nivel local. Los testimonios de los productores, en diferentes periodos, aseguran que dejan de cultivar la cholupa porque deben asumir costos exagerados en los insumos, tiene un ciclo de vida corto y su morfología no es muy agradable en el mercado. La denominación de origende la cholupa no ha generado el valor agregado que este título otorga normalmente. Por lo anterior, es necesario un proceso de orientación tanto de los productores como del gobierno y el apoyo a actividades que fomenten su comercialización, reconocimiento y transformación. Recomendaciones Es conveniente para los empresarios de la cadena productiva de passifloras generar alianzas donde todos tengan participación de la comercialización. Es por ello que las cooperativas deberían armar un canal de distribución exclusivo donde no 28 solo se de a conocer este mercado, sino que además se pueda generar estrategias que impulsen este mercado. Las entidades gubernamentales encargadas del sector agroindustrial deben capacitar a los productores de forma tal que se les permitan unificar la cadena productiva. Desarrollar estrategias para motivar a los productores a implementar BPA dentro de sus fincas, de esta manera generar estatus a la fruta de la región. Glosario Arancel: derechos de aduana (tarifas) que se aplican a las importaciones de mercancías, proporcionando a los productos hechos en el país importador, tengan una ventaja en cuanto a precios con respecto a las mercancías similares que importan otros países. BPA: también llamadas Buenas Prácticas Agrícolas, se refieren a las mejores prácticas utilizadas en la producción agrícola y constan de una serie de prácticas agrícolas con miras a impedir peligros para la inocuidad de los alimentos procedentes del medio ambiente o de la aplicación de métodos agrícolas modernos. Cadena alimentaria: señala las relaciones alimenticias entre productores, consumidores y descomponedores. Denominación de origen: una denominación de origen es el nombre o indicación de un lugar geográfico, que puede ser un país o región determinada, que designa un producto que por ser originario de dicha región y por las costumbres de producción o trasformación de sus habitantes, tiene unas características y/o reputación que lo hacen diferente de los productos semejantes provenientes de otros lugares geográficos. Bibliografía Asociación Hortofrutícola de Colombia, ASOHOFRUCOL (2014). Balances y prospectivas del sector frutícola. Revista 33. Recuperado de http://www. asohofrucol.com.co/archivos/ Revista/Revista33.pdf Asociación Nacional de Comercio Exterior, ANALDEX (2017). Base de datos exportaciones. Recuperado de http://www. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 29 analdex.org/category/publicaciones/legales/boletines- legales/ Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico de las Pasifloras de Colombia – CEPASS (Octubre – Noviembre, 2015). 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Productos con denominación de origen. Recuperado de: http:// www.sic.gov. co/productos-con-denominacion-de-origen Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 31 32 Construcción de un prototipo funcional automatizado para elaborar películas comestibles a partir de residuos agroindustriales Resumen El presente proceso forma parte del proyecto de innovación denominado: Desarrollo de películas comestibles y recubrimientos para aplicaciones alimentarias a partir de residuos agroindustriales como alternativa para el desarrollo de nuevos empaques, en el cual se utilizan como materias primas principales, mezclas de biopolímeros de las cáscaras de cholupa, para garantizar la estandarización del proceso a escala de laboratorio. Se realizó una exploración documental, para acceder a datos e información de la tecnología de los empaques, se desarrolló el proceso de prototipado (elaboración de bocetos, ajustes, diseño, validación), elaboración de cada una de las partes del prototipo para obtener láminas, pruebas de laboratorio para elaboración de mezclas y aplicación a diferentes superficies, escalamiento y aplicación. Se logró construir el prototipo adecuadamente, óptimo para la elaboración de las películas comestibles, las cuales pueden permitir la aplicación con otras mezclas de biopolímeros. Introducción El transporte y conservación de los alimentos que se consumen a diario, demandan el uso de empaques que han sido elaborados para asegurar su protección y garantizar su mejor estado al momento del consumo. Sin embargo, esta misma necesidad desencadena la producción de una cantidad considerable de desechos como resultado de su uso, la mayoría de estos residuos no son biodegradables y causan un impacto ambiental negativo. Esta consideración genera la necesidad de generar alternativas de uso de esta biomasa para procesos y/o productos de bajo costo y alta calidad El presente proyecto plantea el aprovechamiento de residuos agroindustriales que abundan en la región del Huila debido a su riqueza y producción agrícola, los cuales no son utilizados o dispuestos apropiadamente en la obtención de productos biodegradables. Se logró obtener un prototipo Flórez, Carlos; Pérez Deya; Torres, Myriam Grupo de investigación para el desarrollo social y tecnológico, Regional Huila - Semillero de Investigación Investa y Senabiotec 33 funcional para su uso en la fabricación automatizada de elaboración películas y láminas comestibles biodegradables que sean homogéneas, y con características comercialmente apropiadas, que permite garantizar la calidad de las películas, ser productos de grado alimentario. A continuación se describe el proceso que se desarrolló a partir de la metodología Design Thinking desarrollada en el Tecnoparque Nodo Neiva. Antecedentes Las películas comestibles Las películas comestibles constituyen una respuesta de la industria alimenticia como alternativa en el empaque de alimentos, permitiendo conservar sus propiedades nutricionales y disminuyendo el impacto ambiental de los empaques convencionales. Actualmente existen tecnologías para prolongar la vida útil de alimentos frescos, mínimamente procesados. Entre estas tecnologías se destaca el desarrollo y uso de recubrimientos comestibles (rc) o las películas comestibles(pc), los cuales tienen la capacidad de controlar propiedades como la transferencia de agua y gases como oxígeno y dióxido de carbono, controlar la tasa de crecimiento microbiano y conservar las características de los alimentos (Velázquez, y Guerrero, 2014). Procesos industriales con las biopelículas El término película se refiere a los materiales con espesor por debajo de 0.5 mm. Se usan películas delgadas para material de empaque (Grover, 1997). Las películas comestibles son producidas principalmente por casting o usando técnicas de plásticos convencionales como es la extrusión. 34 El método casting o vaciado en placa consiste en la obtención de películas a partir de mezclas de soluciones poliméricas, las cuales son vertidas en placas de una superficie lisa, se dejan secar a temperatura ambiente y posteriormente son desprendidas de la superficie. Su densidad depende de las concentraciones con las que son elaboradas las soluciones (Rutiaga, 2002). Se ha mostrado la posibilidad de transformar biopolímeros bajo condiciones de desestructuración y de plastificación, con los mismos procesos utilizados para los polímeros sintéticos como la extrusión y la inyección. La extrusión es un proceso industrial en el que realiza el moldeado de un plástico haciéndolo fluir de manera continua a través de una boquilla encargada de darle la forma deseada mediante la aplicación de calor y presión. A diferencia del anterior proceso, la inyección no es continua, en esta una cantidad de plástico es depositada en un molde, este se enfría y se retira el objeto moldeado, en donde se realiza una acción de moldeado del plástico, que por flujo continuo con presión y empuje, lo hace pasar por un molde encargado de darle la forma deseada. Los biopolímeros deben pasar por procesos de adecuación para que se puedan someter a los procesos térmicos y sufrir menos daños (Ruiz, 2005). Objetivos Objetivo general Diseñar e implementar un prototipo de máquina para la elaboración de películas comestibles biodegradables a partir de residuos agroindustriales. Objetivos específicos • Obtener y validar los modelos, dimensiones de las piezas y mecanismos del prototipo que se va a implementar a través de modelos a escala y simulaciones. • Diseñar e implementar un controlador electrónico que permita el ajuste de la velocidad de giro del rodillo propulsor, el espesor de las películas y la temperatura de secado. • Implementar el prototipo funcional de la máquina para la elaboración de película comestible. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 35 Metodología La metodología empleada en el desarrollo del prototipo en estudio se conoce como Design Thinking, la cual fue desarrollada por la Universidad de Stanford e IDEO a comienzos de los años 90. Esta se compone de tres fases bien definidas llamadas inspiración, ideación e implementación (Giambalvo, Vance, & Hoffenson, 2017), Actualmente es empleada por la red Tecnoparque del SENA como apoyo para la formulación y ejecución de proyectos planteando un enfoque creativo orientado a la innovación. Para cumplir con el objetivo del presente proyecto, se desarrollaron las siguientes etapas: Exploración bibliográfica. En esta etapa se identificaron diferentes diseños industriales, metodologías, materiales, características de los mismos, procesos y experiencias empresariales, que sirvieron de base para la identificación de posibles modelos del prototipo funcional. Elaboración de bocetos. Se procede a dibujar un posible proceso de laminado, con una lluvia de ideas partiendo de la información del proceso que se desarrolla en la Tecnoparque, con el apoyo de un gestor Tecnoparque. Pruebas de laboratorio. Se desarrollaron pruebas para definir los materiales que se deben usar para la superficie de contacto con las películas a base de biopolímeros, que garanticen la elaboración de las películas. Moldeado virtual. Se procedió a usar el programa de diseño SolidWorks (software CAD diseño asistido por computadora para modelado mecánico en 2D y3D) para elaborar imágenes en 3D y armar el prototipo elaborado en los bocetos. En el software se procedió elaborar cada una de las piezas, con las 36 medidas que se consideró acordes, para obtener las películas, teniendo en cuenta las características, disponibilidad y mejor ajuste. Obtención de partes y mecanizado. Por último, con el diseño, los rodillos fueron mecanizados en el laboratorio de CNC las carcasas fueron fabricadas en la impresora prototipadora 3D que se ubica en el en el Tecnoparque y los rodamientos de precisión fueron adquiridos comercialmente. Diseño e implementación del controlador electrónico Se diseñó un controlador electrónico a partir de un sistema embebido Arduino Uno encargado de controlar las variables de interés del sistema, que para el caso corresponden a la velocidad de giro del rodillo propulsor, la separación entre los rodillos y la temperatura de secado de la película. Para esto fue necesario diseñar una tarjeta de circuito impreso PCB que actúa como interfaz y luego se desarrolló el código de programación que implementa los dos controladores PID requeridos (velocidad y temperatura) junto con las demás funciones de operación. Ensamble. Este proceso consistió en unir cada una de las piezas para armar el prototipo. Requirió del ajuste de ciertos elementos por el grado de exactitud que se maneja y por la disponibilidad de medidas de algunas partes. Pruebas finales y ajustes. Se realizaron ensayos a partir de diferentes mezclas de biopolímeros obtenidos en la Tecnoacademia, encontrando que se puede aplicar a otros productos con características de gelificación. Resultados Proceso de construcción del prototipo Identificación de superficies. Teniendo en cuenta que el biopolímero puede adherirse a la superficie, se prueba que tanto se adhiere la pectina a los diferentes materiales como son el polietileno, celofán, acrílico, teflón entre otros. Se encuentra que la película tiene una adherencia firme en el siguiente orden el teflón, vinilo, polietileno, celofán, acrílico. Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 37 Figura 1. Pruebas de laboratorio. Proceso de adherencia. TecnoparqueDel boceto al modelado. De acuerdo con la exploración bibliográfica en equipo con los gestores de Tecnoparque y del proyecto, se decide usar un sistema de rodillos o laminado el cual permite que las películas tengan un espesor uniforme, y se utiliza menor espacio y tiempo en el proceso, En la figura 2 se identifica el proceso de boceto, y los modelos plasmados en el programa Solidworks. Al elaborar las piezas, con las características específicas de los rodillos, se definió que uno de ellos es fijo con ejes centrales, el otro es excéntrico para poder darle posición al momento de elaborar las películas logrando con este acercar o alejar el rodillo de acuerdo al espesor deseado. Fuente. Este estudio 38 Figura 2. Proceso de boceto y modelado del prototipo Boceto Rodillo con eje central con eje excéntrico Rodamientos Carcaza Modelado en SolidWorks Los rodillos fueron fabricados en Nylon debido al fácil maquinado, costo y rigidez que le da al equipo. Cabe anotar que este material posee un coeficiente de dilatación térmica elevado como la mayoría de los polímeros, por lo tanto el equipo se debe trabajar a temperaturas constantes para evitar deformaciones considerables. El equipo requirió de un par de rodamientos de precisión en los cuales se ajustan unas tapas con ejes excéntricos para dar el posicionamiento requerido para determinar el espesor de la película, como se observa en la figura 3. Figura 3. Rodillos en nylon y rodamientos, fuente los autores Fuente. Este estudio Fuente. Este estudio Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 39 Las carcasas son las cubiertas o piezas sobre lascuales se va a realizar el montaje de los rodillos, las cuales le dan la estabilidad a los rodillos y la forma al prototipo y fueron elaboradas en ABS. Este material posee resistencia mecánica y térmica superiores a las de otros polímeros termoplásticos (Hidalgo, 1988). Figura 4. Carcasas del prototipo elaboradas en máquina 3D, Fuente: Este estudio Construcción del controlador Electrónico Para el desarrollo del controlador electrónico fue necesario fabricar una tarjeta de circuito impreso PCB como interfaz entre el sistema embebido Arduino Uno, los actuadores y sensores, la cual fue diseñada empleando el software CAD Eagle. Para el diseño fue necesario considerar la restricción impuesta por las dimensiones del chasis y la conexión de 40 los sensores y actuadores requeridos para el control de las variables de interés. El controlador cuenta con un display LCD de 2x16 para visualizar las variables controladas y con tres potenciometros que sirven como perillas de ajuste del punto de operación. Actuadores y sensores Para controlar la velocidad de giro del rodillo propulsor se seleccionó el motorreductor metálico 37Dx57L con relación de reducción de 131:1 ver Figura 5, debido a su torque y velocidad de 18 kg-cm y 80 RPM respectivamente, suficientes para manejar la carga correspondiente al peso del rodillo y el material empleado para fabricación de películas. Por otra parte, sus 12V y bajas corrientes de operación facilitan el diseño del controlador por requerir una fuente de alimentación de menor tamaño y menos protecciones que otros motores. Igualmente, este motorreductor viene equipado con un codificador de posición en cuadratura, que permite la ubicación exacta del eje de salida con una resolución de 8.400 conteos por revolución, esta lectura de posición será empleada por el controlador PID de velocidad de giro para ajustarse a la velocidad de operación deseada. Para controlar de manera segura y eficiente el voltaje y potencia suministrados al motorreductor, es necesario emplear un controlador de motor compatible. Para ello se seleccionó el controlador MC33926 (ver figura 6), el cual es producido por el mismo fabricante del motorreductor y recomendado para su uso en conjunto. Figura 5. Motorreductor 37Dx57L. Fuente. Pololu, Robotics & Electronics, 2017 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 41 Figura 6. Controlador de motor DC MC33926. Fuente. Pololu, Robotics & Electronics, 2017 Para controlar la separación de los rodillos se empleó el servomotor estándar de referencia MG996R presentado ver Figura 7, debido a sus dimensiones 40.7 x 19.7 x 42.9 mm, bajo peso 55 g, alto torque 9.4 kgf•cm, amplio rango de voltajes 4.8 V a 7.2V y facilidad de operación. Para su uso solo se proporciona una señal de control con modulación por ancho de pulso (PWM) y la circuitería interna se encarga de generar la realimentación necesaria para su ajuste de posición, produciendo la separación deseada entre los rodillos de la máquina. Figura 7. Servomotor MG669R. Fuente. TorqPro Engine, 2017 42 Finalmente, el control de temperatura para el secado de la película se realiza empleando una resistencia calefactora estándar de 30W encargada de elevar la temperatura cuando es energizada, y un sensor LM35 que permite la lectura de la temperatura actual de la lámina calefactora, para realimentar el controlador PID y poder así ajustar la potencia en la resistencia calefactora hasta obtener la temperatura requerida, ver figura 8. Figura 8. a) Resistencia Calefactora - (b) sensor LM35 Fuente. GeekBot, 2017 El diseño en CAD de la tarjeta PCB se presenta en la figura 9 (a), las dimensiones finales del circuito son 8,5 x 7,4 cm, al validar este diseño se realizó la fabricación en el laboratorio de electrónica y telecomunicaciones de Tecnoparque Nodo Neiva, empleando los equipos para fabricación de PCB: foto plotter, laminadora, cámara de exposición UV, máquina CNC para taladrado y grabadora por aspersión; en la figura 9 (b) se aprecia el resultado de la PCB terminada y en la figura 9 (c) se puede observar el sistema de control completo. Figura 9: (a) Diseño PCB en CAD - (b) ensamble de PCB - (c) Sistema de control completo Fuente: Este estudio Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 43 La tarjeta PCB se integra al sistema embebido Arduino Uno como un escudo (Shield) pensando en el ahorro de espacio y facilidad de conexión de los elementos externos, la programación del controlador se desarrolló en Sketch de Arduino implementando dos controladores PID (Control Proporcional Integral Derivativo) en paralelo mediante programación por polling aprovechando el hecho de la lentitud de las variables controladas (velocidad y temperatura) en comparación con la velocidad de procesamiento del microcontrolador. Para sintonizar los parámetros de los dos controladores PID (velocidad y temperatura) se empleó el método de sintonización manual de Ziegler-Nichols en lazo abierto (Modern Control Systems, 2011), debido a la facilidad de sintonización sin necesidad de contar con un modelo detallado de la planta. La figura 9 presenta un diagrama de funcionamiento del controlador electrónico donde se diferencian los elementos de entrada y de salida empleados. Figura 9. Diagrama controlador electrónico Potenciómetros Velocidad Tempetratura Espesor Codificador cuadratura Sensor de Temperatura Arduino Uno Display LCD Motorreductor Servomotor Resistencia Calefactora Construcción del prototipo El proceso de construcción del prototipo requirió de la disposición de cada una de las partes, posteriormente se armaron y ajustaron las dimensiones, materiales, asimetrías, entre otros, con el fin de tener un alto grado de exactitud. Fuente. Este estudio 44 Se retomaron los bocetos, materiales diseñados en el programa y se reorientaron algunas posiciones para mejorar la distribución, teniendo en cuenta que algunos espacios se redujeron al hacer el empalme entre ellos. Figura 10. Ensamble de las piezas del prototipo Fuente: Este estudio Fuente. Este estudio Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 45 El equipo final que se obtuvo se observa en la figura 10 , y se encuentra en el Tecnoparque Nodo Neiva, el cual cuenta con: Dos rodillos, uno de ellos con un diámetro exterior de 60 mm con un resalto de 25 mm para dar mayor resistencia al eje central de 20 mm y ambos con una longitud de 30 cm. El rodillo excéntrico posee un diámetro exterior de 80 mm, con tapas internas de 40 mm en donde se ubican los ejes de 15 mm de diámetro con un resalto de 17 mm y 30 mm de longitud. Las carcasas como elementos de protección cuentan con una base de 200 mm, altura de 150 mm, base superior de 120 mm, perforaciones para ensamblar los rodamientos de precisión y en una de las tapas o carcasas una extensión de 500 mm para las resistencias eléctricas correspondientes al control de temperatura, que permite manejar los diferentes rangos de temperaturas. Este mecanismo electrónico se plantea sea automatizado. Se realizaron pruebas, las cuales se encuentran en proceso de estandarización, con las cuales se pueden obtener láminas con espesores aproximadamente de 0.3 mm de espesor. Se debe contar con una suspensión altamente viscosa, en el caso del biopolímeros Figura 11. Prototipo final 46 Conclusiones Es posible obtener películas o láminas comestibles de 30 cm de amplitud x 0,3 cm de espesor a partir de mezclas de biopolímeros con el prototipo elaborado en el presente proyecto en el Tecnoparque Nodo Neiva. La dimensión de grosor en las láminas a obtener con el prototipo depende de la amplitud de la base con la que se realiza el laminado. Las superficies que mejor comportamiento tienen frente a las soluciones de biopolímeros al entrar en contacto y secarlo, son en su orden: teflón, vinilo, polietileno,celofán y acrílico. El prototipo construido permite controlar de manera automática el control de velocidad, espesor y temperatura en el momento de laminado. Con la implementación de esta máquina para obtener láminas y películas comestibles, se pueden contar con películas uniformes que cumplan con las normas de estandarización y a la vez que sirvan para hacer las respectivas pruebas de laboratorio. Bibliografía Aguilar, J. (2012). Métodos de conservación de alimentos. México. Ed. Red Tercer Milenio. Baldwin, E., Hagenmaier, R. y Bai, J. (1994). Edible coatings and films to improve food quality. CRC Press. Domínguez F. y Jiménez M. (2012). Películas comestibles formuladas con polisacáridos: propiedades y aplicaciones. Temas selectos de Ingeniería de Alimentos. 6 (2). 110-121. Recuperado http://web.udlap.mx/tsia/ files/2013/12/TSIA- 62Dominguez-Courtney-et-al-2012.pdf Fuente. Este estudio Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 47 Dorf, & R. H. Bishop (2011). R. C., Modern Control Systems. New Jersey: Pearson Groover, M. (1997). Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. 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A continuación se presentan los principales procedimientos y cálculos a realizarse en las prácticas para la obtención de harinas, pectinas y biopolímeros de la cholupa. 50 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila Guía 1. Procedimiento práctica de laboratorio Molienda. Obtención de harinas de cáscara de cholupa Lugar: Tecnoacademia - Neiva Temas: Molienda, cáscara de cholupa, deshidratación Introducción La molienda es una operación unitaria que tiene como objetivo reducir el tamaño y volumen promedio de las partículas de una muestra sólida, la desintegración de trozos y gránulos hasta un determinado tamaño granular comprendido entre límites pre-establecidos. La operación se lleva a cabo por medios mecánicos, Para la molienda se necesita que el sólido tenga de humedad del 8% al 10%. Si el sólido tiene elevada humedad, en lugar 51 de reducir el tamaño, se forma una pasta. Finalmente, de ser necesario, las partículas son separadas por tamaños por medio de un tamizado. Los fines de la reducción de tamaño en la industria son: Facilitar la extracción de un constituyente deseado que se encuentre dentro de la estructura del sólido, como la obtención de harina a partir de granos. Obtener partículas de tamaño determinado cumpliendo con un requerimiento específico del alimento. La molienda es el último de los procesos mecánicos de reducción granulométrica en el que se producen partículas cuyo tamaño es inferior a 8 mm. La molienda permite alcanzar el mayor ratio de reducción de tamaño entre la partícula inicial y final, suponiendo también el mayor consumo energético de los procesos de reducción granulométrica. La molienda proporciona un material que puede manejarse mecánicamente con mayor facilidad, así mismo se disminuye el volumen de almacenamiento que se requiere para el producto. La fineza del alimento molido se designa, por lo general, como gruesa, media o fina. Cuando se tritura una partícula uniforme, después de la primera trituración, el tamaño de las partículas groseras y finas e incluso el polvo es variable, a medida que continua la trituración las partículas mayores reducen su tamaño y homogeniza la muestra. Para el desarrollo de esta operación se utilizan máquinas de molienda, como se nombran a continuación. Trituradores. Para material grueso y fino. Se conocen los trituradores de quijada, giratorios y de rodillos Molinos. Para intermedios y finos. La industria produce molinos de rodillos de compresión, de fricción, de tazón y de rodillo Molinos Revolvedores. Se tienen los molinos de barra y de bolas. Molino de martillos. Se basa en el mecanismo de compresión del material entre dos cuerpos. Consiste de un rotor horizontal o vertical unido a martillos fijos o pivotantes encajados en una carcasa (Romero. 2012). Son utilizados en en industria alimenticia: soja, trigo, arroz, maíz, harinas, pan rallado y cualquier otro producto seco y sólido. 52 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila En esta guía se dan a conocer los procedimientos básicos al personal que use el molino de martillos IKA MF 10 para subuen manejo y mayor beneficio para la obtención de harinas. Datos técnicos: Potencia de entrada/salida del motor: 1000/500 W Rango de velocidad: 3000 a 6500 (min-1) Ciclo de funcionamiento On/Off: 120/30 min Protección de sobrecarga: Sí Velocidad tangencial: 22,5 m/s Tamaño máximo de gránulos de muestra: 15 mm (corte) – 10 mm (impacto) 53 Dimensiones: 320x300x380 mm Peso: 9,7 Kg Figura 1. Molino de martillos, IKA Fuente. Este estudio Objetivos General Orientar al usuario en el uso adecuado del molino de martillos para la obtención de la harina de cáscara de cholupa. Específicos • Realizar descripción básica del equipo, sus características, funcionamiento y cuidado. • Identificar los procesos básicos de molienda. • Reportar los datos para los procesos de molienda. 54 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila Materiales Cuadro 1. Requerimientos Cáscara deshidratada de cholupa Toallas absorbentes de papel reutilizables Alcohol al 70% Bolsas ziploc de diferentes dimensiones Bisturí /Tijeras Cinta de papel adhesiva Recipientes de vidrio Balanza analítica Embudo Bandas elásticas Cronómetro Procedimiento 1. Acceder y utilizar los EPP (elementos de protección personal). 2. Lavar y desinfectar el material de laboratorio a manejar y superficies a utilizar. 3. Nivelar las mesas o superficies a manipular. 4. Estabilizar la balanza analítica para pesos exactos y no erróneos. 55 5. Disponer sobre la superficie a trabajar el cronómetro, calculadora, lápiz/bolígrafo y papel. Pruebas y mediciones 6. Disponer las muestras de cáscara deshidratada. 7. Pesar 15 a 20 gramos de la muestra. 8. Agregar la muestra a la tolva y taparla asegurando un correcto cierre. 9. Comprobar alimentación eléctrica y el enchufe de conexión a la red, entendido este como todo el cableado. 10. Ajustar la bolsa hermética con la banda elástica a la abertura del molino donde se extrae las partes de la muestra ya fraccionada. 11. Encender el mecanismo de operación/encendido del equipo. 12. Girar el rotor para dar inicio a la molienda. 13. NOTA: Cuando la cámara de molienda no está correctamente cerrada, suena una señal acústica, lo que le indica que debe cerrarla correctamente apretando el mando giratorio hasta el tope fijo, no sin antes haber apagado el equipo. 14. Encender nuevamente el mecanismo del equipo. 15. NOTA: Una vez iniciada su marcha el equipo, puede indicar, con un bombillo situado al lado izquierdo “overloading”, que el molino está en sobrecarga, es decir, excesivo material dosificado para moler, lo que causa sobrecalentamiento del motor y este automáticamente se detendrá como acción de protección. Como medida cautelar el equipo se debe apagar para que no sufra mayor impacto el motor. 16. Abrir la cámara de molienda y extraer el material de exceso. 17. Reiniciar el proceso de molienda, no sin antes haber retornado el material a la tolva. 18. Dejar descansar el equipo por un periodo mínimo de 30 minutos, si el motor se encuentra caliente debido al uso continuo. 56 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila 19. Retomar el proceso de molido. 20. Pesar la cáscara molida. 21. Almacenar las cáscaras molidas en envases de vidrio, preferiblemente, a temperatura ambiente garantizando una buena protección contra la humedad, el oxígeno y agentes contaminantes. Reporte de resultados 1. Diligenciar los cuadros anexos y la siguiente información: Peso inicial promedio de la cáscara de cholupa: ____ Peso final promedio: ____ 57 Cuadro 2. Registro de la toma de datos Número de ensayo Peso inicial Peso final % rendimiento Material particulado Tiempo de trabajo Tiempo de espera 1 2 3 Nota: Hacer pruebas por triplicado que el experimento tenga validez experimental Bibliografía Earle. R. (1988). Operación unitaria molienda. Ingeniería de los alimentos. Las operaciones básicas del proceso de los alimentos. Recuperado https://drive.google.com/file/ d/0B_QjWxk7Q3z0Ni1zZ1BWV2VrdkU/view IKA. (2016). Manual de uso Molino fino MF 10 Basic, IKA. p. 38 -49. McCabe, W., Smith J. y Harriot P. Reducción de Tamaños. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. [En línea]. Editorial McGraw-Hill. ISBN: 84-481-1918- 5.1998. Recuperado de https:// ingenieriapetroquimicaunefazulia. files.wordpress. com/2011/05/operaciones-unitarias-a.pdf Romero, M. (2012). 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Son particularmente abundantes en los tejidos de las plantas suaves bajo condiciones de rápido crecimiento y altos contenidos de humedad y son producidas y depositadas durante el crecimiento de la pared celular. La mayoría de pectina presente en las frutas cítricas y en diferentes vegetales, se encuentra en forma de un complejo Guía 2. Procedimiento práctica de laboratorio Extracción de pectina de la cáscara de cholupa Lugar: Tecnoacademia - Neiva Temas: Procesos de extracción de componentes pécticos en alimentos 59 insoluble llamado protopectina, la cual es conocida por diferentes autores como la combinación de pectina y celulosa, dicha combinación le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua (Álvarez, 2007). Los residuos orgánicos se han convertido en fuente de materia prima para la obtención de productos, y para el caso de la pectina se ha tenido éxito con las cáscaras a partir de cítricos, como es el caso de las passifloras como la maracuyá y la cholupa. En el presente procedimiento se presentan actividades para la extracción de la pectina de la cáscara de la cholupa, debido a que esta representa más del 50% de la fruta y se han encontrado numerosas propiedades en ella. Marco teórico Las pectinas La pectina es un coloide por excelencia que pertenece al grupo de los polisacáridos y que tiene la propiedad de absorber una elevada cantidad de agua. Se encuentra en la mayoría de los vegetales como la naranja, la toronja, el limón y el limonzón. La pectina se deposita principalmente en la pared primaria y en la lámina media, siendo los tejidos mesenquimáticos y parenquimáticos ricos en dicha sustancia, teniendo la función de cemento intercelular. (D’ Addosio R. et al. 2005). Cuadro 1: Cantidad de pectina de diferentes frutos. Fruto Pectina (%) Cítricos 20-35 Manzana 10-15 Girasol 15-25 Remolacha 10-20 Maracuyá 15-20 Fuente: Herbstreith y Fox (2005) La pectina está conformada por varios carbohidratos como lo son la ramnosa, la arabinosa y la galactosa. Por lo general la galactosa y la arabinosa se encuentran en las cadenas laterales 60 Resultados Proyecto de Innovación SENNOVA 2017 - Regional - Huila unidas a la cadena principal formando ramificaciones, mientras que la ramnosa forma parte de la cadena principal. (Álvarez, 2007). Figura 1. Estructura molecular de la pectina Fuente: Álvarez, 2007 Las pectinas tienen propiedades físicas, como el tiempo de gelificación y químicas como el contenido de metoxilo, contenido de ácido de galacturónico, grado de esterificación y viscosidad;
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