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Estudio de las caractersticas de rehidratacin de inulina en
polvo obtenida por el
mtodo de secado por aspersin a partir de Agave atrovirens
Karw.
Clave CGPI: 200597
Direccin: Dra. Liliana Alamilla Beltrn
Alumnos Tesistas:
Ulises Ramn Morales Durn
Roco Martnez Torres
Alumnos PIFI :
Alaide Jimnez Segura
Alumnos S.S :
Andoni Palacios Barranco
Profesores Participantes:
Dr. Jorge Chanona Prez
Coordinador de Programa:
Dr. Gustavo Fidel Gutirrez Lpez
INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS
BIOLGICAS
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RESUMEN El maguey representa una atractiva fuente de
fructooligosacridos (FOS), importantes
como polmeros de reserva energtica en la planta. Estos
componentes resultan de
inters en la Industria alimentaria, debido a sus atributos
funcionales y sus efectos
benficos en la prevencin de enfermedades cardiacas, el cncer,
colesterol, obesidad,
osteoporosis y diabetes, entre otras. El propsito de sta
investigacin fue obtener un
producto deshidratado con alto contenido de fructooligosacridos,
a partir del jugo de
maguey (Agave atrovirens Karw) mediante un proceso de secado por
aspersin, para lo
cual se parti del mtodo de extraccin descrito para alcachofa,
probando temperaturas
de extraccin de 40, 60, 70 y 80 C. Una vez que se obtuvieron los
extractos se
determin la concentracin de FOS realizando una hidrlisis de los
extractos mediante
maltasa, amiloglucosidasa e inulinasa y se determin la cantidad
de azcares liberados
por la inulinasa usando el Mtodo de Ting. El jugo obtenido de la
extraccin se clarific
con adicin de una suspensin de Ca(OH)2 y Al2(SO4)3 como agente
floculante a varias
concentraciones, posteriormente se decant, se filtr y se evapor
al vaco hasta una
concentracin final de 20% de slidos. El jugo evaporado y
clarificado se deshidrat en
un secador por aspersin con una alimentacin de 1.2 L/h y un
flujo volumtrico de aire de
0.02 m3/s y evaluando las siguientes temperaturas de
entrada/salida del aire de secado:
90 C / 50 C, 120 C / 104 C, 150 C / 125 C, 180 C / 150 C y 200 C
/ 150 C. Una
vez obtenido el producto a diferentes temperaturas de secado se
evaluaron las siguientes
caractersticas: dimetro medio de partcula, morfologa de la
partcula y algunas
caractersticas relacionadas con la calidad del producto obtenido
(humedad,
humectabilidad y densidad empacada). Como resultado, se
establecieron las condiciones
especficas (temperatura ptima y mtodo de clarificacin) para el
proceso de extraccin y
purificacin, as como, la influencia de la temperatura de
deshidratacin del jugo obtenido
del Agave atrovirens Karw con las caractersticas de calidad,
morfologa y contenido de
FOS del producto deshidratado.
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1. INTRODUCCIN
El maguey de pulque tpico o maguey manso, cuyo nombre cientfico
es Agave atrovirens
Karw, perteneciente a la familia de las Amarilidceas, es una
planta de raz fibrosa con
tallo corto y grueso; sus hojas, cuyo nmero vara de 30 a 50,
presenta longitudes desde
1m hasta 2.5 m y su ancho es de aproximadamente 30 cm, son muy
gruesas y angostas
cerca de la base, y se distribuyen muy juntas en torno del tallo
formando una roseta
(Loyola, 1956).
En varios vegetales como el maguey, la alcachofa y algunos
tubrculos y races se
encuentran fructooligosacridos como polmeros de reserva
energtica. Estos
componentes son generalmente lineales y estn compuestos de D-
fructosa unidas
mediante enlaces glucosdicos ? (2,1) (Badui, 1999).
La inulina es el fructooligosacrido ms difundido. Su hidrlisis
total produce, adems de
fructosa, de 5 a 6 % de molculas de glucosa que se considera se
encuentra en los
extremos de la cadena; debido a que las furanosas que contienen
(fructosa) hacen que la
inulina sea muy lbil a la hidrlisis enzimtica con inulinasa , se
ha sugerido usarla
como fuente para la obtencin comercial de fructosa de alta
pureza (Badui, 1999).
La inulina y la oligofructosa tienen muchos atributos
funcionales interesantes que
son de utilidad en la formulacin de alimentos en la actualidad y
posiblemente con
una tendencia hacia el futuro. El consumidor actual esta
conciente de su salud y
demanda alimentos con buen sabor as como bajos en grasa y
caloras, con
beneficios a la salud adicionales. Los principales problemas de
salud de los que la
sociedad est consciente son las enfermedades cardiacas, el
cncer, el colesterol
alto, obesidad, la osteoporosis y la diabetes. La inulina y la
oligofructosa son
ampliamente usadas en los alimentos funcionales a travs del
mundo por sus
propiedades promotoras de la salud (Kaur y Gupta, 2002). Se han
realizado
estudios que reportan la presencia de inulina (polmero de
fructosa con una unidad
terminal de glucosa, que contiene ms de 90% de fructosa) en los
agaves como el
polisacrido de reserva ms abundante (Martnez del Campo, 1999).
Entre las
numerosas especies y variedades pertenecientes al gnero de los
agaves que existen en
nuestro pas, se destacan por su importancia econmica el grupo de
los magueyes que se
cultivan para la produccin del aguamiel, con la cual se elabora
el pulque (Loyola, 1956).
Por lo general el maguey alcanza las condiciones apropiadas para
la obtencin de
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aguamiel en un periodo que va de 8 a 12 aos, y en ocasiones
hasta 20, dependiendo de
las condiciones de cultivo, el clima, el suelo y la variedad del
maguey (Martnez del
Campo, 1999). Debido a que la floracin en los magueyes
cultivados se presenta entre los
8 y 12 aos, el desarrollo de los hijuelos lleva de 2 a 4 aos, y
el tiempo en el que el
maguey alcanza las condiciones apropiadas para la obtencin de
aguamiel es de 8 a 12
aos, el proceso para la obtencin de aguamiel del agave pulquero
es tardado. (Loyola,
1956 y Martnez del Campo, 1999).
Por lo anterior, el propsito principal de este trabajo es
establecer un proceso mediante el
cual se obtenga un producto de importancia industrial como son
los fructooligosacridos a
partir de la deshidratacin del jugo de Agave atrovirens Karw en
un tiempo de desarrollo
de la planta menor que aquel requerido para su ocupacin en la
elaboracin del pulque.
Adems se plantea tambin una metodologa de extraccin,
clarificacin y deshidratacin
del jugo para su aprovechamiento, al utilizar las pencas y el
corazn para la obtencin del
producto deshidratado deseado en conjunto con el aguamiel que es
la materia prima
principal que se obtiene de este tipo de agave (Loyola,
1956)
2. MATERIALES Y MTODOS
2.1 Obtencin y caracterizacin de la materia prima
Se obtuvieron pencas de Agave atrovirens Karw, colectadas del
Municipio de Contepec
en el Estado de Michoacn. Se seleccionaron pencas de Agaves con
edades entre 7 y 9
aos, aproximadamente. Para la caracterizacin de la materia
prima, se tomaron 5
pencas del mismo agave, de la parte ms externa hacia el centro.
Se tom una
submuestra de aproximadamente 10 g de la base de cada penca y se
mantuvo en hielo
para su transporte y en congelacin a 70 C en un ultracongelador
[Thermoforma, USA,
Modelo 916] hasta su uso para la determinacin de
fructooligosacridos, con el fin de
evitar la hidrlisis parcial de estos por accin enzimtica o
microbiolgica. Las pencas se
procesaron dentro de los dos das subsecuentes a la toma de
muestra para evitar la
deshidratacin excesiva o hidrlisis total de los fructanos.
2.2 Mtodos
2.2.1 Anlisis qumico proximal
Consisti en la determinacin de humedad, cenizas, extracto etreo,
protenas y extracto
libre de nitrgeno, de acuerdo a los mtodos sealados a
continuacin.
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5.2.1.1. Determinacin de contenido de humedad (AOAC 7.003)
2.2.1.2 Determinacin de Cenizas (AOAC 31.013)
2.2.1.3 Determinacin de Extracto Etreo (AOAC 7.056)
2.2.1.4 Determinacin de Protena Total. Mtodo de
Kjeldahl-Gunning-
Arnold modificado (AOAC 2.057)
2.2.1.5 Determinacin del Extracto Libre de Nitrgeno
Esta determinacin se obtuvo por diferencia del total menos la
suma de los otros
componentes mediante la siguiente formula:
% ( )EECenHPELN .%%%%100 +++-= -------- ( 1 )
ELN = Extracto Libre de Nitrogeno
%Cen = porcentaje de cenizas
%E.E = porcentaje de Extracto Etreo
%H = porcentaje de humedad
%P = porcentaje de protena
2.2.1.6 Determinacin de fibra soluble e insoluble por el mtodo
enzimtico-
gravimetrico (AOAC 985.29)
2.2.1.7 Elaboracin de curvas de tipo para la determinacin de
azcares reductores totales, glucosa y fructosa por mtodo
colorimtrico (Ting, 1956).
2.2.1.7.1 Curva tipo de azcares reductores totales
Se prepararon soluciones de glucosa de concentracin conocida
(0.02, 0.04, 0.06, 0.08,
0.10, 0.12 y 0.14 g/ 100mL). Se colocaron 0.1 mL de cada solucin
en tubos de ensaye
por triplicado y se aadieron 0.5 mL de reactivo de ferricianuro
de potasio (el cual se
prepar disolviendo 80 g de carbonato de sodio anhidro y 39.73 g
de fosfato de disodio
anhidro en 425 mL de agua destilada, posteriormente se agregaron
2 g de ferricianuro de
potasio y se afor a 500 mL) . Se calentaron los tubos en un bao
de agua a 92 C por 10
minutos. Transcurrido ese tiempo se enfriaron en un bao de agua
a 20 C. Se sacaron
del bao y se agreg a cada tubo 1 mL de cido sulfrico 2N y se
agitaron hasta que no
se observ desprendimiento de gas. Posteriormente se aadieron 0.4
mL de reactivo de
arsenomolibdato de sodio (el cual se preparo disolviendo 25 g de
molibdato de amonio
tetrahidratado con 21 mL de cido sulfurico concentrado,
posteriormente se agregaron 5 g
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de arsenato de disodio heptahidratado en 25 mL de agua) y se
agitaron nuevamente. Se
agregaron 8 mL de agua para diluir y se agitaron hasta completa
homogenizacin.
Finalmente se ley la absorbancia de las soluciones a 515 nm en
un espectrofotmetro
(Beckman UV- vis), ajustndolo a cero con un blanco de reactivos.
Se obtuvo el factor K
para la determinacin de azcares totales.
2.2.1.7.2 Curva tipo de glucosa y fructosa
Se prepararon soluciones de glucosa (0.02 a 0.14 g/ 100mL) y
fructosa (0.02 a 0.14 g/
100 mL), a los que se les aadieron 0.5 mL de ferricianuro de
potasio y se incubaron a 55
C por 30 minutos. Transcurrido ese tiempo se enfriaron en un bao
de agua a 30 C y
se procedi con la adicin de los dems reactivos de acuerdo al
procedimiento descrito en
el punto 5.2.1.7.1. Se obtuvieron los factores kf, kg y Q para
la determinacin de glucosa y
fructosa.
2.2.1.7.3 Validacin de la curva tipo
Para comprobar la confiabilidad de la curva tipo se procedi a
elaborar una solucin
patrn de sacarosa hidrolizada para cuantificacin de azcares
totales, glucosa y fructosa.
Se pesaron 237.5 mg de sacarosa y se aforaron a 25 mL con agua
destilada, se tom
una alcuota de 20 mL de la solucin y se le aadieron 2 mL de HCl
concentrado,
lentamente y con agitacin. Se incub en un bao a 70C por 30
minutos con agitacin
cada 5 minutos para la hidrlisis total de la sacarosa.
Transcurrido ese tiempo se
aadieron 2 mL de NaOH 10N para neutralizar y se ajusto el pH a
6.5 +/- 0.5 con NaOH
0.3N. La solucin obtenida se afor a 100 mL con agua destilada.
Se prepararon
diluciones de esta solucin con concentraciones finales de 0.02,
0.04, 0.06, 0.08, 0.10,
0.12 y 0.14 g azcares reductores/ 100 mL. Se procedi a
determinar la cantidad de
azcares reductores totales, glucosa y fructosa de acuerdo al
procedimiento descrito en
los puntos 5.2.1.7.1 y 5.2.1.7.2, usando 0.1 mL de cada dilucin
preparada. La cantidad
de azcares reductores, fructosa y glucosa se obtuvo para cada
dilucin.
2.2.1.8 Determinacin de azcares libres y fructooligosacridos en
las muestras
(Mtodo AACC 32- 32 modificado).
2.2.1.8.1 Preparacin de las muestras
Se pesaron 10 g de muestra fresca y se maceraron en un mortero.
Se transfiri la muestra
cuantitativamente a un vaso de precipitados y se aadieron 80 mL
de agua a 80 C. La
muestra se mantuvo a 80 C y con agitacin constante por 15
minutos. Transcurrido este
tiempo se dejo enfriar a temperatura ambiente y se transfiri
cuantitativamente a un
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matraz aforado y se completo el volumen a 100 mL con agua
destilada. Se filtro la
solucin por papel Wathman No. 1.
2.2.1.8.2 Determinacin de azcares reductores, glucosa y
fructosa
libres
a) Azcares reductores totales libres. Se tom 0.1 mL del extracto
obtenido en la
seccin 5.2.1.8.1 por triplicado y se trasfiri a tubos de ensaye.
Se aadieron 0.5 mL de
ferricianuro de potasio y se incubo a 92 C por 10 minutos.
Transcurrido ese tiempo los
tubos se enfriaron en un bao de agua a 20 C y se procedi como se
describe en la
seccin 2.2.1.7.1. Los azcares reductores se calcularon mediante
la frmula descrita en
la seccin 2.2.1.7.3
b) Fructosa y glucosa libres. Se tomo 0.1 mL del extracto
obtenido en la seccin
2.2.1.8.1 por triplicado y se transfiri a tubos de ensaye. Se
aadieron 0.5 mL de
ferricianuro de potasio y se incub a 55 C por 30 minutos.
Transcurrido este tiempo, los
tubos se enfriaron en un bao de agua a 20 C y se procedi como se
describe en
2.2.1.7.1. La fructosa y la glucosa se calcularon por las
frmulas descritas en la seccin
2.2.1.7.3.
2.2.1.9 Determinacin de glucsidos y sacarosa en la muestra.
2.2.1.9.1 Hidrlisis con maltasa y amiloglucosidasa
Se tom 1 mL del extracto obtenido en la seccin 2.2.1.8.1 y se
transfiri a un tubo de
ensaye. Se agregaron 3.8 mL de regulador de maleatos (0.1 M, pH
6.5), 0.1 mL de
maltasa (Sigma G3651) y 0.1 mL de amiloglucosidasa (Sigma
A9913). Se incubo a 40 C
por 30 minutos con agitacin para la hidrlisis total de la
sacarosa, maltosa y almidn.
Transcurrido ese tiempo se enfriaron los tubos en un bao de agua
a 20 C. Se prepar
un blanco de reactivos para eliminar la interferencia causada
por las enzimas.
2.2.1.9.2 Determinacin de azcares liberados por maltasa y
amiloglucosidasa
Se tomaron 0.1 mL del hidrolizado obtenido en la seccin
2.2.1.9.1 y se procedi como en
2.2.1.8.2.
2.2.1.10 Determinacin de fructooligosacridos en la muestra
2.2.1.10.1 Hidrlisis con inulinasa
Se tom 1 mL del hidrolizado de la seccin 2.2.1.9.1 y se
transfiri a un tubo de ensaye.
Se aadieron 0.9 mL de regulador de acetatos (0.1 M, pH 4.5) y
0.1 mL de inulinasa
(Sigma I2017 ). Se incubo a 40 C por 20 minutos. Transcurrido
ese tiempo, se enfriaron
los tubos en un bao de agua a 20 C. Se preparo un blanco de
reactivos utilizando 1 mL
del blanco preparado en la seccin 2.2.1.9.1.
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2.2.1.10.2 Determinacin de azcares liberados por inulinasa.
Se tomaron 0.1 mL del hidrolizado de la seccin 2.2.1.10.1 y se
procedi como se
describe en 2.2.1.8.2.
2.2.1.11 Validacin del mtodo de determinacin de azcares en las
muestras.
Para comprobar la confiabilidad del mtodo se prepararon
soluciones patrn de inulina
(Fluka, 57614) de 54 mg/ 10 mL y maltodextrina (Amidex 20- D) de
54 mg/ 10 mL y se
procedi a determinar glucsidos (junto con azcares libres) como
en el punto 2.2.1.4 y
fructooligosacridos como en el punto 2.2.1.10.
2.2.1.12 Determinacin de pH, % de Slidos solubles (Brix) y
Acidez titulable
(Rojas, 2001)
Los slidos solubles (Brix) se determinaron en un macerado de 10
g de muestra
utilizando un refractmetro (Atago,Japn, Brix 0 32%).
Para la medicin de pH se tomaron los 10 g de muestra macerada y
se agregaron 20 mL
de agua pH 7 y se midi el pH en un potencimetro [Corning, UK,
modelo 430].
Para la acidez titulable se pesaron 10 g de muestra y se
molieron con 200 mL de agua, se
aforo a 250 mL y se filtro por papel Wathman No.1. Se tom una
alcuota de 10 mL del
filtrado por triplicado y se titul con NaOH 0.01 N utilizando
fenolftaleina como indicador.
2.2.2 Extraccin y clarificacin del jugo de maguey
Para la preparacin del jugo se procedi a determinar la
temperatura ptima de
extraccin.
2.2.2.1 Determinacin del contenido de azcares extrados a
diferentes
temperaturas
Se pesaron 10 g de muestra por triplicado y se molieron con 20
mL de agua. Se procedi
a calentar las muestras a 40 C con agitacin por 15 minutos para
la extraccin de
fructanos. Posteriormente se dejo enfriar a temperatura
ambiente, y se centrifug a 5000
rpm por 10 minutos. Se separ el precipitado y el sobrenadante y
a este ltimo se le
determin contenido de fructanos mediante el mtodo descrito en
los puntos 2.2.1.4 y
2.2.1.10 respectivamente. Se repiti el
procedimiento con temperaturas de extraccin de 60, 70 y 80
C.
2.2.2.2 Determinacin de actividad enzimtica de los extractos en
funcin de la
temperatura de extraccin.
Se preparo una solucin patrn de inulina de 150mg /100 mL como
sustrato para la
reaccin enzimtica. Se tom una alcuota de 1 mL de la solucin por
triplicado y se
coloco en tubos de ensaye. Se agregaron 0.9 mL de regulador de
acetatos y se preincubo
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a 40 C por 5 minutos. Trascurrido este tiempo se aadi a cada
tubo 0.1 mL del
sobrenadante obtenido en el punto 2.2.2.1 a 40 C y se incub a
40C por 5 minutos
exactamente. Posteriormente se colocaron los tubos en un bao en
ebullicin por1 minuto
y se transfiri inmediatamente a un bao con hielo por 1 minuto
para inactivar las enzimas
presentes en el sobrenadante. Se procedi a cuantificar la
inulina hidrolizada como
azcares reductores por el sobrenadante mediante el mtodo
descrito en el punto
2.2.1.8.2. Se repiti este procedimiento con los extractos
obtenidos a 60, 70 y 80 C.
2.2.2.3 Determinacin de las condiciones de clarificacin.
Se pes 1 Kg. de muestra y se moli con 1 L de agua a 80 C. Este
jugo se mantuvo a 80
C y con agitacin por 15 minutos para la extraccin de los
fructanos. Posteriormente se
filtr por manta de cielo para eliminar las fracciones gruesas
del jugo. Se tomaron 100 mL
del jugo filtrado y se coloc en una parrilla con un agitador
magntico a 400 rpm. Se
procedi a calentar la muestra a 75C y en este momento se
adicionaron 0.3 mL de una
suspensin de hidrxido de calcio (33 g/ 100mL) y se verific que
el pH alcanzara 6.5,
registrado con papel indicador. Sin detener la agitacin se
procedi a calentar a 80 C por
1 minuto. Posteriormente se transfiri el vaso de precipitados a
otra parilla sin
calentamiento y con agitacin a 60 rpm, inmediatamente despus se
adicionaron 0.1 mL
de hidrxido de calcio y 6 mL de una solucin de sulfato de
aluminio (1 g/L) y se mantuvo
la agitacin por 5 minutos, tiempo despus del cual, se detuvo la
agitacin y se dej
reposar el jugo por 2 horas. Posteriormente se midi la altura
del precipitado formado.
Este experimento se repiti variando las cantidades de sulfato de
aluminio adicionado. Se
prob la adicin de 8, 10, 12 y 14 mL y en cada caso se midi la
altura del precipitado
formado.
2.2.3 Secado por aspersin del jugo de maguey
2.2.3.1 Acondicionamiento del jugo para su deshidratacin
Se extrajo el jugo de maguey y posteriormente se clarific de
acuerdo a lo mencionado en
la seccin 2.2.2.3. Se midieron 500mL de jugo ya clarificado y se
procedi a evaporar
dicho jugo hasta una concentracin aproximada de 20Brix,
utilizando un rotavapor [Buchi,
Mxico, modelo R-200/205]. A las siguientes condiciones:
Temperatura del bao de
calentamiento = 60 C; Temperatura del agua de enfriamiento = 0
C;Presin absoluta =
75 mbar. Tiempo aproximado de evaporacin = 1 hora 30 min / 500mL
de jugo.
Para el proceso de evaporacin se procedi de la siguiente manera:
la presin del equipo
fue disminuyendo lentamente hasta alcanzar 75 mbar de presin
absoluta y el matraz que
contiene el jugo se fue sumergiendo lentamente en el bao de agua
a 60 C de
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temperatura, hasta que se alcanz la estabilidad del sistema. Una
vez evaporado el jugo
se filtr por algodn, para eliminar partculas grandes.
2.2.3.2 Deshidratacin del jugo de maguey
El material previamente acondicionado se deshidrat aplicando el
mtodo de secado por
aspersin. Se utiliz un secador por aspersin experimental
(SPAGA9601, IPN, Mxico)
(Alamilla, L., 2004). Este secador opera con un aspersor tipo
boquilla neumtica de doble
fluido y en flujo paralelo. El jugo de maguey se sec por
aspersin a cinco diferentes
temperaturas de operacin (entrada/salida del aire de secado),
las cuales se mencionan
en el cuadro 4. La alimentacin del jugo fue de 1.2 L/h y el
flujo volumtrico de aire fue de
0.02 m3/s en todos los casos. Por otro lado, con el fin de
realizar un anlisis comparativo
de los fructooligosacridos existentes en el Agave, se procedi a
deshidratar una solucin
de inulina comercial (Raftiline GR, granulado, 92 % de inulina,
8% de glucosa, fructosa
y sacarosa y DP= 10) al 20% (p/v), a una temperatura de
entrada/salida del aire de
secado de 150/125 C. La alimentacin de la solucin de inulina
comercial se realiz a 1.2
L/h y con flujo volumtrico de aire de 0.02 m3/s. Los polvos
obtenidos del secador por
aspersin, se conservaron en bolsas con sello hermtico para su
posterior estudi.
Cuadro 4. Temperaturas de secado del jugo de maguey
2.2.4 Anlisis de partculas del polvo deshidratado
Una vez realizada la deshidratacin del jugo de maguey mediante
el secado por
aspersin, a las condiciones mencionadas en la seccin 2.2.3.2, se
procedi a tomar
muestras del polvo deshidratado, para su anlisis correspondiente
de distribucin de
tamaos y tamao medio de partcula y anlisis morfolgico
cualitativo. Estos estudios se
Prueba Temperatura
de entrada del
aire (C)
Temperatura
de salida del
aire ( C)
Temperatura
del aire a la
descarga( C)
1 90 50 70
2 120 104 70
3 150 125 76
4 180 150 84
5 200 150 70
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llevaron a cabo mediante la aplicacin de microscopia ptica y
electrnica de barrido,
siguiendo el procedimiento de la seccin posterior.
2.2.4.1 Distribucin y tamao medio de partcula
Cada muestra se coloc en un portaobjetos y se cubri con un
cubreobjetos. Preparada la
muestra, se coloc en el microscopio (Axiophot 1 de Carl Zeiss)
con objetivo 40 X e
iluminacin de campo claro, teniendo como aumentos totales, 400X.
Con el fin de realizar
un anlisis del tamao medio de la partcula (Alamilla y col.,
2005), se midi el dimetro
de partcula mediante un software llamado Programa de Captura y
Anlisis de Imagen
(KS400 versin 3.0)en cada una de las imgenes obtenidas y
posteriormente se realiz
el anlisis correspondiente a la distribucin de tamao de partcula
de cada muestra.
2.2.4.2 Descripcin morfolgica de partculas
Se procedi a tomar una muestra del material en polvo y se
observaron a 1500 x por
medio de un microscopio electrnico de barrido [JEOL, modelo
JBM-5900LV]. (Alamilla y
col., 2005). A partir de la captura de imgenes, se procedi a
realizar un anlisis
cualitativo del tipo de morfologa desarrollada por las partculas
en cada de las
condiciones de operacin.
2.2.5 Caractersticas de calidad del producto seco
2.2.5.1 Determinacin de humedad del polvo
Se tomaron muestras del polvo de maguey deshidratado y se
procedi a determinar el
contenido de humedad de cada una de las muestras. El anlisis se
realiz mediante un
mtodo termogravimtrico utilizando una termobalanza (Brainweigh,
modelo MB300) de
acuerdo al mtodo AOAC 32.1.02 (AOAC, 1995).
2.2.5.2 Determinacin de la densidad empacada del producto
deshidratado
Se pes una probeta de 10mL vaca registrando el peso de la misma,
posteriormente se
llen con el polvo de maguey hasta el nivel de los 10 mL. Esta se
golpea sobre una
superficie plana 100 veces desde una altura de 5 cm, para que el
polvo se empaque
dentro de la probeta, finalmente se vuelve a pesar la probeta
con el polvo para obtener la
masa de polvo empacada dentro de la probeta y as determinar la
densidad empacada de
cada muestra (Jumah,2000).
2.2.5.3 Determinacin de la humectabilidad del producto
deshidratado (Niro
Atomizer, 1978)
Se pes un gramo de polvo de maguey y se coloc en un vaso de
precipitados de 40 mL.
El contenido se vaci en un vaso de 500 mL con 100 mL de agua
destilada desde una
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altura de 15 cm del nivel del agua y se tomo el tiempo para que
el polvo se hidratara
completamente y no se observara polvo seco en la superficie del
agua.
2.2.5.4 Determinacin de la cantidad de fructanos en el producto
deshidratado.
Se pesaron 200 mg de polvo y se disolvieron en 10 mL de agua
destilada. Se elabor una
dilucin 1:5 y se determinaron fructooligosacridos como en los
puntos 2.2.1.4 y 2.2.1.10.
2.2.5.5 Anlisis estadsticos empleados.
Se evalu si las determinaciones qumicas (azcares reductores,
glucosa, fructosa, pH,
Brix y acidez) realizadas para cada muestra presentaban
diferencia estadsticamente
significativa a un nivel de probabilidad de 0.05% mediante
anlisis de varianza (Bowker,
1972).
3. RESULTADOS Y DISCUSIN
3.1 Anlisis qumico proximal
En el cuadro 5 se puede observar que el componente mayoritario
de la materia prima es
agua, ya que esta presenta un contenido de humedad muy elevado,
cercano al 90%.
Cuadro 5. Composicin de Agave atrovirens Karw
Los resultados son promedio de tres determinaciones error
estndar
Experimentalmente, pudo observarse que no hubo una gran variacin
en cuanto al
contenido de humedad entre penca y penca de las muestras
analizadas, lo cual implica
que las muestras se encontraban en condiciones adecuadas para su
extraccin y ninguna
Determinacin % Base hmeda % Base seca
HUMEDAD 87.41 0.8 -----
CENIZAS 0.43 0.02 3.39
EXTRACTO ETEREO 0.21 0.01 1.67
PROTEINAS 0.32 0.01 2.51
FIBRA INSOLUBLE 3.35 0.08 26.63
FIBRA SOLUBLE 0.36 0.02 2.86
ENN (por clculo) 7.92 0.09 62.94
-
13
de ellas haba sufrido alteraciones significativas que
modificaran la cantidad de sus
componentes presentes. La humedad de las muestras es un parmetro
variable que
depende de factores que afectan a la planta, tales como la
estacin o la poca del ao.
Este parmetro tambin puede reflejar el tiempo que la muestra ha
estado separada de la
planta despus de que se llev a cabo el corte de la misma (Rojas,
2001)
El componente siguiente en cantidad se refiere al contenido de
extracto no nitrogenado.
Este se refiere a sustancias que principalmente se catalogan
como carbohidratos. Dentro
de este porcentaje se deben encontrar los FOS, dado que aunque
estos componentes
son un polmero indigerible y pueden ser considerados como una
fibra soluble, el mtodo
para la cuantificacin de fibra soluble de la AOAC no los detecta
como tal (Hoebregs,
1997). Puede observarse que la proporcin de fibra insoluble es
ms alta que la de fibra
soluble. La fibra insoluble se compone de materiales celulsicos
que le dan resistencia a
la planta, y esta cantidad de fibra es lo que dificulta el
manejo del material debido a que
evita la facilidad para cortarlo, as como para acondicionarlo
fcilmente (Rojas, 2001)
Los dems componentes como son el extracto etreo, la fibra
soluble, las protenas y las
cenizas, se encuentran en cantidades muy pequeas, menores a 0.5
% de la muestra
fresca, por lo que son los componentes que pueden presentar
menor interferencia para
los fines perseguidos por este trabajo, como son la extraccin de
los FOS y su purificacin
para la obtencin de un aditivo alimentario.
3.2 Determinacin de azcares por el mtodo de Ting
3.2.1 Curva tipo de azcares reductores totales.
Para la cuantificacin de azcares reductores totales se construy
una curva tipo como se
describi en la metodologa (Anexo A). Se obtuvo una curva con
coeficiente de
correlacin alto, pero se observo que la curva se mantena lineal
hasta concentraciones
de 0.12 g/ 100 mL y a concentraciones mayores, ya no segua la
misma relacin. Se
determino el factor K de esta curva, como se menciona en la
seccin 5.2.1.7.1 (formula
10) utilizando slo los valores en los cuales se obtena la
relacin lineal y se delimit la
curva para usarse a concentraciones de 0.02 a 0.12 g / 100 mL de
azcares reductores
totales. El factor K que se obtuvo fue de 0.27 (g/100 mL /
unidad de absorbancia).
3.2.2 Curva tipo de glucosa y fructosa
Para la cuantificacin de glucosa y fructosa se realizaron 2
curvas tipo de acuerdo a lo
descrito en la seccin de mtodos (Anexo A). Se obtuvieron curvas
que conservaban la
linealidad hasta concentraciones de 0.12 g/ 100 mL de azcar. A
concentraciones
mayores se observ una prdida de la relacin lineal, probablemente
debida a los
-
14
reactivos utilizados para elaborar las curvas. Se calcularon los
factores kf y kg de las
curvas utilizando slo los puntos donde la curva mantena la
relacin lineal. El factor kg
que se obtuvo fue de 3.06 (g /100 mL / unidad de absorbancia) y
el factor kf fue de 0.28
(g/100 mL/unidad de absorbancia). El factor Q calculado de la
relacin entre kg y kf fue de
10.99 (adimensional).
3.2.3 Validacin de la curva tipo.
En el cuadro 6 se presentan los resultados de la validacin de la
curva tipo.
Cuadro 6. Resultados de la validacin de la curva tipo (g/ 100
mL)
Muestra de Sacarosa ART
A
515 nm
100 C
A 515n
m 55 C
Conc. de ADR
determinada
Fa
G
F DP*
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N/A 0.02 0.08 0.04 0.02 0.01
0.01 0.01 1.9 0.04 0.15 0.08 0.04 0.02 0.02 0.02 1.9 0.06 0.23 0.12
0.06 0.03 0.03 0.03 2.0 0.08 0.29 0.15 0.08 0.04 0.04 0.04 1.9 0.10
0.37 0.19 0.10 0.05 0.05 0.05 2.0 0.12 0.42 0.24 0.11 0.07 0.05
0.06 2.1 0.14 0.45 0.26 0.12 0.07 0.05 0.07 2.3
DP prom = 1.97 +/- 0.08
DP= grado de polimerizacin; ARD= Azcares reductores totales; Fa=
Fructosa aparente; G= Glucosa; F= Fructosa
La validez de la curva tipo se corrobor debido a que se hizo un
escalamiento del mtodo
original descrito por Ting, en el cual, se usaban volmenes 10
veces mayores a los que se
usaron en el desarrollo de este trabajo. Para comprobar que el
mtodo no presentara
errores por dicha modificacin se procedi a analizar una muestra
de sacarosa hidrolizada
de acuerdo a lo descrito en la seccin de mtodos. Se determino la
concentracin de
azcares reductores totales, glucosa y fructosa de soluciones de
concentracin conocida.
Con los datos obtenidos se obtuvo el grado de polimerizacin
medio para comprobar que
este tena una exactitud adecuada. El grado de polimerizacin
medio es mucho ms
sensible a los errores del mtodo debido a que se trata de la
relacin entre la fructosa y la
glucosa calculada, por lo que al corroborar que el grado de
polimerizacin sea
-
15
aproximadamente el grado de polimerizacin de la sacarosa (DP =
2) se puede tener
cierta confiabilidad acerca de la exactitud del mtodo y las
curvas tipo elaboradas.
Al comparar la concentracin real de azcares reductores
provenientes de la sacarosa
con la concentracin de azcares determinada por el mtodo, se
observ que el error ms
grande se obtiene en concentraciones mayores a 0.10 g / 100 mL.
Esto puede deberse a
que en dichas concentraciones, la curva tipo que se elabor
tiende a perder la relacin
lineal que la caracteriza de acuerdo a la ley de Buger y Beer,
por lo que el mtodo se
vuelve impreciso y no se recomienda su uso en concentraciones
mayores a 0.12 g / 100
mL. El error promedio que se obtuvo para los azcares reductores
totales fue de 2.08 %
en el rango de 0 a 0.10 g / 100 mL
En cuanto a la determinacin de glucosa y fructosa, se esperaba
que los valores
determinados de acuerdo al mtodo fueran la mitad del valor de la
concentracin de
azcares reductores totales de cada solucin. Del mismo modo se
observ que en
concentraciones menores a 0.12 g/ 100 mL, el valor determinado
de la glucosa y la
fructosa es aproximadamente la mitad del total de azcares
reductores de la solucin.
Debido a esto, es de esperarse que el grado de polimerizacin
medio de la sacarosa (DP
=2) determinado, sea aproximadamente el mismo que el calculado
con la relacin de
glucosa y fructosa. Puede observarse que a concentraciones
menores a 0.12 g/ 100 mL el
DP es muy cercano a 2 y en concentraciones mayores a esta, se
observa mayor error,
debido a que, como se mencion anteriormente el mtodo pierde
exactitud. El error que
se obtuvo para la determinacin de la glucosa fue de 5.37 % y
para la fructosa fue de
2.33%. El grado de polimerizacin promedio de todas las
determinaciones fue calculado
excluyendo el valor obtenido en 0.14 g/ 100 mL de azcar
reductor, debido a que el
mtodo pierde exactitud, de esta forma, se determino que el grado
de polimerizacin que
se puede determinar utilizando el mtodo es de 1.97 +/- 0.08, lo
cual es suficientemente
preciso y exacto para corroborar que el mtodo funciona para
determinar tanto los
azcares reductote totales como la glucosa y la fructosa de cada
solucin. El error en la
determinacin del grado de polimerizacin fue de 3.5 %.
3.3 Determinacin de azcares libres y fructooligosacridos en las
muestras.
3.3.1 Determinacin de azcares reductores, glucosa y fructosa
libres.
Los resultados de la determinacin de azcares reductores, glucosa
y fructosa libres se
presentan en el cuadro 7.
-
16
Cuadro 7. Determinacin de azcares reductores libres en las
muestras de Agave
(g/100g de muestra)
En ste se puede observar que las muestras no presentaron
diferencia estadsticamente
significativa (p 0.05) mediante anlisis de varianza, en el
contenido de azcares
reductores libres, glucosa libre ni fructosa libre. Esto puede
deberse a que se
seleccionaron pencas que diferan poco en cuanto al estado de
maduracin. Los valores
de azcares reductores fluctuaron de 1.2 a 1.6 %, los de glucosa
tuvieron valores de 0.4 a
0.6 % y la fructosa libre vari en el rango de 0.57 a 1.2 %.
3.3.2 Determinacin de glucsidos y sacarosa en las muestras
Los resultados de la determinacin de glucsidos se muestran en el
cuadro 8.
Cuadro 8. Determinacin de glucsidos y sacarosa en las muestras
de Agave
(g/ 100 gmuestra).
Muestra ART
Glucosa
Fructosa
DP Glucosidos
Penca 1 0.006 0.002 0.003 0.002 0.003 0.001 3.1 1.6 0.005 0.002
Penca 2 0.006 0.007 0.005 0.005 0.001 0.002 1.1 0.2 0.006 0.007
Penca 3 0.011 0.005 0.008 0.002 0.003 0.004 1.4 0.4 0.011 0.005
ART= Azcares reductores totales
Las pencas de agaves seleccionadas no presentaron diferencia
estadsticamente
significativa (p 0.05) mediante anlisis de varianza en el
contenido de azcares
reductores, glucosa, fructosa, grado de polimerizacin ni
glucsidos determinados. Los
resultados fueron bajos fluctuando en los valores de 0.005 a
0.011 % y con grado de
polimerizacin de 1.4 a 3.1. Esto implica que los glucsidos se
componen principalmente
de glucosa y aunque poseen cierta cantidad de fructosa, esta
puede provenir de la
sacarosa o de algunos fructanos de bajo peso molecular como la
cestosa. Estos valores
pueden deberse a errores del mtodo ya que la cantidad de azcares
es muy baja.
3.3.3 Determinacin de fructooligosacridos en las muestras
Los resultados de la determinacin de FOS en las muestras de
agave se muestran en el
cuadro 9.
Muestra Reductores Glucosa Fructosa
Penca 1 1.61 0.02 0.39 0.26 1.23 0.25 Penca 2 1.21 0.33 0.63
0.04 0.58 0.37 Penca 3 1.42 0.11 0.63 0.10 0.80 0.01
-
17
Cuadro 9. Determinacin de FOS en las muestras de Agave (g/ 100 g
muestra)
Muestra Reductores
Glucosa Fructosa DP FOS
Penca 1 2.46 0.13 0.01 0.00 2.46 0.13 < 30 2.22 0.01 Penca 2
1 0.03 0.00 0.00 0.99 0.03 < 30 0.90 0.03 Penca 3 1.39 0.29 0.55
0.45 0.84 0.18 3.6 1.3 1.30 0.32
Mediante anlisis de varianza (p = 0.05) se encontr que la penca
1 fue estadsticamente
diferente a las pencas 2 y 3 en cuanto al contenido de FOS, y al
contenido de fructosa, sin
embargo, el contenido de glucosa slo presento diferencia en la
penca 3.
Cabe sealar que las pencas 2 y 3 provienen del mismo agave y la
penca 1 proviene de
un agave diferente. La diferencia en el contenido de FOS puede
deberse a que el agave
del que se tom la penca 1 tuviera mayor edad y por consiguiente
el contenido de
fructanos sintetizados sea mayor que en el agave de donde se
tomaron las pencas 2 y 3.
Por lo anterior, el contenido de FOS se ve afectado por el
estado de madurez del cual se
obtenga el agave, lo cual concuerda con lo reportado por Mendez
(1999), pero dentro del
mismo agave, las pencas tomadas poseen prcticamente el mismo
contenido de FOS.
Tambin es probable que las condiciones de maduracin de los
agaves fuera diferente,
puesto que de acuerdo a Granados (1993) cuando el desarrollo de
la planta es ms lento,
existe una mayor acumulacin de carbohidratos, lo cual puede
tambin afectar el
contenido de glucosa entre las pencas 2 y 3. Los resultados de
FOS fluctuaron entre 2.22
y 0.9 g /100 g muestra, lo cual es comparable con el contenido
de FOS reportado por
Martnez del Campo (1999) en la agave tequilero de 2.37 % y en el
aguamiel de agave
pulquero cuyas concentraciones varan desde 0.8 a 1.7 %.
3.3.4 Validacin del mtodo de determinacin de azcares en las
muestras
En el cuadro 10 se muestra el contenido de FOS determinado en
Inulina de Dalia y
Maltodextrina.
Cuadro 10. Contenido de FOS en inulina de Dalia y Maltodextrina
(g/ 100 mL jugo)
Muestra Reductores Glucosa Fructosa DP FOS Inulina de Dalia
96.75 3.88 0.37 5.88 96.38 2.02 263.6 158
87.1 4.08
Maltodextrina 0.00 0.00 0 0 0.00 0.00 N/A 0 0 DP= grado de
polimerizacin, N/A= no aplica
-
18
Se puede observar que el mtodo es efectivo para la determinacin
de FOS, debido a que
se detecta 87 % de la muestra que se coloc como prueba. Este
porcentaje puede
deberse a que la cantidad de enzimas utilizadas no fueron
suficientes para hidrolizar por
completo a la inulina, en las condiciones en las que se prob el
mtodo, sin embargo, el
mtodo es til para la determinacin correcta de hasta 0.48 g/ 100
mL de FOS en la
solucin. Para concentraciones mayores es necesario diluir la
muestra debido a que la
hidrlisis no sera completa y la absorbancia no estara dentro del
intervalo de la curva
tipo para la determinacin.
En cuanto al grado de polimerizacin, se reporta que la inulina
de Dalia tienen un grado
de polimerizacin de 29 a 30 (Moerman, 2004) por lo que puede
verse que para grados
de polimerizacin tan altos, el mtodo no tiene la exactitud que
se comprob con la
sacarosa (3.5 %), debido a esto, la conversin de azcares
reductores a inulina se lleva a
cabo considerando el grado de polimerizacin lmite de una molcula
con el mayor grado
de polimerizacin, por lo que los azcares reductores se
multiplican por 0.9 para obtener
los FOS.
En el caso de la determinacin de glucsidos (cuadro 11) puede
observarse que en la
inulina se detecta 5 % de estos azcares, esto se puede deber a
los azcares de bajo
peso molecular presentes en la inulina de dalia que pueden ser
sacarosa, cestosa y
nistosa (Moerman, 2004)
Cuadro 11. Determinacin de glucsidos en inulina de Dalia y
Maltodextrina (g/ 100
mL jugo)
Muestra Reductores Glucosa Fructosa DP Glucsidos y azcares
libres Inulina de
Dalia 4.91 1.5 2.65 1.64 2.26 0.87 2.2 0.76 4.68 1.492
Maltodextrina 91.89 2.34 96.77 2.26 - 2.88 0.11 1 82.70 2.11
Esto se debe a que la maltasa es capaz de hidrolizar los enlaces
b (2-1) presentes en los
FOS de bajo peso molecular as como los de la sacarosa. La
maltodextrina se compone
nicamente de glucosa y puede observarse que se hidroliza casi
por completo con las
enzimas utilizadas y en las condiciones establecidas para el
mtodo. Aunque la hidrlisis
no es total, la cantidad que puede detectar el mtodo es de 0.44
g/ 100 mL de solucin, lo
cual de la misma manera que en el caso de la determinacin de
FOS, es suficiente para el
anlisis, debido a que soluciones muy concentradas requieren ser
diluidas a una
-
19
concentracin menor a 0.12 g / 100 mL jugo para poder ser
detectadas mediante
absorbancia en la curva tipo. En la fructosa se obtienen valores
negativos probablemente
debido a que los errores del mtodo son mucho mayores a los
detectados con la
sacarosa, cuando la concentracin de glucosa es mucho mayor a la
concentracin de
fructosa (como en este caso, que el polmero se compone de
glucosa solamente).
3.3.5 Determinacin de pH, % slidos solubles ( brix) y acidez
titulable en las
muestras
Cuadro 12. Determinacin de pH, % slidos solubles (Bx) y acidez
titulable en las
muestras
Muestra pH Bx Acidez Titulable (% cido mlico)
Penca 1 5.03 0.03 9 0.09 0.33 0.00 Penca 2 5.34 0.03 5 0.03 0.5
0.00 Penca 3 5.13 0.02 8 0.05 0.55 0.06
Los resultados que se presentan en el cuadro 12 mostraron
diferencia significativa (p
0.05) en el pH determinado, slidos solubles y contenido de cido
mlico. No se encontr
correlacin entre el pH y el contenido de FOS en las muestras,
debido a que el pH de las
3 pencas tiende a variar, encontrndose los pH menos cidos en las
pencas 2 y 3 que
provienen del mismo agave y que poseen la menor cantidad de FOS,
sin embargo en
estas pencas se determino un mayor contenido de acidez
titulable. Por lo anterior, se
puede suponer que el pH no es nicamente dependiente de la
cantidad de cido libre de
la materia prima, sino que existen otros componente que actan
como reguladores del pH
tales como los fosfatos y otras sales minerales (Snchez, 1979).
Los slidos solubles
variaron entre las pencas 2 y 3 que provienen del mismo agave y
entre la penca 1 de un
agave ms maduro, esto implica que la cantidad de slidos solubles
dentro de las
muestras no tiene una correlacin directa con el contenido de
FOS, puesto que a mayor
cantidad de FOS como en la penca 1 se obtiene mayor cantidad de
slidos solubles, sin
embargo en la penca 3 que tiene un contenido menor de FOS, los
slidos solubles son
muy semejante a los de la penca 1. Esto no concuerda con lo
reportado por Rojas (2001)
quien observ que a pH tendiente a la neutralidad mayor cantidad
de slidos solubles, el
contenido de carbohidratos es mayor, sin embargo, de acuerdo a
Snchez (1979) la
composicin qumica de los agaves depende de la edad del maguey,
fase de
reproduccin en la que se encuentre, y otros factores y adems, de
acuerdo a Granados
(1993) tambin es importante la velocidad con la que madura el
agave.
-
20
3.4 Extraccin y clarificacin del jugo de maguey
3.4.1 Determinacin del contenido de azcares extrados a
diferentes temperaturas.
La concentracin de fructanos aument con la temperatura de
extraccin, como se
observa en la Figura 3.
Figura 3. Concentracin de fructanos en funcin de la temperatura
de extraccin.
Esto se debe a que la solubilidad de los carbohidratos
polimricos tiene una relacin
directa con la temperatura, as como con la longitud de la cadena
(Moerman, 2004), por lo
que a mayor temperatura se obtiene una mayor cantidad de
fructanos de la extraccin.
Aunque a 80 C la cantidad de fructanos extrados es mayor, es
necesario recalcar que si
el pH de la solucin no se mantiene por arriba de 5, los FOS
pueden depolimerizarse
parcialmente (AACC, 2000).
3.4.2 Determinacin de actividad enzimtica de inulinasa de los
extractos en funcin
de la temperatura de extraccin.
Asimismo, se observ que la actividad enzimtica de inulinasa
increment con respecto a
la temperatura de extraccin, probablemente debido a que las
enzimas se encuentran en
mayor concentracin en el extracto y a que a mayor temperatura
aumenta su actividad
(Figura 4)
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
30 40 50 60 70 80 90
Temperatura C
Co
nce
ntr
aci
n d
e F
OS
(%
)
-
21
Figura 4. Actividad enzimtica en funcin de la temperatura de
extraccin.
Sin embargo, se observ una reduccin de la actividad a una
temperatura de 80C,
alcanzando un valor mnimo de 0.05 mmol azcar reductor / min (U),
probablemente a
causa de la desnaturalizacin trmica de las enzimas. De esta
forma se puede reducir la
hidrlisis enzimtica del jugo, debido a las enzimas endgenas.
La temperatura donde el tratamiento trmico reduce la actividad
enzimtica al mnimo fue
de 80 C, por lo que mediante este tratamiento se puede evitar la
operacin de escalde,
la cual es indeseable pues puede disminuir la cantidad de
fructanos por disolucin en el
agua de escalde, as como puede producir depolimerizacin si el pH
es menor a 5.
3.4.3 Determinacin de las condiciones de clarificacin.
La variacin de la cantidad de sulfato de aluminio utilizado como
agente floculante,
aument la altura del precipitado hasta un nivel mximo de 1 cm,
con 0.10 g / L de
floculante, despus del cual, mayores cantidades de agente
floculante, provocan una
disminucin de la cantidad de precipitado formado, como se puede
observar en la Figura
5. sto se debe a la resolubilizacin del flculo debido a que al
agregar una mayor
cantidad de floculante, la carga electrosttica y el potencial z
del sulfato de aluminio se
modifican con lo cual se propicia la resolubilizacin del
precipitado (Chen, 1991).
Es importante recalcar que la adicin de Ca(OH)2 tiene 2
funciones principales: la primera
es formar complejos con las sustancias albuminoideas y gomosas
para removerlas por
decantacin, y la segunda es elevar el pH a 7 para evitar la
depolimerizacin de los FOS y
las reacciones de oscurecimiento en procesos posteriores como el
secado.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
30 40 50 60 70 80 90
Temperatura C
Act
ivid
ad e
nzi
mt
ica
(U)
-
22
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.07 0.09 0.11 0.13 0.15
Concentracin de floculante (g/L)
Altu
ra d
el p
reci
pita
do f
orm
ado
en 1
00
mL
de ju
go (
cm)
Figura 5. Efecto de la concentracin de floculante en el jugo en
la altura del precipitado formado
Se logr la clarificacin del producto al adicionar 0.7 g Ca(OH)2
/L jugo, incrementando el
pH a 6.5, con calentamiento a 90 C. La cantidad de Al2(SO4)3
necesaria para una buena
clarificacin fue de 0.12 g/L jugo, puesto que a mayor
concentracin se observ la
resolubilizacin del floculo (Laurenzo y Navia, 1999)
3.5 Secado por aspersin del jugo de maguey
3.5.1 Distribucin y tamao medio de partcula
Con las mediciones del dimetro de partcula se obtuvo el dimetro
medio, el dimetro
Sauter (dimetro de una partcula que tiene la misma relacin
volumen/superficie que
todas las partculas en el polvo) y el coeficiente de variacin.
Este ltimo est relacionado
con la dispersin del sistema en cuanto a la distribucin de
tamaos de partcula (Walstra,
2003).
En el Cuadro 13, se observa un aumento, tanto en el dimetro
promedio como en el
dimetro Sauter de partcula con respecto al aumento en la
temperatura de secado.
Cuadro 13. Dimetro de partcula a diferentes temperaturas de
secado
Temperatura de entrada/salida
Dimetro promedio
Dimetro Sauter CV
90/50 13.33 16.73 0.39
-
23
120/104 17.65 20.55 0.43 150/125 16.24 26.48 0.55 180/150 14.70
18.73 0.38 200/150 19.43 21.08 0.34
Se midieron 600 partculas en cada Temperatura entrada/salida
Es importante hacer notar que si bien es cierta dicha tendencia,
a temperaturas
intermedias (120/104 C y 150/125 C), no hay diferencia
importante en el tamao medio
de partcula, y a temperaturas altas existe variacin del dimetro,
puesto que a una
temperatura de 180C/150C el dimetro disminuye y a 200C/150C la
partcula se
expande. Estos aumentos en tamao de partcula, se deben a que
durante el secado,
este material tiende a expandirse, colapsarse, encogerse y
volverse a inflar, como ocurre
en algunos otros materiales (Walton, 2000). En cuanto el
coeficiente de variacin, si ste
es cercano a 0.1 la dispersin es baja, por el contrario si es
cercana a 0.5, la dispersin
es muy amplia (Walstra, 2003). Para todos los casos de estudi,
se observ que la
dispersin de partculas es cercano a 0.5, lo cual implica que
independientemente de la
temperatura, se presenta una amplia dispersin de tamaos de
partculas. Es probable
que esta dispersin se deba principalmente a caractersticas
relacionadas directamente
con el diseo del aspersor, ms que a la temperatura de secado del
material. El anlisis
de la distribucin se muestra por medio de un histograma de
distribucin de tamao de la
partcula (Figura 6).
Figura 6. Distribucin de tamao de partculas a diferentes
temperaturas de secado
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
2.40625 7.87375 13.34125 18.80875 24.27625 29.74375 35.21125
40.67875 46.14625 51.61375 y mayor...
Clase
Frec
uenc
ia
90
120150180
200
Distribucin del Tamao medio de la Partcula Distribucin del Tamao
medio de la Partcula
-
24
Se observa que el porcentaje del nmero de partculas que caen en
un intervalo de
tamao mayor a 13m va aumentando conforme aumenta la temperatura
de entrada/
salida (Anexo B), ya que las gotas asperjadas estn sujetas a la
diferente distorsin de
formas a las que esta sujeta debido a las condiciones de
operacin del secador y
caractersticas de secado del material as como su trayectoria a
travs de la cmara del
secador (Master, 1979). Este mismo efecto de expansin puede
provocarse tambin al
variar la velocidad de alimentacin manteniendo la temperatura
constante. Por tanto, la
curva de distribucin del tamao medio comprueba la dispersin
homognea que tiene el
material deshidratado a 90C/50C por la distribucin angosta que
presenta y se puede
observar que a una temperatura de 150C/125C se tiene una mayor
amplitud de la
dispersin.
3.5.2 Descripcin morfolgica de partculas
A bajas temperaturas de entrada/salida del aire de secado
(90/50C) el material
deshidratado presenta un alto grado de partculas colapsadas o
encogidas con una
superficie relativamente rugosa y una estructura esfrica
mientras que el material
deshidratado a altas temperaturas (120C/104C,150C/125C y
200C/150C) presentan
un mayor porcentaje de partculas expandidas, con una especie de
poro, una superficie
aparentemente lisa y una estructura esfrica, con excepcin del
material deshidratado a
180C/150C que presenta partculas expandidas y con una estructura
fragmentada sin
llegar al rompimiento de la partcula. Esto concuerda con lo
reportado por Alamilla y col.
(2005), quienes encontraron que en el proceso de secado por
aspersin, el producto esta
sometido a 3 etapas de secado, donde en la tercera etapa se
observa una expansin
considerable de la partcula. Por tanto, debido a la descripcin
cualitativa del material
deshidratado a diferentes temperaturas de secado y de acuerdo a
la clasificacin
reportada por Walton (2000), las partculas en este caso tienden
a ser formadoras de
coraza (costra), as mismo se puede decir que tienen una
superficie plstica o flexible, ya
que pueden inflarse y colapsarse con una costra reformada o
continuar expandindose
(Master,1979), sin presentar rompimiento completo de la
partcula, como es el caso de
las partculas deshidratadas a 180C/150C. As mismo en las
condiciones de
120C/104C y a 150C/125C se presenta una especie de poro, debido
a que la partcula
que ya ha formado una coraza en su superficie busca liberar la
presin interna que se
genera por la evaporacin del agua durante el secado, manteniendo
as una estructura
esfrica sin colapsarse, por la presencia de una superficie
flexible que caracteriza a las
partculas.
-
25
3.5.3 Caractersticas de calidad del producto seco
3.5.3.1 Determinacin de humedad del polvo
Como se puede observar en la figura 8, la humedad del polvo
obtenido, va disminuyendo
conforme aumenta la temperatura de entrada y salida del aire. De
acuerdo a Oakley
(1997) entre mayor sea la temperatura de secado, mayor ser la
transferencia de calor
hacia la gota, asimismo se presentar una mayor velocidad de
difusin interna de
humedad de la partcula a la interfase y posteriormente de la
interfase a la fase gaseosa,
lo cual permite que el producto tenga menos humedad.
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200 250Temperatura (C)
Hu
med
ad (
%b
.s)
Figura 8. Relacin grfica entre la humedad de la muestra y la
temperatura de
secado
As mismo, estas altas velocidades de transferencia de calor,
permiten que la partcula
sea de un mayor tamao y con una coraza relativamente delgada, lo
que facilita dicha
difusin de humedad al exterior (Oakley, 1997)
3.5.3.2 Determinacin de la densidad empacada del producto
deshidratado
La densidad empacada va disminuyendo conforme aumenta la
temperatura del aire de
secado (Figura 9), as mismo esta caracterstica se encuentra
relacionada con el tamao
medio y la estructura de partcula por lo que se observa que a
mayor tamao medio de la
partcula, la densidad empacada va disminuyendo, pues la
estructura de la partcula es
esfrica, y al momento de empacar partculas con dimetro medio
grande se tiene una
menor facilidad de empacar las partculas ya que existen espacios
entre partculas, por el
contrario s la partcula tiene un tamao pequeo existirn menos
espacios libres entre
partculas y aumentar la densidad empacada.
-
26 0
100200300400500600700800
Hum
ecta
bilid
ad (
seg.
)
0
5
10
15
20
25
30
DS
aute
r (
m)
0
5
10
15
20
25
30
0 50 100 150 200 250Temperatura (C)
Den
sid
ad e
mp
acad
a (g
/mL
)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
D S
aute
r(m
)
Sauter Densidad empacada (g/ml)
Figura 9. Relacin grfica entre la densidad empacada y la
temperatura de
secado; y dimetro Sauter y la temperatura de secado
Segn Jumah (2000), el efecto que tiene la temperatura de entrada
del aire contra la
densidad empacada es inversamente proporcional, es decir que a
altas temperatura la
densidad empacada tiende a disminuir. Sin embargo, el material
deshidratado a 150/
125C que tiene un dimetro de partcula relativamente mas grande
que el material
deshidratado a 120/104C no se comporta como se ha mencionado
antes, ya que entre
estos valores no hay un cambio significativo debido a que el
comportamiento de la
partcula no varia en relacin al incremento de la temperatura. Es
importante considerar
que si existe gran dispersin en el tamao de las partculas, las
de menor tamao tienden
a ocupar los espacios libres existentes entre partculas mayores,
por lo que el producto
final presentar un mayor empaque a pesar de que su tamao
promedio corresponda al
de partculas relativamente grandes. Aun, as se observa que la
densidad empacada s
disminuye conforme aumenta el tamao de partcula y la
temperatura.
3.5.3.3 Determinacin de la humectabilidad del producto
deshidratado
La humectabilidad se refiere a la capacidad de la partcula de
polvo para adsorber agua
en su superficie (Barbosa- Canovas y Vega- Mercado, 2000). De
acuerdo a los resultados
obtenidos (Figura 10) se observa la existencia de una relacin
directa entre el tiempo de
humectabilidad del polvo y la temperatura del aire de
secado.
-
27
Figura 10. Relacin grfica entre la humectabilidad y la
temperatura de secado; y
el dimetro Sauter y la temperatura de secado
De acuerdo a los cambios fsicos observados en la microestructura
del polvo seco, a
menor temperatura la partcula presenta una estructura compacta
de alta rugosidad que
posiblemente tenga un efecto importante en las caractersticas de
slido poroso. Esto
representara un efecto favorable en el proceso de rehidratacin
del polvo. Es importante
hacer notar que el resultado correspondiente a la temperatura
del aire de secado de
180C/150C, present un comportamiento un tanto irregular ya que
su valor de
humectabilidad fue mayor que el correspondiente a 200C/150C,
esto podra atribuirse
principalmente a algn problema durante el secado del material.
Sin embargo, es posible
generalizar el hecho de que la humectabilidad es afectada
directamente por el tamao
medio y microestructura de las partculas, la temperatura de
secado, y el contenido de
humedad del polvo. Todos estos factores son importantes en el
proceso de reconstitucin
del producto seco, y en el caso especial de este polvo, puede
utilizarse como un
edulcorante en productos de panificacin, como fibra diettica o
como prebitico en
algunos alimentos lcteos.
3.5.3.4 Determinacin de la cantidad de fructanos en el producto
deshidratado.
El contenido de FOS determinados en el producto deshidratado a
diferentes temperaturas
se muestra en el cuadro 14.
Cuadro 14. Determinacin de FOS en los productos
obtenidos a diferentes temperaturas de secado (g / 100 g
polvo)
T. de Secado ( C )
Reductores
Glucosa Fructosa DP FOS
90/50 41.83 0.63 9.68 0.15 32.15 0.48 4.3 0.0 38.61 0.58 120/104
39.49 0.41 11.47 0.25 28.02 0.66 3.4 0.11 36.69 0.34 150/125 40.27
4.49 11.12 4.16 29.15 0.33 3.8 1.0 37.36 4.45
-
28
180/150 39.75 1.36 12.02 0.79 27.73 0.59 3.31 0.11 36.98 1.30
200/150 38.17 3.67 11.54 4.09 26.63 0.42 3.47 0.91 35.51 3.71
DP = Grado de polimerizacin; temperatura de entrada/salida
Mediante el anlisis de varianza se encontr que no existe
diferencia significativa (p
0.05) en cuanto al contenido de fructanos, glucosa ni al grado
de polimerizacin entre las
muestras obtenidas por los 5 tratamientos, sin embargo, la
cantidad de fructosa si
present diferencia estadsticamente significativa. Las
diferencias encontradas de acuerdo
al mtodo de Tuckey descrito por Bowker (1972) se presentan en el
Cuadro 15:
Cuadro 15. Diferencias determinadas en la cantidad de
fructosa
en los productos obtenidos a diferentes temperaturas de
secado.
Temperatura de
entrada/ salida C
90/ 50 120/104 150/125 180/150 200/150
90/50 DIF DIF DIF DIF
120/104 DIF ND ND DIF
150/125 DIF ND DIF DIF
180/150 DIF ND DIF ND
200/150 DIF DIF DIF ND
DIF= Diferencia significativa (p 0.05),
ND= No hay diferencia significativa
Puede observarse que a temperatura menor (90 C/50 C) el
contenido de fructosa es
mayor con un valor de 32 %. El incremento de temperatura
modifica la concentracin de
fructosa en el producto y a 200 C/150 C se obtiene la menor
concentracin de fructosa
con un valor de 26.6 %. Pese a esta degradacin ligera de la
fructosa, el contenido de
FOS y el grado de polimerizacin no se ven alterados de manera
significativa, aunque
como el azcar ms afectado por la temperatura es la fructosa,
sera recomendable secar
el producto a la mnima temperatura posible para conservar la
fructosa en su totalidad.
Los productos obtenidos tuvieron concentraciones de FOS de 35.5
% a 38. 6 % y un
grado de polimerizacin de entre 3.4 y 4.3.
-
29
IMPACTO:
El maguey representa una atractiva fuente de fructooligosacridos
(FOS), importantes
como polmeros de reserva energtica en la planta. Estos
componentes resultan de
inters en la Industria alimentaria, debido a sus atributos
funcionales y sus efectos
benficos en la prevencin de enfermedades cardiacas, el cncer,
colesterol, obesidad,
osteoporosis y diabetes, entre otras. El propsito de sta
investigacin fue obtener un
producto deshidratado con alto contenido de fructooligosacridos,
a partir del jugo de
maguey (Agave atrovirens Karw) mediante un proceso de secado por
aspersin