sativa L.), MAÍZ (Zea mays L.), QUINUA (Chenopodium quinoa Willd) Y

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN INDUSTRIALIZACIÓN INDUSTRIALIZACIÓN DE ALIMENTOS

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO INGENIERO EN INDUSTRIALIZACIÓN INDUSTRIALIZACIÓN DE ALIMENTOS

“ADECUACIÓN DE UNA MAQUINA EXPANSORA DE CEREALES TIPO CAÑÓN PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO EN LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL. ESTUDIO DE CASO: ARROZ ( Oryza sativa L.), MAÍZ ( Zea Zea mays L.), QUINUA ( Chenopodium quinoa Willd) Y

TRIGO (Triticum vulgare L.)”

ELABORADO POR: VÂNIA PAGGI MEZA

DIRIGIDO POR: ING. MARCELO VALLEJO

QUITO – AGOSTO – 2003 2003

Del contenido de la presente tesis se responsabiliza la autora:

Vânia Paggi Meza C.I.: 1714041611

Firma

i

CERTIFICACIÓN

Certifico que bajo mi dirección la presente tesis fue desarrollada por la Sra.

Vânia Paggi Meza

Ing. Marcelo Vallejo Aguirre C.I.:1801500404

ii

DEDICATORIA

A mis padres, Homero e Irani, modelos de dedicación, valores y principios, motivo de orgullo y de mi eterna gratitud, a mi esposo Jorge Alberto, ejemplo de responsabilidad y profesionalismo, digno digno de mi respecto y admiración admiración y a mis dos dos maravillosos hijos, Jorginho y Luizinho, Luizinho, que han inundado inundado de alegría y ternura mi vida.

iii

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por haber colocado en mi camino personas sabias, personas colaboradoras, colaborador as, personas amables y personas amigas, que han participado partici pado en forma directa e indirecta para la realización de esta investigación. Que el Señor Dios con Su infinita bondad, proteja a todas ellas ellas y derrame sobre sobre ellas Su Espíritu para que la luz de Su amor ilumine todos los días de sus vidas. Porque solamente Dios puede llegar a todas estas personas que siendo anónimas en esta tesis, ocupan un lugar de afecto en mi corazón.

iv

RESUMEN

Se realizó la adecuación de una máquina tipo “cañón” para expandir granos a nivel de planta piloto, partiendo de una máquina manual en la cual se adaptaron el sistema de transmisión de movimiento, el sistema de inclinación de la cámara de expansión, un termómetro y se realizaron otros ajustes necesarios para convertirlo en un equipo semiautomático.

Zea mays L.), quinua El expansor fue ensayado con arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea

(Chenopodium quinoa Willd) y trigo (Triticum vulgare L.). Para ensayar cada variable del proceso se realizaron tres tratamientos. Las muestras obtenidas con cada tratamiento fueron sometidas a análisis sensoriales.

Con relación a la operación del equipo para obtener buenos resultados de expansión, se concluye que:

-

Para los cuatro tipos de granos ensayados, ensayados, la temperatura temperatura de precalentamiento del equipo debe ser de 40 ºC y la cantidad de materia prima a ser expandida por ensayo ensayo debe ser ser de 1.000 g.

-

La presión a la cual se debe suspender la aplicación de calor y la presión de liberación del producto, respectivamente, debe ser de 100 y 140 psi (libra/pulgada cuadrada) 1 para el arroz; 120 y 160 psi psi para el maíz; 140 y 170 psi para el trigo; y, y, 140 y 180 psi para la quinua. quinua.

1

1 psi = 6.894,757 Pascales (Pa)

v

En relación a la posible aplicación de un proceso de humedecimiento o secamiento de granos, de manera preliminar a la expansión, se concluyó que la humedad de los granos comercializados normalmente en los mercados nacionales es adecuada para la expansión.

Con relación a las variedades de grano, para el caso del maíz, son los granos expandidos de morocho y morochillo los que presentan mejores resultados en el análisis sensorial, y para el caso del arroz, es el arroz blanco de grano largo.

Por último, para que sean utilizados como material didáctico por los estudiantes de la Universidad Tecnológica Equinoccial, con los valores de referencia para la expansión de los cereales estudiados se elaboró una guía de prácticas y un manual de funcionamiento y mantenimiento del equipo.

vi

SUMMARY

A manual machine has been improved to investigate the cereal-puffed process in a pilot plant. It has been made adaptation of a transmition system of movement, an inclination system of the gun-puffed chamber, a thermometer and other adjustments to have a semi-automatic equipment.

The semi-automatic gun-puffed machine has been used to investigate the comportment of rice (Oryza sativa L.), corn (Zea mays L.), quinoa (Chenopodium quinoa Willd) and wheat. With each variable have been made three treatments, and with the results of each treatment have been made sensorial analyses.

Related to the operation of the machine to take good results of puffed process, the conclusion are:

-

The optimal temperature of pre-warm is 40 ºC and the optimal quantity of product put into the machine is 1.000 g.

-

The optimal pressure to suspend the application of warm and the pressure to liberate the product is, respectively: 100 and 140 psi (pounds per square inches)1 for rice; 120 and 160 psi for corn; 140 and 170 psi for wheat; and, 140 and 180 psi for quinoa.

1

1 psi = 6.894,757 Pascal (Pa)

vii

To determinate if was necessary the application of a puffed pre-process, investigation has been conducted determining that it is not necessary and can be used the cereal like they are bought at the local market.

The “morocho” and “morochillo” are the best types of corn´s grains that can be used in puffed process, like the “large white grain” of rice.

At least, to use at didactical material by the Universidad Tecnológica Equinoccial´s students, with the results of the investigation, it have been made a practice guides and an equipment operation´s manual.

viii

ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA .........................................................................................................iii AGRADECIMIENTO ................................................................................................iv RESUMEN................................................................................................................... v SUMMARY...............................................................................................................vii ÍNDICE GENERAL....................................................................................................ix ÍNDICE DE CUADROS.............................................................................................xi ÍNDICE DE GRÁFICOS ..........................................................................................xiii ÍNDICE DE FIGURAS.............................................................................................xiv CAPÍTULO I - INTRODUCCIÓN.............................................................................. 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

ANTECEDENTES....................................................................................... 1 LIMITACIONES ......................................................................................... 3 ALCANCE................................................................................................... 5 OBJETIVO GENERAL............................................................................... 7 OBJETIVOS ESPECÍFICOS....................................................................... 7 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................7 IDEA A DEFENDER ................................................................................ 11 ASPECTOS METODOLÓGICOS DEL ESTUDIO ................................. 11

1.8.1 1.8.2 1.8.3

DISEÑO O TIPO DE INVESTIGACIÓN......................................... 11 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN.................................................. 12 FUENTES Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN ........................... 12

CAPÍTULO II – MARCO DE REFERENCIA.......................................................... 13 2.1

MARCO TEÓRICO................................................................................... 13

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.2

INTRODUCCIÓN ............................................................................. 13 CEREALES UTILIZADOS PARA LA EXPANSIÓN .....................15 FUNDAMENTOS DE LA EXPANSIÓN DE CEREALES.............. 58 RECUBRIMIENTO DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS......... 68 VALOR NUTRITIVO DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS.... 70 ESTABILIDAD DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS.............. 74

MARCO CONCEPTUAL.......................................................................... 77

2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5

EXPANSIÓN.....................................................................................77 EXPANDIDO ....................................................................................77 EXPANSOR O CAÑÓN ................................................................... 77 PROCESO DE EXPANSIÓN............................................................ 78 ETAPA............................................................................................... 78

ix

CAPITULO III – METODOLOGÍA ......................................................................... 79 3.1 METODOLOGÍA APLICADA PARA CUMPLIR CON EL PRIMER OBJETIVO ESPECÍFICO .....................................................................................79 3.1.1 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN TEÓRICA............................... 79 3.1.2 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN PRÁCTICA ............................ 81 3.1.3 DEFINICIÓN DE VARIABLES A SER CONTROLADAS ........... 82 3.1.4 DEFINICIÓN DE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS ......................83 3.2 METODOLOGÍA PLICADA PARA CUMPLIR CON EL SEGUNDO OBJETIVO ESPECÍFICO .....................................................................................83 3.2.1 INVESTIGACIÓN SOBRE COSTO Y TIEMPO DE CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO .................................................................... 84 3.2.2 ADQUISICIÓN DE UN CAÑÓN ARTESANAL PARA EXPANDIR GRANOS ...........................................................................................................85 3.2.3 ADECUACIONES DEL EQUIPO PARA SER UTILIZADO EN LABORATORIO............................................................................................... 86 3.3 METODOLOGÍA PLICADA PARA CUMPLIR CON EL TERCER OBJETIVO ESPECÍFICO .....................................................................................87 3.3.1 DEFINICIÓN DE LOS ENSAYOS................................................... 88 3.3.2 REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS .............................................. 95 CAPÍTULO IV – RESULTADOS Y ANÁLISIS.................................................... 121 4.1 4.2 4.3

RESULTADOS DEL PRIMER OBJETIVO ESPECÍFICO ...................121 RESULTADOS DEL SEGUNDO OBJETIVO ESPECÍFICO ...............124 RESULTADOS DEL TERCER OBJETIVO ESPECÍFICO...................145

CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................... 183 5.1 5.2

CONCLUSIONES ................................................................................... 183 RECOMENDACIONES.......................................................................... 189

CAPÍTULO VI - BIBLIOGRAFÍA ......................................................................... 192 ANEXO I – GLOSARIO DE TÉRMINOS .............................................................199 ANEXO II – PLANOS DEL EXPANSOR DE CEREALES TIPO CAÑÓN......... 202 ANEXO III – MANUAL DE MANTENIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DEL EXPANSOR DE CEREALES TIPO CAÑÓN........................................................ 206 ANEXO IV – GUÍA DE LABORATORIO PARA LA EXPANSIÓN DE CEREALES UTILIZANDO EXPANSOR TIPO CAÑÓN.....................................238 APÉNDICE I – TABLAS DE CONVERSIONES UTILIZADAS EN LA INVESTIGACIÓN................................................................................................... 278 APÉNDICE II– RESULTADOS DEL ANÁLISIS PROXIMAL DE LOS CEREALES EXPANDIDOS................................................................................... 280

x

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1 – Composición química general del arroz.................................................. 20 Cuadro 2 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de arroz...................... 21 Cuadro 3 – Porcentaje de amilosa en diferentes variedades de maíz del Ecuador .... 29 Cuadro 4 – Composición química general del maíz (en %) ......................................30 Cuadro 5 – Composición química proximal de diferentes tipos de maíz .................31 Cuadro 6 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de maíz duro seco...... 33 Cuadro 7 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de maíz suave seco.... 34 Cuadro 8 – Composición química general de la quinua ............................................39 Cuadro 9 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de quinua ...................40 Cuadro 10 – Composición química general del trigo................................................. 46 Cuadro 11 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de trigo .................... 47 Cuadro 12 – Composición química y valor energético de los cuatro cereales utilizados en la investigación .....................................................................................49 Cuadro 13 – Características de los granos de almidón de los cereales ..................... 50 Cuadro 14 – Propiedades de la amilosa y de la amilopectina ...................................54 Cuadro 15 – Característica de algunos almidones ..................................................... 57 Cuadro 16 – Valores de presión para la expansión de diferentes granos................... 61 Cuadro 17 – Aminoácidos limitantes en los cereales................................................. 72 Cuadro 18 – Composición química de algunos cereales expandidos ....................... 73 Cuadro 19 – Riqueza en vitaminas de algunos cereales expandidos ......................... 73 Cuadro 20 – Principales variables que intervienen en el proceso de expansión de cereales utilizando cañón ........................................................................................... 82 Cuadro 21 – Esquema propuesto para determinar la temperatura de precalentamiento del equipo ...................................................................................... 90 Cuadro 22 – Esquema propuesto para determinar P1 en el proceso de expansión de los diferentes granos ensayados .................................................................................91 Cuadro 23 – Esquema propuesto para determinar P2 en el proceso de expansión de los diferentes granos ensayados .................................................................................92 Cuadro 24 – Esquema propuesto para determinar la mejor cantidad de granos que debe ser utilizada en el proceso de expansión............................................................ 93 Cuadro 25 – Esquema propuesto para determinar la humedad de los granos utilizados en el proceso de expansión......................................................................................... 94 Cuadro 26 – Escala de valores para la calificación del color de los productos expandidos ............................................................................................................... 112 Cuadro 27 – Escala de valores para la calificación del olor de los productos expandidos ............................................................................................................... 113 Cuadro 28 – Escala de valores para la calificación del aroma de los productos expandidos ............................................................................................................... 113 Cuadro 29 – Escala de valores para la calificación del sabor de los productos expandidos ............................................................................................................... 114 Cuadro 30 – Escala de valores para la calificación de la textura de los productos expandidos ............................................................................................................... 115 Cuadro 31 – Escala de valores para la calificación del grado de expansión de los productos expandidos...............................................................................................116 Cuadro 32 – Costo del equipo y de sus adecuaciones.............................................. 143 Cuadro 33 – Costo de los accesorios........................................................................145 Cuadro 34 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 1.... 146 xi

Cuadro 35 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 2.... 148 Cuadro 36 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 3.... 149 Cuadro 37 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 4.... 151 Cuadro 38 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 5.... 152 Cuadro 39 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 6.... 154 Cuadro 40 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 7.... 155 Cuadro 41 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 8.... 157 Cuadro 42 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 9.... 158 Cuadro 43 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 10.. 160 Cuadro 44 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 11.. 161 Cuadro 45 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 12.. 163 Cuadro 46 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 13.. 164 Cuadro 47 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 14.. 166 Cuadro 48 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 15.. 167 Cuadro 49 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 16.. 169 Cuadro 50 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 17.. 170 Cuadro 51 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 18.. 172 Cuadro 52 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 19.. 173 Cuadro 53 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 20.. 175 Cuadro 54 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 21.. 176 Cuadro 55 – Rendimientos obtenidos con los diferentes granos ensayados............ 178 Cuadro 56 – Costo de producción de los cereales ensayados en función de la materia prima ........................................................................................................................ 179 Cuadro 57 – Rendimiento en volumen obtenido con cada uno de los cereales ensayados .................................................................................................................180 Cuadro 58 – Pérdida de humedad de los cereales ensayados durante el proceso .... 181 Cuadro 59 – Comparación entre la composición química proximal de la materia prima y del producto terminado. .............................................................................. 182

xii

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Producción de arroz en Ecuador ............................................................. 22 Gráfico 2 – Producción de maíz duro seco en Ecuador ............................................. 33 Gráfico 3 – Producción de maíz suave seco en Ecuador ........................................... 34 Gráfico 4 – Producción de quinua en Ecuador...........................................................41 Gráfico 5 – Producción de trigo en Ecuador.............................................................. 48 Gráfico 6 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 1 ..................147 Gráfico 7 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 2 ..................148 Gráfico 8 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 3 ..................150 Gráfico 9 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 4 ..................151 Gráfico 10 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 5 ................153 Gráfico 11 – Promedio de los tratamientos realizados en el ensayo # 6.................. 154 Gráfico 12 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 7 ................156 Gráfico 13 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 8 ................157 Gráfico 14 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 9 ................159 Gráfico 15 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 10 ..............160 Gráfico 16 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 11 ..............162 Gráfico 17 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 12 ..............163 Gráfico 18 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 13 ..............165 Gráfico 19 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 14 ..............166 Gráfico 20 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 15 ..............168 Gráfico 21 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 16 ..............169 Gráfico 22 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 17 ..............171 Gráfico 23 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 18 ..............172 Gráfico 24 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 19 ..............174 Gráfico 25 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 20 ..............175 Gráfico 26 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 21 ..............177

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 – Esquema de un cañón para expansión de granos...................................... 14 Figura 2 – Estructura del grano de arroz.................................................................... 17 Figura 3 – Clasificación del arroz según su longitud y anchura ................................ 19 Figura 4 – Granos de maíz de diferentes colores....................................................... 23 Figura 5 – Estructura del grano de maíz .................................................................... 25 Figura 6 – Granos de maíz dulce y maíz reventador.................................................. 26 Figura 7 – Grano de quinua........................................................................................36 Figura 8 – Grano de trigo ........................................................................................... 42 Figura 9 – Estructura del grano de trigo..................................................................... 44 Figura 10 – Estructura esquemática del grano de almidón ........................................51 Figura 11 – Molécula de amilosa y amilopectina ...................................................... 52 Figura 12 – Estructura de un punto de ramificación de la amilopectina.................... 53 Figura 13 – Esquematización del proceso automatizado de expansión de cereales .. 64 Figura 14 – Cañón manual de disparo simple............................................................66 Figura 15 – Esquema de un cañón automático de disparo continuo de un cilindro.. 68 Figura 16 – Tostadora de Granos “Player Elefante”.................................................. 86 Figura 17 – Resultado de la primera expansión realizada con el equipo..................89 Figura 18 – Expansor de cereal tipo cañón después de las adecuaciones................ 124 Figura 19 – Sistema de transmisión del expansor tipo cañón .................................. 126 Figura 20 – Conexión de los dispositivos de control ............................................... 128 Figura 21 – Vista posterior de la base del expansor de cereales tipo cañón ............ 129 Figura 22 – Sistema de amortiguación empleado en el equipo original ..................130 Figura 23 – Vista frontal del expansor en donde se observa el nuevo sistema de amortiguamiento instalado en los soportes ..............................................................131 Figura 24 – Vista posterior de la base de la carcasa en donde se observa el punto de golpe de la tapa con su respectiva protección ..........................................................132 Figura 25 – Sistema de suministro de calor ............................................................. 133 Figura 26 – Soporte del soplete................................................................................ 133 Figura 27 – Cámara de recolección del producto expandido.................................. 134 Figura 28 – Puerta para descarga del producto expandido ...................................... 135 Figura 29 – Pala tipo embudo y cuchareta ............................................................... 136 Figura 30 – Comparación entre el equipo original y el equipo adecuado............... 137 Figura 31 – Vista del expansor con la tapa de la cámara de expansión abierta donde se visualiza el interior de la cámara de expansión ................................................... 140 Figura 32 – Vista lateral del expansor en donde se observa las dos partes de la carcasa que recubre la cámara de expansión............................................................ 141 Figura 33 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 1 .................... 146 Figura 34 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 2 .................... 147 Figura 35 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 3 .................... 149 Figura 36 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 4 .................... 150 Figura 37 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 5 .................... 152 Figura 38 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 6 .................... 153 Figura 39 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 7 .................... 155 Figura 40 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 8 .................... 156 Figura 41 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 9 .................... 158 Figura 42 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 10 ..................159 Figura 43 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 11 ..................161 xiv

Figura 44 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 12 .................. 162 Figura 45 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 13 .................. 164 Figura 46 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 14 .................. 165 Figura 47 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 15 .................. 167 Figura 48 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 16 .................. 168 Figura 49 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 17 .................. 170 Figura 50 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 18 .................. 171 Figura 51 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 19 .................. 173 Figura 52 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 20 .................. 174 Figura 53 – Muestras Muestras de los tratamientos realizados realizados en el ensayo ensayo # 21 .................. 176

xv

Capítulo I – Introducción

CAPÍTULO I - INTRODUCCIÓN

1.1

ANTECEDENTES

La expansión de cereales utilizando “cañón” es un proceso muy antiguo, descubierto por el científico en alimentos Alexander Anderson en el año de 1901. A partir de su descubrimiento y hasta la actualidad este proceso es empleado en la elaboración de cereales para el desayuno y productos de tipo snacks.

Muchos avances tecnológicos han sido realizados en el transcurso de los años en los equipos utilizados para la expansión, buscando obtener mayores rendimientos durante el proceso, aumentar la capacidad de producción, disminuir la intensidad del ruido ocasionada durante la liberación del producto, etc. Sin embargo el principio de expansión de los granos sigue siendo el mismo. Tanto es así que algunos países como Perú y Brasil utilizan ampliamente cañones manuales manuales para la elaboración de cereales expandidos a pequeña escala.

Los cereales representan una fuente económica de nutrientes, principalmente carbohidratos y proteínas. Durante el proceso de expansión se mejora la digestibilidad de estos granos y además se observa un incremento del porcentaje de proteínas por la pérdida de humedad. Por esta razón este tipo de productos tiene gran importancia en la alimentación humana, principalmente en los países subdesarrollados.

1

Capítulo I – Introducción Según el SIISE 1 (Sistema Integrado de Indicadores Sociales del Ecuador Ministerios del Frente Social - Gobierno del Ecuador) la desnutrición es uno de los principales problemas de salud en los países en desarrollo, contribuyendo contribuyendo directamente a la mortalidad infantil y a retrasos en el crecimiento físico y desarrollo intelectual de las personas. Es también un indicador del riesgo de muerte que enfrentan los niños y niñas menores a 5 años. En Ecuador, un informe de la UNICEF2 (United Nations Children's Fund – Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia) del año 2001 menciona que uno de cada cuatro niños y niñas ecuatorianas, menores de cinco años, sufre desnutrición crónica (talla/edad) y 1 de cada 8 presentan desnutrición global (peso/edad). Por otro lado datos de la FAO 3 (Food and Agriculture Organization of the United Nations - Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) indican grandes pérdidas poscosecha 4 de cereales a nivel nacional, las cuales se traducen en pérdidas económicas al país. Los profesionales del área de alimentos deben desarrollar productos que sirvan por un lado para disminuir estas pérdidas y por otro lado sirvan de alternativas de alimentación para las poblaciones de bajos ingresos buscando solucionar los problemas nutricionales nutricionales existentes en el país.

1

http://www.siise.gov.ec/fichas http://www.siise.gov.ec/fichas/salu31yc.htm /salu31yc.htm

2

http://www.unicef.org/ecu http://www.unicef.org/ecuador/411a.html ador/411a.html

3

MAG/FAO, Manual de Capacitación, 1° Edición, Proyecto GCP/ECU/069/NET, 1998 – Ecuador. Páginas 1 – 9.

FAO POSCOSECHA –

4

Poscosecha: "Un conjunto de acciones para la conservación y almacenamiento de productos y semillas de calidad que nos permita disponer de los mismos oportunamente para consumo y venta de excedentes y obtención de mejores ingresos". (Memoria Taller de Diseño y Planificación, Proyecto GCP/ECU/069/NET. Documento Interno, Cuenca, Ecuador, 1.998).

2

Capítulo I – Introducción Dentro de este contexto los cereales expandidos representan una gran opción de alimento, principalmente para los niños. Sin embargo las investigaciones que se deben realizar para el desarrollo de productos expandidos solo serán posibles con el conocimiento del proceso de expansión de cereales y del funcionamiento básico de un equipo para expansión de granos. Este es justamente el aporte que se realiza con la presente investigación. investigación.

1.2

LIMITACIONES

La principal limitación del presente trabajo investigativo fue de carácter económico. Lo ideal sería construir un equipo totalmente automatizado con el cual se podría controlar todas las variables del del proceso, sin embargo embargo esto llevaría a un incremento sustancial en el costo de construcción del mismo. Por esta razón se construyó un equipo funcional, el cual cual permite a los estudiantes estudiantes comprender comprender los fundamentos de la expansión de granos en condiciones condiciones de alta presión. presión.

Otra limitación importante fue la disponibilidad de tiempo, puesto que para determinar los parámetros óptimos del proceso de expansión de cada cereal, se necesitaría un diseño experimental que contemple una serie de ensayos con repeticiones y análisis análisis estadísticos. Además Además el incremento en el número de ensayos ensayos conlleva a un incremento del costo costo de la investigación, investigación, por lo que que nuevamente nuevamente se manifestaría la limitante económica.

3

Capítulo I – Introducción Así las prácticas propuestas en la guía y los resultados obtenidos con los ensayos realizados no tienen la finalidad de indicar los parámetros óptimos de expansión, sino indicar las condiciones en las cuales se observa una expansión aceptable para los cuatro granos propuestos y que a la vez permite al estudiante formar criterios sobre el comportamiento de dichos granos frente a la expansión, y principalmente, conocer conocer el proceso de expansión expansión y sus variables de de control más importantes. importantes.

La falta de conocimientos sobre cálculos del diseño, selección de material y ajustes idóneos para la construcción del equipo fue una limitante de igual magnitud que las mencionadas anteriormente. Debido a esto fue necesaria la asistencia técnica de personal capacitado en dichos temas, t emas, razón por la cual se recurrió al asesoramiento de un egresado de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Nacional, el Sr. René Jervis Zambrano. Cabe Cabe mencionar también que que por este motivo los ensayos fueron realizados en el laboratorio de mecánica de dicha Universidad.

Una cuarta limitante fue la dificultad de encontrar en Quito personal dispuesto a construir el equipo por un precio módico, que no sobrepasase el capital destinado para este fin. También hubo una cierta dificultad para encontrar materiales y controles adecuados para la construcción del equipo, por lo que fue necesaria la importación de un expansor artesanal, tratando de reducir costos de producción. Sin embargo esto llevo a una reducción del tiempo destinado a la realización de los ensayos.

4

Capítulo I – Introducción Finalmente no se puede dejar de mencionar, como limitante, limi tante, la falta de cumplimiento en el plazo de entrega de diferentes piezas y accesorios, razón por la cual algunos ajustes e implementos que se podrían realizar en el equipo tuvieron que ser obviados para no afectar afectar aún más el tiempo tiempo destinado a las prácticas.

1.3

ALCANCE

El presente trabajo de investigación comprende la adecuación de un equipo para expandir cereales, cereales, tipo “cañón”, para ser utilizado con fines didácticos didácticos por la Universidad, por lo tanto no se trata de una una máquina industrial, industrial, donde se controlan controlan todas las variables que influyen en el proceso de expansión. La finalidad fundamental del equipo es que permita realizar la expansión de diferentes granos y que posibilite al estudiante manejar la temperatura y la presión durante el proceso. Existen muchos cambios y adecuaciones que pueden ser realizados en el equipo, quedando así la puerta abierta para la creatividad y el ingenio de los estudiantes que hagan uso del mismo.

La guía de laboratorio fue diseñada buscando recomendar prácticas que posibiliten al estudiante comprender el comportamiento de los granos de arroz (Oryza sativa L.), Zea mays L.), quinua (Chenopodium quinoa Willd) y trigo (Triticum vulgare maíz ( Zea L.),

frente a la expansión. expansión. No se se pretende pretende con esto definir los parámetros óptimos

para la expansión de cada cada grano, ni tampoco tampoco definir todas las variables variables que participan del proceso. Lo que se busca es dar al estudiante bases para realizar nuevas investigaciones investigaciones con el equipo. equipo.

5

Capítulo I – Introducción En el manual de mantenimiento y funcionamiento del equipo se describen las principales partes del mismo y sus dimensiones, así como instrucciones para su adecuado funcionamiento y recomendaciones para un buen mantenimiento. Por lo mencionado en el numeral anterior, referente a limitaciones, no se presentará la justificación del diseño, en lo que respecta a cálculos, materiales, ajustes y soldaduras, puntos estos relacionados mayormente con la ingeniería mecánica.

Es válido resaltar que durante la formación académica del Ingeniero en Industrialización de Alimentos, se reciben fundamentos que permiten establecer especificaciones técnicas para la construcción de equipos en lo que respecta a la capacidad adecuada, las variables y los instrumentos utilizados para su control, así también como los rangos dentro del cual opera cada variable, sin embargo el egresado de Ingeniería en Industrialización de Alimentos no está capacitado para construir personalmente un prototipo, por esta razón el trabajo se concentró en sugerir adecuaciones y cambios que permitieron que un equipo manual se convirtiera en un equipo semi-automático.

Los ensayos realizados se centraron en la utilización práctica del equipo a nivel de planta piloto.

6


1.4

OBJETIVO GENERAL

Adecuar un expansor de cereales tipo cañón para que pueda ser utilizado con fines didácticos por los estudiantes de la Universidad Tecnológica Equinoccial.

1.5

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir las principales características y controles que debe tener un expansor de

⇒

cereales tipo cañón para ser utilizado en laboratorio.

Adecuar el equipo de acuerdo a las características definidas y con los controles

⇒

necesarios.

Ensayar el equipo utilizando granos de arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea mays

⇒

L.), quinua (Chenopodium quinoa Willd)

1.6

y trigo (Triticum vulgare L.).

JUSTIFICACIÓN

La Escuela de Ingeniería en Industrialización de Alimentos de la Universidad Tecnológica Equinoccial se encuentra aún en su fase inicial, de establecimiento y consolidación, funcionando mediante un convenio con el Instituto Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad en el cual los estudiantes reciben clases hasta el sexto nivel de estudios.

7

Capítulo I – Introducción Actualmente la Facultad de Ingeniería cuenta con un espacio físico donde se puede implementar una planta piloto, sin embargo no dispone de equipos para líneas de producción en ninguna de las diferentes tecnologías (aceites y grasas, bebidas y licores, carnes, cereales, frutas y verduras, y lácteos) vistas durante los seis primeros niveles de la carrera. Por esta razón en los últimos cuatro niveles de estudio, el alumno prácticamente se ve

privado de realizar cualquier tipo de trabajo de

investigación práctica, en lo que respecta a procesos productivos. Este aislamiento lleva a un “enfriamiento” de los conocimientos adquiridos en las diferentes tecnologías.

Tomando en cuenta lo expuesto anteriormente se puede afirmar que la construcción de pequeños equipos funcionales, contribuirá enormemente al enriquecimiento del material didáctico y a la constitución de una planta piloto que permita el procesamiento de diferentes alimentos, con lo que se puede lograr muchos beneficios, como por ejemplo:

a. Las materias que deben ser sustentadas con clases de laboratorio podrán ser impartidas de forma adecuada. Además los conocimientos adquiridos en disciplinas como mantenimiento industrial, ingeniería de métodos, ingeniería de la producción y desarrollo agroindustrial, podrán ser más fácilmente asimilados. Se hará más fácil visualizar y analizar el funcionamiento de un equipo, la distribución de la maquinaria para un determinado proceso, simular tomas de tiempo y movimientos, realizar balanceos de línea, desarrollar nuevos productos, mejorar procesos, etc.

8

Capítulo I – Introducción b. La existencia de una planta piloto posibilitará a los estudiantes de Ingeniería en Industrialización de Alimentos utilizar su creatividad e innovación para prestar servicios a la comunidad académica y a la comunidad en general, principalmente a las empresas del sector alimenticio. Esto permitirá una mayor integración entre la Escuela de Ingeniería en Industrialización de Alimentos y el medio laboral en el cual se desempeñarán los estudiantes una vez graduados.

c. Se podrá también desarrollar cursos de capacitación o especialización en el procesamiento de alimentos.

Por otro lado las Universidades, como formadoras de profesionales, deben incentivar en los alumnos la búsqueda de soluciones a los problemas del país. Es necesario encontrar alternativas que permitan el mayor aprovechamiento posible de la producción agrícola, evitando pérdidas económicas y generando productos con mayor valor agregado.

Según la FAO 1, al menos el 10% de la producción de cereales en países en desarrollo, equivalente a 80 millones de toneladas, se pierde por malas prácticas de manejo poscosecha. Estudios realizados en el Ecuador por el Proyecto FAO POSCOSECHA indican que estas pérdidas son superiores al 25 % de la producción. 2

1

MAG/FAO, Breves Normas de Control de Calidad en Granos Almacenados , 1° Edición, Proyecto FAO POSCOSECHA – GCP/ECU/069/NET, 1998 – Ecuador. Páginas 1- 5. 2

MAG/FAO, Manual de Capacitación, 1° Edición, Proyecto GCP/ECU/069/NET, 1998 – Ecuador. Páginas 1 – 9.

FAO POSCOSECHA –

9

Capítulo I – Introducción Edwardson1 menciona que en Ecuador los servicios de investigación, asistencia técnica y capacitación ofrecidos por el Gobierno y las ONGs (Organizaciones No Gubernamentales) se han enfocado casi en su totalidad a las prácticas productivas, y se ha dado muy poca atención a la promoción de tecnologías y operaciones adecuadas del manejo poscosecha para conservar la calidad de lo producido. Esto ha incrementado las pérdidas económicas y consecuentemente ha contribuido para disminuir la seguridad alimentaria.

Desde esta perspectiva la elaboración de cereales expandidos representa una alternativa de conservación para estos productos ricos en elementos nutritivos muy valiosos, como vitaminas, minerales y fibras, convirtiéndose en una gran oportunidad tanto para aprovechar de mejor manera la producción existente y para obtener un mejor precio del producto en el mercado nacional e internacional como para presentar alternativas de solución a los problemas nutricionales existentes en el país. Por lo tanto la construcción de un equipo destinado a la expansión de cereales, servirá de material didáctico para que futuros estudiantes de alimentos puedan analizar el funcionamiento de estos equipos, las variables del proceso de expansión y principalmente desarrollar nuevos productos y procesos que beneficien al sector agroindustrial del país y a la población en general.

1

EDWARDSON, W., Mejoramiento de la Seguridad Alimentaria Campesina en el Ecuador , FAO - POSCOSECHA. 2001 – Ecuador. Página 17.

10


1.7

IDEA A DEFENDER

Mediante la definición de las características y controles que debe tener un expansor de cereales tipo cañón para ser utilizado en laboratorio, la adecuación de un equipo con las características definidas y los controles necesarios, y la realización de ensayos utilizando granos de arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea mays L.), quinua

(Chenopodium quinoa Willd) y trigo (Triticum vulgare L.), se podrá comprender el funcionamiento de un expansor de granos y conocer los fundamento del proceso de expansión de cereales, lo que servirá de base para investigaciones futuras.

1.8

ASPECTOS METODOLÓGICOS DEL ESTUDIO

1.8.1 DISEÑO O TIPO DE INVESTIGACIÓN

En cuanto al grado de profundidad de la presente investigación se puede decir que se trata de un estudio de tipo exploratorio y descriptivo . Exploratorio porque busca recolectar la información básica para comprender el proceso de expansión de los cereales por medio de expansores de tipo cañón. Descriptivo porque los resultados obtenidos con los ensayos realizados en el equipo, bien como el funcionamiento del mismo, permiten la formulación de hipótesis a partir de las cuales se puede iniciar un nuevo proceso de investigación, más profundo, el cual lleve a un conocimiento de tipo explicativo.

11

Capítulo I – Introducción En cuanto a la intervención del investigador, el diseño es de tipo no observacional ya que se modificarán las variables temperatura, presión y cantidad de producto para cada uno de los cereales ensayados, con la finalidad de describir el proceso de expansión de los granos utilizando el equipo construido.

1.8.2 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN

Los métodos de investigación utilizados fueron: la observación, la deducción y la inducción, ya que la observación de los fundamentos y principios generales de la tecnología de expansión de cereales, permitieron deducir el comportamiento de cada uno de los granos durante el proceso de expansión. Por otro lado de los resultados obtenidos al ensayar cada grano se llegó a conclusiones generales sobre el proceso.

1.8.3 FUENTES Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

Se utilizaron fuentes primarias y secundarias para la obtención de información, y como técnicas de investigación se emplearon consultas, entrevistas y observación.

12

Capítulo II – Marco de Referencia

CAPÍTULO II – MARCO DE REFERENCIA

2.1

MARCO TEÓRICO

Para la redacción del marco teórico se ha tratado de emplear términos de fácil comprensión para el lector, sin embargo existen términos técnicos que no pueden ser reemplazados, por esta razón estos se encuentran precedidos del símbolo

 y

su

significado se describe en el glosario de términos que se encuentra en el Anexo I.

Otra precaución que se ha tenido en cuenta fue dar la equivalencia de las diferentes unidades de medida mencionadas en el Sistema Internacional de Unidades. Este procedimiento se ha aplicado tanto para el desarrollo de éste como de los demás capítulos. En el Apéndice I se encuentran las tablas de conversiones utilizadas en el transcurso de la investigación.

2.1.1 INTRODUCCIÓN

La expansión de granos es un proceso utilizado para la elaboración de cereales listos para comer (ready-to-eat cereals) los cuales pueden ser comercializados como cereales para el desayuno o como snacks. Este tipo de productos normalmente se elaboran a partir de maíz, trigo, avena y arroz, pudiendo ser o no saborizados y/o fortificados.

13

Capítulo II – Marco de Referencia Comúnmente los cereales para el desayuno y los snacks son clasificados de acuerdo al tipo de proceso utilizado para su transformación, a saber: cereales extruidos en hojuelas, granos enteros expandidos con cañón (gun-puffed whole grains), cereales extruidos expandidos con cañón, cereales expandidos en horno, etc. 1

Dentro del marco teórico se abordará exclusivamente sobre el proceso de elaboración de granos enteros expandidos con cañón, por ser el producto que se obtiene con el expansor construido y utilizado en la presente investigación. Este tipo de expansor también suele ser denominado pistola para expandir granos. El producto se denomina generalmente, cereales inflados o expandidos por pistola 2. Para mantener una misma terminología, se usará la palabra “expandido” para designar al producto obtenido y tomando en cuenta que tanto la forma del equipo (ver figura 1) como el sonido en el momento de liberar el producto, hace recordar a un “cañón”, esta será la palabra adoptada para denominar el equipo.

Figura 1 – Esquema de un cañón para expansión de granos

Fuente: http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion3.html Elaborado por: http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion3.html

1 http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch09/bgdocs/b9s09-2.pdf 2

http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion3.html

14


2.1.2 CEREALES UTILIZADOS PARA LA EXPANSIÓN

Los granos que serán sometidos al proceso de expansión deben ser de buen tamaño y estar enteros. La carga de contaminantes que poseen no debe ser superior al 5%, dentro de los cuales se contemplan semillas de malezas, otros tipos de granos y piedras pequeñas. La humedad adecuada es de 9 –12 % ya que los granos demasiado húmedos pueden ser afectados por mohos durante el almacenamiento, mientras que los granos muy secos tienden a romperse durante el proceso. 1

Prácticamente todos los granos que contienen almidón pueden ser expandidos, sin embargo algunos presentan mayor grado de expansión que otros. Por lo general los granos con un contenido de 5 – 20 % de amilosa son los que presentan mejor textura y expansión2. Además de estas características que son generales y se aplican a todos los tipos de granos, existen restricciones individuales que dependen exclusivamente del cereal empleado. A continuación se describirán las principales características de los granos de cereales utilizados en el estudio.

1

http://www.sanitarium.com.au/schoproj/sppuffed.htm#Puffing

2

RIAZ, M. N., Technology of Producing Snack Foods by Extrusion , American Institute of Baking – Research Department – Technical Bulletin. Volume XIX, Issue 2. February – 1997 - USA.

15


2.1.2.1

A.

TIPOS DE CEREALES

ARROZ

Descripción:

El arroz (Oriza sativa L.) es un cereal de gran consumo en el mundo. En la actualidad se siembran unas 1.400 variedades, las cuales están divididas, de acuerdo al tipo de suelo en que se da el cultivo, en dos grupos principales, según sean para suelos secos y de altura o para suelos húmedos de llanura. 1

El grano de arroz en términos botánicos es un fruto de tipo cariópside , cuya parte externa está constituida por el pericarpio y la cubierta de la semilla o testa, que forman lo que se denomina "salvado”. El pericarpio es rico en celulosa, mientras que la cubierta de la semilla está básicamente constituida por sustancia grasa, en la cual se encuentran los pigmentos que dan al grano su color característico. Debajo de la testa, y envolviendo el endospermo, que es la parte comestible, se sitúa la capa de aleurona, compuesta de células repletas de gránulos de almidón. En el endospermo abundan los glóbulos proteicos y también el almidón. El germen está ubicado en un extremo del grano, y es rico en proteínas, almidón y lípidos. Finalmente, el grano en su totalidad está protegido por una cubierta lignocelulósica , denominada "cáscara", muy rica en sílice. 2 (Ver figura 2)

1

http://wzar.unizar.es/curso/nutricion/d15_c.html#ARROZ

2

http://www.terra.es/personal4/alvarezsd/arroz.htm#Estructura del grano

16


Figura 2 – Estructura del grano de arroz

Fuente: http://www.fao.org/inpho/vlibrary/t0567e/T0567E01.GIF Elaborado por: http://www.fao.org/inpho/vlibrary/t0567e/T0567E01.GIF

Clasificación:

La forma y tamaño del grano son características varietales que influyen en muchas fases del procesado, manejo, comercialización y clasificación del arroz.

17

Capítulo II – Marco de Referencia La medida de la longitud (L) y de la relación longitud - anchura (L/A) del grano elaborado es la base para la clasificación del tipo de grano en el mercado internacional (ver figura 3).1 De acuerdo a este criterio el arroz se clasifica en 2:

Arroz de grano largo: es 3 veces más largo que ancho (superior a 6 mm).

Arroz de grano medio: es entre 2 y 3 veces más largo que ancho (5 - 6 mm), más corto y más expandido que el arroz de grano largo.

Arroz de grano corto o redondo: es casi tan largo como ancho (4 - 5 mm de largo y 2,5 mm de espesor).

Otra forma de clasificar el arroz es en cuanto al proceso y grado de limpieza al que fue sometido, a saber:

Arroz Blanco: es el producto de arroz después que ha pasado a través de todo el proceso de descascarado, pulido y elaboración. Ha perdido una gran parte de sus elementos nutritivos y contiene particularmente menos niacina, tiamina, magnesio, zinc, hierro y fibras que el arroz integral. En algunos países, como en los Estados Unidos, el arroz blanco puede ser untado con silicato de magnesio o recubierto con una mezcla de glucosa y de talco ("arroz pulido", "arroz glaseado"). 3

1

http://www.eumedia.es/articulos/vr/cereales/145calidadarroz.html

2

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 146 – 149. 3

http://r0.unctad.org/infocomm/espagnol/arroz/calidad.htm#3

18


Arroz Parbolizado: es un arroz que ha sido sometido a un proceso hidrotérmico antes de ser descascarado y pulido, esto permite una migración de los micronutrientes del salvado hacia el endospermo, resultando en un arroz más rico en vitaminas y minerales.

Arroz Integral: es un arroz entero al cual se le ha quitado solamente la cáscara externa fibrosa y no comestible, pero que conserva el germen. Este tipo de arroz, tiene como todos los cereales integrales, un mayor valor nutritivo que el arroz blanco y más vitaminas y fibra dietética.

Figura 3 – Clasificación del arroz según su longitud y anchura

A.

B.

C.

A. Grano Largo, B. Grano medio y C. Grano redondo. Fuente: http://www.urbano.com.br/Espanhol/laclasificacion.htm Elaborado por: Vânia Paggi

En los mercados minoristas de la ciudad de Quito, el arroz está clasificado en cuatro tipos, los cuales son identificados por los comerciantes como:

1.

Arroz precocido : arroz parbolizado, presenta coloración amarrilla.

2.

Arroz grano largo : arroz de grano largo y fino, con coloración vítrea.

3.

Arroz chino : un arroz pequeño y de coloración blanco opaco.

19

Capítulo II – Marco de Referencia 4.

Arrocillo (arroz para sopa): granos rotos resultantes del proceso de limpieza.

Composición química:

La composición química del arroz varía de acuerdo al tipo de tratamiento recibido antes de su comercialización, como se puede apreciar en el cuadro 1.

Cuadro 1 – Composición química general del arroz (Por 100 g)

INTEGRAL BLANCO PARBOLIZADO Agua (%)

12,00

12,00

10,30

Carbohidratos (%)

77,40

80,00

81,30

Grasa (%)

1,60

0,40

0,30

Fibras (%)

0,90

0,10

0,20

Proteínas (%)

7,50

6,70

7,40

Fuente: http://www.florhuila.com/Página_el%20arroz%20y%20su%20salud.htm Elaborado por: http://www.florhuila.com/Página_el%20arroz%20y%20su%20salud.htm

El arroz tiene una gran importancia nutricional, su contenido de proteínas si bien es limitado, es superior al de otros cereales. Contiene los ocho aminoácidos esenciales para el cuerpo humano y es una fuente importante de minerales y vitaminas. El arroz contiene naturalmente apreciables cantidades de tiamina, riboflavina y niacina, así como fósforo, hierro y potasio. 1

1

http://www.aca.com.uy/alimentacion/arrozenlaalimentacion.htm

20


Producción Nacional:

Según el SICA (Servicio de Información y Censo Agropecuario del Ministerio de Agricultura y Ganadería), el Ecuador es excedentario en la producción de arroz. Los resultados de un levantamiento iniciado a fines de 2001 demostraron la existencia de un excedente de alrededor de 100.000 t. La producción agrícola de arroz da empleo al 22 % de la Población Económicamente Activa, involucrando alrededor de 140.000 familias.1

A continuación se presenta un cuadro de la producción de arroz en Ecuador en los últimos años (1995 – 2001). 2

Cuadro 2 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de arroz

1995

SUPERFICIE COSECHADA (ha)3 395.600,00

1996

377.875,00

1.269.660,00

3.360,00

1997

316.425,00

1.071.541,00

3.386,40

1998

326.879,00

1.049.985,00

3.212,15

1999

366.130,00

1.289.684,00

3.522,48

2000

338.652,00

1.246.634,00

3.681,17

2001

348.886,00

1.255.989,00

3.600,00

AÑOS

PRODUCCIÓN (t)

RENDIMIENTO (kg/ha)

1.290.518,29

3.260,00

Fuente: Departamento de Estadística del Ministerio de Agricultura y Ganadería Elaborado por: Vânia Paggi

1

http://www.sica.gov.ec/cadenas/arroz/docs/panorama_arroz_ecuador2.html

2

Los datos del año 2002 aún no estaban disponibles en la base de datos del departamento de estadísticas del Ministerio de Agricultura y Ganadería. 3

1 hectárea equivale a 10.000 m 2

21


Gráfico 1 – Producción de arroz en Ecuador

PROD UCCION DE ARROZ EN ECUADOR 1,400,000.00 1,200,000.00 S 1,000,000.00 A D A 800,000.00 L E 600,000.00 N O 400,000.00 T 200,000.00 0.00 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

AÑO Fuente: Departamento de Estadística del Ministerio de Agricultura y Ganadería Elaborado por: Vânia Paggi

Como se puede observar en el gráfico 1 la cantidad de arroz producida en Ecuador presenta muy poca variación de un año a otro. Sin embargo en los últimos tres años (1999 – 2001) se ha logrado mejorar el rendimiento de este cultivo, lo que ha permitido obtener una gran producción pese a la disminución de la superficie cosechada. (Ver cuadro 2)

22


B.

MAÍZ

Descripción:

Botánicamente, el maíz ( Zea mays) pertenece a la familia de las gramíneas. La palabra Maíz (de origen indio caribeño) significa literalmente “lo que sustenta la vida”. Juntamente con el trigo y el arroz, el maíz es uno de los cereales más importantes del mundo 1.

El grano de maíz es mayor que el grano de otros cereales. Su coloración varía de blanca a amarilla, aunque también hay variedades de color negro, rojo y jaspeado (ver figura 4).

Se distinguen por las diferencias de los compuestos químicos

depositados o almacenados en el.

Figura 4 – Granos de maíz de diferentes colores

A.

B.

C.

A. Maíz tipo Flint rojo, B. Maíz tipo Flint negro, C. Maíz tipo Dent amarillo. Fuente: http://gourmetsleuth.com/masanixtamal.htm Elaborado por: Vânia Paggi

1

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S02.htm#Capitulo 1 Introducción

23

Capítulo II – Marco de Referencia Las cuatro estructuras físicas fundamentales del grano son: el pericarpio, cáscara o salvado; el endospermo; el germen o embrión; y la pilorriza, que es el tejido inerte en que se unen el grano y el carozo (ver figura 5). Las partes principales del grano de maíz difieren considerablemente en su composición química. El pericarpio se caracteriza por un elevado contenido de fibra cruda. El endospermo, en cambio, contiene un nivel elevado de almidón y el germen se caracteriza por un elevado contenido de grasas. 1

Clasificación:

De acuerdo al endospermo, que corresponde a un 83% del grano 2, el maíz puede ser clasificado en:

Dent (dentado): Posee un endospermo calloso  y vítreo a los lados y en la parte posterior del grano, en tanto que el núcleo central es blando. Debido a que la parte alta del grano contiene almidón harinoso, la pérdida de humedad de esta área provoca un ligero colapso durante la maduración, que produce la apariencia dentada característica. (Ver figura 4, C). Este es el maíz de mayor importancia comercial, ocupando aproximadamente el 73% de la producción global. 2

1

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S03.htm#Capitulo 2 Composición química y valor nutritivo del maíz 2

http://www.imsa.com.mx/historia_maiz2.htm

24


Figura 5 – Estructura del grano de maíz

Fuente: http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S00.GIF Elaborado por: http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S00.GIF

Flint (duro): Tiene un endospermo grueso, duro y vítreo, que encierra un centro pequeño, granuloso y amiláceo  (ver figura 4, A y B). Normalmente se cultiva en lugares que requieren variedades tolerantes al frío o donde las condiciones de germinación y almacenamiento son relativamente pobres. Ocupa aproximadamente el 14% de la producción. 1

1


25


Flour (blando): Sus granos contienen un endospermo suave y harinoso, el cual puede ser fácilmente molido. Ocupa aproximadamente el 12% de la producción global.1

Pop (reventador): Posee un grano esférico y pequeño con un núcleo harinoso que es suave y una cubierta cristalina, que es dura (ver figura 6). Con la aplicación de calor la humedad atrapada en la parte harinosa se expande y estalla a través de la cubierta dura, con lo que se originan las palomitas de maíz. Este tipo de maíz ocupa menos del 1% de la producción mundial.1

Sweet (dulce): Este maíz recibe su nombre debido a que su endospermo está constituido principalmente de azúcar, con una pequeña cantidad de almidón (ver figura 6). Al igual que el maíz reventador, ocupa menos del 1% de la producción total.1

Figura 6 – Granos de maíz dulce y maíz reventador

Arriba granos de maíz dulce y abajo granos de maíz reventador.

Fuente: http://www.usda.gov/gipsa/tech-servsup/visualref/ofactors.htm Elaborado por: http://www.usda.gov/gipsa/tech-servsup/visualref/ofactors.htm

1


26

Capítulo II – Marco de Referencia Uno de los factores más importantes para la clasificación del maíz es la dureza del grano, la cual está dada en función de la resistencia que posee a la acción mecánica o al quebrado durante la cosecha y la poscosecha. Esa resistencia determina la calidad que posee el grano para su uso y conservación y se relaciona en forma directa con la dureza del endospermo, que se debe principalmente a la relación existente entre los endospermos córneo  y harinoso.

En la fracción córnea del endospermo, el almidón y la proteína se encuentran muy fuertemente ligados, mientras que en la fracción harinosa sólo están débilmente ligados, por lo tanto cuanto mayor es la proporción de endospermo córneo, mayor es la dureza del grano. 1

El maíz puede también ser clasificado de acuerdo al porcentaje de amilosa y amilopectina presentes en sus gránulos de almidón, a saber 2:

Maíz normal: En este tipo de maíz la relación entre amilosa y amilopectina es de aproximadamente 1:3. Posee entre el 25 y el 30 % de amilosa.

Maíz ceroso o "waxy": El porcentaje de amilosa en estos granos es inferior al 1%. Un gen afecta la síntesis del almidón de modo tal que sólo cadenas de amilopectina son formadas, con exclusión casi completa de las cadenas de amilosa.

1

http://www.a-campo.com.ar/espanol/maiz/maiz3.htm

2

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S03.htm30.84#Capitulo 2 Composición química y valor nutritivo del maíz

27


Maíz con alta amilosa : Debido a la acción de un mutante recesivo, este tipo de maíz posee entre 50 a 80 % de amilosa en su composición.

En el cuadro 3 se presenta el porcentaje de amilosa de algunas variedades de maíz producidas en Ecuador.

La información estadística, en cuanto a la producción de granos de maíz en Ecuador, está dividida en dos grandes grupos: Maíz duro y Maíz suave, y dentro de cada uno de estos grupos están incluidos todos los tipos de maíz comercializados en el país. En los mercados minoristas de Quito, se encuentra una enorme variedad de granos de maíz, tales como: Tostado grande, Tostado Mediano, Chulpi, Morocho, Mote, Maíz de Gallina, etc. Cabe mencionar que estos son nombres comunes de dichos granos y fueron nombrados tal cual son llamados por los comerciantes.

28


Cuadro 3 – Porcentaje de amilosa en diferentes variedades de maíz del Ecuador MAÍZ

NOMBRE COMÚN*

CARACTERÍSTICA* UTILIZACIÓN*

INIAP 122

Chaucho Mejorado

Amarillo suave

INIAP 102

Blanco Blandito

Blanco suave

INIAP 101

-

Blanco suave

INIAP 124

INIAP 176

Mishca Mejorado

Morochillo

Para choclo y tostado Para choclo, mote y tostado Para choclo, mote

Amarillo suave

y tostado Para choclo y tostado

Amarillo semi-duro

Para forraje y

(similar al maíz de

alimentos

gallina de la costa)

balanceados

INIAP 551

Híbrido 551

Amarillo duro

INIAP 160

Morocho

Blanco duro

ZHUBAY

Zhubay

Blanco semi-suave

INIAP 192

Chulpi

Amarillo duro

Para alimentos balanceados Para morocho Para Mote y Tostado Para chulpi

AMILOSA** % 32,74 30,69 31,71 27,65

26,16

28,47 30,84 26,99 31.41

Fuente: * Ing. José Velásquez – Ingeniero Agrónomo del departamento de Producción de Semillas del INIAP. ** Proyecto: Investigación y desarrollo de nuevas alternativas alimenticias para consumo humano, basadas

en maíz, banano, plátano y quinua. Ensayo: Influencia de la materia prima, el

acondicionamiento y la fritura sobre la textura interna del grano de maíz. Responsables: Ing. Nelly Lara e Ing. Geovanna Lescano. Departamento de Nutrición del INIAP.

Elaborado por: Vânia Paggi

29


Composición Química:

Es la composición química del grano, que define el valor nutricional y las propiedades tecnológicas del mismo. 1 En el cuadro 4 se presenta la composición química general de distintos granos de maíz.

Cuadro 4 – Composición química general del maíz (en %)

Tipo

Humedad Cenizas Proteínas

Fibra

Extracto

cruda

etéreo

Hidratos de carbono

Cristalino

10,5

1,7

10,3

2,2

5,0

70,3

Harinoso

9,6

1,7

10,7

2,2

5,4

70,4

Amiláceo

11,2

2,9

9,1

1,8

2,2

72,8

Dulce

9,5

1,5

12,9

2,9

3,9

69,3

Reventador

10,4

1,7

13,7

2,5

5,7

66,0

Negro

12,3

1,2

5,2

1,0

4,4

75,9

Fuente: http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S04.htm#CUADRO 6 Elaborado por: http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S04.htm#CUADRO 6

En el cuadro 5 se encuentra la composición química proximal de algunas variedades de maíz producidas en Ecuador. Los nombres de cada variedad están dados de acuerdo a la nomenclatura utilizada por el departamento de producción de semillas del INIAP.

1


30


Cuadro 5 – Composición química proximal de diferentes tipos de maíz del Ecuador Humedad

Cenizas

Fibra

Proteínas

E. Etéreo

Carbohidratos

%

%

%

%

%

%

INIAP 122

10,46

1,42

2,91

6,74

4,83

73,91

INIAP 102

10,58

1,44

3,02

6,25

4,79

75,63

INIAP 101

11,74

1,30

3,00

6,02

3,87

73,47

INIAP 124

10,17

1,39

2,73

6,32

5,36

74,30

INIAP 176

12,02

1,14

3,40

7,67

4,62

70,72

INIAP 551

11,92

1,38

4,14

9,67

4,47

68,86

MOROCHO

11,66

1,46

2,65

5,98

5,03

65,00

ZHUBAY

12,31

1,46

2,60

6,22

4,65

67,22

CHULPI

11,71

7,37

2,57

8,88

6,02

45,68

Maíz

Fuente: INIAP – Proyecto: Investigación y desarrollo de nuevas alternativas alimenticias para consumo humano, basadas en maíz, banano, plátano y quinua. Ensayo: Influencia de la materia prima, el acondicionamiento y la fritura sobre la textura interna del grano de maíz. Responsables: Ing. Nelly Lara e Ing. Geovanna Lescano.



En términos de absorción de mano de obra, el cultivo de maíz en Ecuador utiliza un 8% de la Población Económicamente Activa (PEA) de la agricultura, ganadería y caza, y la cadena en su conjunto un 3% de la PEA total. 1

1

http://www.sica.gov.ec/cadenas/maiz/docs/panorama_cadena2002.html

31

Capítulo II – Marco de Referencia Los datos de la producción de maíz en Ecuador en los últimos años se presentan a continuación.1 Cabe resaltar entretanto que la información sobre la producción de maíz en el país se encuentra dividida en cuanto a la dureza del grano y su comercialización en fresco (choclo) o después de haber pasado por un proceso de secado, así existe maíz duro seco, maíz duro choclo, maíz suave seco y maíz suave choclo. Tomando en cuenta que para el proceso de expansión solamente se utilizan granos secos, solo se mencionará la información referente a este tipo de granos.

La producción de maíz duro seco tubo una caída drástica en el año de 1998, la cual se debe básicamente a la reducción de la superficie cosechada en aquel año, ya que el rendimiento alcanzado fue similar al de la mayoría de los años. Para 1999 se observa nuevamente una tendencia ascendente, siendo que en 2001 se alcanzaron los mayores niveles de producción, conjuntamente con un elevado rendimiento, superado solamente por el obtenido en el año de 1997 (Ver cuadro 6).

1

Al igual que para el arroz los datos del año 2002 aún no estaban disponibles.

32


Cuadro 6 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de maíz duro seco SUPERFICIE COSECHADA

AÑOS

1

(ha)

PRODUCCIÓN

RENDIMIENTO

(t)

(kg/ha)

1995

325,310.00

489,692.26

1,505.31

1996

316,667.00

513,000.00

1,620.00

1997

264,414.00

570,192.00

2,182.91

1998

160,138.00

273,002.00

1,704.79

1999

237,365.00

407,467.00

1,716.63

2000

261,913.00

515,092.00

1,966.65

2001

294,983.00

622,253.72

2,109.46


Gráfico 2 – Producción de maíz duro seco en Ecuador

PROD UCCIÓN DE MAÍZ DURO SECO E N ECUADOR 700,000.00

S A D A L E N O T

600,000.00 500,000.00 400,000.00 300,000.00 200,000.00 100,000.00 0.00 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

AÑO Fuente: Departamento de Estadística del Ministerio de Agricultura y Ganadería Elaborado por: Vânia Paggi 1


33


Cuadro 7 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de maíz suave seco SUPERFICIE COSECHADA

AÑOS

1

(ha)

PRODUCCIÓN

RENDIMIENTO

(t)

(kg/ha)

1995

157,220.00

67,696.15

430.58

1996

160,781.00

72,763.00

452.56

1997

167,053.00

100,001.00

598.62

1998

160,809.00

87,369.00

543.31

1999

153,253.00

76,397.00

498.50

2000

147,206.00

77,696.00

527.80

2001

144,070.00

99,383.28

689.83


Gráfico 3 – Producción de maíz suave seco en Ecuador

PROD UCCIÓN DE MAÍZ SUAVE SECO E N ECUADOR 120,000.00

S A D A L E N O T

100,000.00 80,000.00 60,000.00 40,000.00 20,000.00 0.00 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001


1


34

Capítulo II – Marco de Referencia El

maíz suave seco es producido en menores cantidades que el maíz duro seco. La

producción del maíz suave seco tiene un comportamiento irregular donde se observan picos de mayor producción en 1997 y en 2001 (ver gráfico 3). Esto se debe al mayor rendimiento obtenido en dichos años en comparación con los demás ya que se observa una clara disminución de la superficie cosechada a partir del año 1997 (ver cuadro 7).

C.

QUINUA

Descripción:

La quinua ( Chenopodium quinoa Wild ) se cultiva en zonas áridas y semiáridas de los Andes. Los granos, cuyo color varía (blanco, gris, rosado) tienen tamaño entre 1,8 – 2,6 mm. El tamaño del grano sirve como criterio de clasificación: Quinua grande (2,2 – 2,6 mm), Quinua mediana (1,8 – 2,1 mm) y Quinua pequeña (menores de 1,8 mm).1

El embrión corresponde a la mayor proporción del grano (30 % del peso), mientras que en la mayoría de cereales corresponde solamente al 1 %. 1 El pericarpio que es la capa externa que cubre el grano es rugosa y seca, está formado por tres capas y se encuentra pegada a la semilla. Se desprende con facilidad al ser puesta en contacto con agua caliente. En el pericarpio se almacena una sustancia amarga denominada saponina que al ser lavada se elimina en forma de espuma. 1

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades

35

Capítulo II – Marco de Referencia Directamente bajo del pericarpio está el episperma, una membrana delgada que cubre al embrión. El embrión está formado por los dos cotiledones  y la radícula y, envuelve al perisperma en forma de anillo. En el perisperma, siempre de color blanco, se encuentran los granos de almidón. 1

Figura 7 – Grano de quinua

Fuente: http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#variedades Elaborado por: http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#variedades

Clasificación:

La quinua

presenta una gran variabilidad y diversidad de formas. Según su

adaptación a las características geográficas, las variedades de quinua se clasifican en 5 categorías básicas: quinuas del valle, quinuas del altiplano, quinuas de terrenos salinos, quinuas del nivel del mar y quinuas subtropicales. 2

1

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades 2

http://www.fao.org/inpho/compend/text/ch11.htm

36

Capítulo II – Marco de Referencia Las variedades de quinua producidas en Ecuador se agrupan en tres grandes grupos:

Variedades criollas: son aquellas variedades que el agricultor ya cultivó por mucho tiempo. Estas variedades están sometidas permanentemente a la presión y selección del medio ambiente y por esta razón se encuentra bien adaptadas al lugar en que se desarrolla el cultivo, sin embargo son variedades muy heterogéneas tanto en el genotipo como en el fenotipo . La cantidad de variedades criollas en Ecuador es numerosa.1

Variedades mejoradas : son el resultado de un fitomejoramiento sistemático. Estas variedades son homogéneas en fenotipo y genotipo. 1 El INIAP ha desarrollado cuatro variedades de quinua a partir de poblaciones recolectadas en el país, siendo dos variedades amargas: INIAP-IMBAYA e INIAP-COCHASQUI y dos variedades semidulces: INIAP-INGAPIRCA e INIAP-TUNKAHUAN. Actualmente solamente esta última se está cultivando tanto para el mercado local como internacional, debido a sus excelentes características. Las otras tres variedades prácticamente han desaparecido. 1

Quinuas silvestres : son los ancestros y parientes cercanos de las quinuas cultivadas, y utilizadas como fuente genética para el mejoramiento de las mismas. Muchas veces pueden presentarse como “malezas” dentro de un cultivo con variedad mejorada.

1

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades

37

Capítulo II – Marco de Referencia En los mercados minoristas de la ciudad de Quito, la quinua comercializada difiere de un punto de venta a otro, En Ecuador se comercializan tres tipos de quinua. La más apreciada por el consumidor es de la variedad Real que se caracteriza por un grano grande de coloración blanca. Esta quinua es perlada y libre de impurezas, y normalmente proviene de Perú o Bolivia. También existe una quinua de tamaño medio y parcialmente limpia, traída de Perú. Finalmente se encuentra la quinua pequeña y dulce de la variedad Tunkahuan, desarrollada por el INIAP. 1

Una forma más técnica de clasificar la quinua, es mediante el nivel de saponina encontrado, que va de 0 % a 4 %: 2

Quinuas libres de saponina : variedades que tienen 0,00 % de saponina. Quinuas dulces : variedades que tienen hasta 0,06 % de saponina. Quinuas semidulces : variedades que tienen más de 0,06 % de saponina y hasta 0,16%.3

Quinuas amargas: variedades que tienen más de 0,16 % de saponina.

1

BAQUERO, M., JACOBSEN, B., VITERI, G., TROYA, X., La Quinua y sus Mercados ( Ecuador, Unión Europea). CRS/CIP/FECD. 2002 – Ecuador. Página 8 2

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/Páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades 3

Ya que en la fuente de información (nota al pie “2”) no se mencionan las variedades que contienen valores entre 0,06 y 0,16 % de saponina, en este documento se las denomina “quinuas semidulces”.

38



La quinua presenta un adecuado balance de proteínas, carbohidratos y minerales, necesarios para la vida humana, por lo que es considerada como uno de los pocos alimentos de origen vegetal nutricionalmente completo. 1 Posee una proteína de alto valor biológico, que por su elevado contenido de lisina y su balance de aminoácidos esenciales, resulta comparable a la proteína de origen animal.

En el cuadro 8 se presenta la composición química proximal de la quinua, con sus valores promedios y el rango de valores.

Cuadro 8 – Composición química general de la quinua RANGO DE VALORES VALOR PROMEDIO Agua (%)

6,2 – 14,1

9,6

Carbohidratos (%)

53,2 – 67,2

61,7

Grasa (%)

4,3 – 9,5

7,2

Fibras (%)

1,2 – 4,8

2,9

10,8 – 21,9

15,7

2,0 – 6,1

3,3

Proteínas (%) Cenizas

Fuente: KOZIOL, M. J., Chemical Composition and Nutritional Evaluation of Quinoa. Latinreco S.A., Centro Nestlé de Desarrollo de Alimentos para América Latina. 1991 – Ecuador.


1

http://www.fao.org/inpho/compend/text/ch11-02.htm

39



La producción de quinua en Ecuador es realizada casi en su totalidad por pequeños productores. La mayoría de estos productores se encuentran asociados. De las asociaciones existentes, ERPE (Escuelas Radiofónicas Populares del Ecuador) e Inagrofa abarcan más del 80% de la producción y comercialización de quinua a nivel nacional. En el año de 2002 ERPE ocupo el 54% de la producción e Inagrofa el 36%.1

Cuadro 9 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de quinua SUPERFICIE AÑOS

COSECHADA (ha)2

PRODUCCIÓN

RENDIMIENTO

(t)

(kg/ha)

1995

1.210,00

408,23

337,38

1996

1.240,00

555,00

447,58

1997

1.098,00

304,00

276,87

1998

1.018,00

938,00

921,41

1999

657,00

235,00

357,69

2000

629,00

223,00

354,53

2001

320,00

439,56

1.373,63


1

BAQUERO, M., JACOBSEN, B., VITERI, G., TROYA, X., La Quinua y sus Mercados (Ecuador, Unión Europea) . CRS/CIP/FECD. 2002 – Ecuador. Página 21 2


40

Capítulo II – Marco de Referencia La producción de quinua en Ecuador es bastante irregular (ver gráfico 4). La superficie cosechada ha descendido a partir del año 1997. El excelente rendimiento obtenido en el año de 2001 ha permitido incrementar la producción pese a la menor superficie cosechada de todos los años (ver cuadro 9).

Gráfico 4 – Producción de quinua en Ecuador PRODUC CIÓN DE QU INUA EN ECUADOR 1,000.00 900.00 S A D A L E N O T

800.00 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

AÑO


41


D.

TRIGO

Descripción:

El trigo es la planta alimenticia más extensamente cultivada en el mundo entero. Más de mil millones de seres humanos lo consumen en diversas formas, y contribuye en mayor proporción que ningún otro alimento a suministrar calorías y proteínas al hombre.1

La planta del trigo es un miembro de la familia de las gramíneas, que comprende unos 600 géneros y más de 5000 especies. Todos los trigos, sean silvestres o cultivados, se hallan incluidos en el género Triticum.1

Figura 8 – Grano de trigo

Fuente: http://www.puc.cl/sw_educ/prodanim/digestiv/maov/trigo.htm Elaborado por: http://www.puc.cl/sw_educ/prodanim/digestiv/maov/trigo.htm

1

AYKROYD, W.R. & DOUGHT, J., El Trigo en la Alimentación Humana , 1° Edición, Editorial FAO. 1970 – Italia. Páginas 7.

42

Capítulo II – Marco de Referencia Las principales partes del grano de trigo son el pequeño embrión o germen, que se transforma en la nueva planta, y el endospermo, que es un depósito de alimentos para el embrión. El grano está rodeado por el pericarpio, que se subdivide en epidermis, escamas protectoras y el pericarpio interno o endocarpio. Debajo del pericarpio, se encuentra la cubierta de la semilla, o testa, y una capa hialina , carente de toda estructura celular evidente, que une firmemente la testa con la capa aleurona , de espesor unicelular, que morfológicamente constituye la parte más externa del endospermo.

El endospermo representa alrededor del 82 % del peso del grano. Está formado de células muy apretadas y gránulos de almidón incrustados en una matriz proteica. Las células más externas son pequeñas y de forma cúbica, luego vienen células prismáticas y medianas, y en el centro las células son poligonales y grandes. La parte externa del endospermo es vítrea o translúcida, y a menudo se dice de ella que es córnea, mientras que la parte interior es opaca y se la califica de harinosa. La cantidad de proteína es mayor en la capa externa, en cuanto que la capa interna se caracteriza por una mayor cantidad de almidón. 1

Clasificación:

Según la textura del endospermo, el trigo puede ser clasificado en 1:

1

http://www.monografias.com/trabajos6/trigo/trigo.shtml#claasi

43


Trigo vítreo: Los granos son traslúcidos y aparecen brillantes contra la luz intensa. El carácter vítreo se puede inducir con el abono nitrogenado o con fertilizantes y se correlaciona positivamente con alto contenido de proteína. Los granos a veces, adquieren aspecto harinoso a consecuencia de algunos tratamientos, como por ejemplo por humedecimiento y secado repetidamente, o por calentamiento.

Figura 9 – Estructura del grano de trigo

Fuente: http://www.botham.co.uk/bread/grain.htm Elaborado por: http://www.botham.co.uk/bread/grain.htm

44


Trigo harinoso: La opacidad de los granos harinosos es un efecto óptico debido a la presencia de diminutas vacuolas o fisuras llenas de aire, entre las células del endospermo. Las fisuras forman superficies reflectantes interiores que impiden la transmisión de la luz y dan al endospermo una apariencia blanca. Los granos harinosos son característicos de variedades que crecen lentamente y tienen un período de maduración largo. El carácter harinoso se correlaciona positivamente con la obtención de grandes rendimientos de grano.

Otra forma de clasificación del trigo, es de acuerdo a la dureza del endospermo. La “dureza” y “blandura” son características de molinería, relacionadas con la manera de fragmentarse el endospermo, a saber:

Trigos duros : la fractura tiende a producirse siguiendo las líneas que limitan las células.

Trigos blandos: El endospermo se fragmenta de forma imprevista, al azar.

La dureza está relacionada con el grado de adhesión entre el almidón y la proteína. 1 Así en los trigos duros el almidón está fuertemente adherido a la proteína, mientras que en los trigos suaves el grado de unión es menor.

1


45

Capítulo II – Marco de Referencia Se sabe que los granos de trigo duros son los más recomendados para la expansión por su tamaño. Además es preferible la utilización de trigo perlado (pelado), evitando así tener que separar el salvado del producto en un paso posterior. 1 En los mercados de Quito se comercializa solamente trigo sin perlado.


La principal diferencia en la composición de los tipos de trigo se encuentra en el porcentaje de proteínas y de carbohidratos. (Ver cuadro 10)

Cuadro 10 – Composición química general del trigo TRIGO DURO TRIGO BLANDO Carbohidratos (%)

74,1

78,6

Proteínas (%)

16,0

10,5

Grasa (%)

2,9

2,6

Fibras (%)

2,6

2,5

Cenizas (%)

1,8

1,8

Fuente: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales. 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 28. Elaborado por: Vânia Paggi

1

http://www.foodproductdesign.com/archive/1995/0795CS.html#top

46



El Ecuador pasó de ser un país auto-abastecedor en trigo después de los años 50, a dependiente total de importaciones, con una producción incipiente. Según datos obtenidos en el Ministerio de Agricultura y Ganadería, la producción nacional de trigo satisface únicamente del 1% al 6% de la demanda local. El porcentaje restante se obtiene de la importación.

Cuadro 11 – Superficie cosechada, producción y rendimiento de trigo SUPERFICIE AÑOS

COSECHADA (ha)1

PRODUCCIÓN

RENDIMIENTO

(t)

(kg/ha)

1995

28.430,00

19.762,86

695,14

1996

29.709,00

27.600,00

929,01

1997

26.644,00

19.879,00

746,10

1998

30.519,00

19.787,00

648,35

1999

27.154,00

19.011,00

700,12

2000

24.925,00

17.378,00

697,21

2001

22.576,00

14.152,00

626,86


La producción de trigo en Ecuador presenta una tendencia decreciente (ver gráfico 5). La superficie cosechada de este grano ha bajado notoriamente a partir de 1998 y no se han observado mejoras en los rendimientos obtenidos (ver cuadro 11).

1


47


Gráfico 5 – Producción de trigo en Ecuador

PRODUCCIÓN DE TRIGO EN ECUADOR 30,000.00 25,000.00 S A 20,000.00 D A L 15,000.00 E N 10,000.00 O T 5,000.00 0.00 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001


2.1.2.2

CONSTITUCIÓN QUÍMICA DE LOS CEREALES

El grano maduro de los cereales está formado por hidratos de carbono, proteínas, lípidos, sustancias minerales y agua junto con pequeñas cantidades de vitaminas, enzimas y otras sustancias, nutrientes importantes de la dieta humana.

En el cuadro 12 se encuentra la constitución química de los cuatro cereales empleados en la investigación.

48


Cuadro 12 – Composición química y valor energético de los cuatro cereales utilizados en la investigación COMPONENTES

ARROZ

MAÍZ

QUINUA

TRIGO

Agua (%)

12,1

12,6

11,9

11,3

Proteínas (%)

7,4

9,3

10,5

9,7

Lípidos (%)

0,8

3,5

5,1

1,4

Carbohidratos totales (%)

77,8

69,4

64,2

72,1

Fibra (%)

0,7

3,9

5,2

3,5

Cenizas (%)

1,2

1,3

3,1

2,0

348,0

346,3

344,7

339.8

Energía (kcal/100 g)

Fuente: Luzuriaga, O. - LABOLAB1 Elaborado por: Vânia Paggi

Los hidratos de carbono son cuantitativamente los componentes más importantes y constituyen el 70 - 80% de la materia seca total del grano, siendo el almidón el carbohidrato predominante. 2

Tomando en cuenta que es principalmente el almidón el constituyente que determina la expansión o no del grano durante el proceso de expansión por “cañón”, se describirán solamente las principales características de este compuesto, sin entrar en mayores detalles con respecto a los demás nutrientes.

1

Laboratorio de Análisis de Alimentos. Aguas y Afines, Av. Pérez de Guerrero 391 y Versalles – Oficina 12, 2do. Piso. Quito – Ecuador. 2

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 27.

49


A.

ALMIDÓN

La mayor reserva de energía en casi todas las plantas es el almidón. De todos los polisacáridos es el único producido en pequeños agregados individuales denominados gránulos. Debido a que son sintetizados en las células de cada planta, adquieren la forma y tamaño prescritos por el sistema biosintético de la misma. Por lo tanto varían de planta a planta. 1 Algunas características de los granos de almidón de los cereales se describen en el cuadro 13.

Cuadro 13 – Características de los granos de almidón de los cereales CEREAL

FORMA

OBSERVACIÓN

Grande: 15 – 30

Esférico o lenticular

Endospermo interno

Pequeño: 1 – 10

Esférico

Intermedio: 6 - 15

Esférico

DIÁMETROS (µg)

TRIGO Endospermo sub-aleurona Compuesto de hasta 150 Granos compuestos

Angular

ARROZ

granos simples Granos simples: 2 - 12

-

Hilo visible

2 – 30

Angular o poligonal

Endospermo duro

2 - 30

Esférico

Endospermo farináceo

MAÍZ Fuente: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales. 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 25. Elaborado por: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España.

1

FENEMA, O. R., Química de los Alimentos, 1° edición, Editorial Acribia. 1993 – España. Página 129.

50

Capítulo II – Marco de Referencia Todos los gránulos presentan una hendidura (hilo), que constituye el centro de nucleación alrededor del cual se desarrolla el gránulo. La mayoría de los almidones muestran anillos de crecimiento alrededor del hilo central. 1(Ver figura 10)

Figura 10 – Estructura esquemática del grano de almidón

Fuente: http://www.isis.rl.ac.uk/ISIS97/feature9.htm Elaborado por: http://www.isis.rl.ac.uk/ISIS97/feature9.htm

El almidón es un polisacárido constituido de largas cadenas con centenas o millares de unidades recurrentes de D-glucosa que se diferencian en la forma con que estas unidades están ligadas entre si. Los polímeros de glucosa que constituyen el gránulo de almidón son la amilosa y la amilopectina.2 (Ver figura 11)

La amilosa es una α –D-(1 - 4) – glucana, cuya unidad repetitiva es la α-maltosa. Tiene facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la cual cada vuelta de la hélice consta de seis moléculas de glucosa. 3

1

FENEMA, O. R., Química de los Alimentos, 1° edición, Editorial Acribia. 1993 – España. Página 129. 2

LEHNINGER, A. L., Principios De Bioquímica, 1° edición, 4ª Impresión, Editora Sarvier. 1988 Brasil. Páginas 212 – 213. 3

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 94.

51


Figura 11 – Molécula de amilosa y amilopectina

(a) – Amilosa; (b) - Amilopectina Fuente: http://science.ntu.ac.uk/research/EnzyTex/ERTF1.html Elaborado por: http://science.ntu.ac.uk/research/EnzyTex/ERTF1.html

En la amilopectina las ramas están unidas al tronco central, que se asemeja a la amilosa, por enlaces

α-D-(1-6),

localizados a cada 20 – 30 unidades lineales de

glucosa1. (Ver figura 12)

1

http://www.jic.bbsrc.ac.uk/STAFF/cliff-hedley/Starch.htm

52


Figura 12 – Estructura de un punto de ramificación de la amilopectina.

RAMIFICACIÓN 6CH OH 2

O H

H H OH H

H

(1-6) PUNTO DE RAMIFICACIÓN HO O 6CH 2

H O

CH2OH O

H OH

H

H

OH

H

H O (1-4)

H

O

OH

H

H

OH

H O

CADENA PRINCIPAL

Fuente: LEHNINGER, A. L., Principios De Bioquímica, 1° edición, 4ª Impresión, Editora Sarvier. 1988 - Brasil. Páginas 213.


Fenema 1 menciona que la disposición de las moléculas de amilosa y amilopectina en el gránulo de almidón aún no es conocida, sin embargo parece que se encuentran distribuidas de manera uniforme. Las principales propiedades de estas dos moléculas se describen en el cuadro 14.

Según Kent 2, la cantidad de amilosa en el almidón de los genotipos corrientes de cereal es de 25 – 27%, mientras que en las variedades llamadas céreas, el almidón está formado casi exclusivamente de amilopectina. También existen genotipos que contienen almidón con altos niveles de amilosa.

1

FENEMA, O. R., Química de los Alimentos, 1° edición, Editorial Acribia. 1993 – España. Página 129. 2

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 27.

53


Cuadro 14 – Propiedades de la amilosa y de la amilopectina PROPIEDAD Peso molecular Enlaces glicosídicos

AMILOPECTINA

50.000 – 200.000

1 a varios millones

α -

Susceptibilidad a la retrogradación Forma molecular

AMILOSA

D- (1-4)

α -

D- (1-4), α - D- (1-6)

alta

baja

Esencialmente lineal

arbustiva

Fuente: FENEMA, O. R., Química de los Alimentos , 1° edición, Editorial Acribia. 1993 – España. Página 132. Elaborado por: Vânia Paggi

Los almidones son cuerpos birrefringentes, lo que significa que tienen dos índices de refracción de la luz, por lo cual cuando se irradian desarrollan la típica “cruz de malta”. Esto se debe a que la molécula posee zonas cristalinas y amorfas. Las zonas cristalinas ocupan de 15 a 45% del gránulo y están conformadas por moléculas de amilosa ordenadas paralelamente a través de puentes de hidrógeno, mientras que las zonas amorfas están constituidas por moléculas de amilopectina que no tienen la capacidad de unirse entre sí o con la amilosa. Los gránulos que contiene una mayor cantidad de la fracción ramificada no presentan birrefringencia. 1Además son más fácilmente gelatinizados ya que el agua gelatiniza solamente las partes amorfas del gránulo.2

1

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 96. 2

EPN, Memorias del Seminario Taller sobre Extrusión de Alimentos , Escuela Politécnica Nacional – Instituto de Investigación Tecnológica para Área de Alimentos. 1992 – Ecuador. Páginas 29 – 30.

54


B.

GELATINIZACIÓN DEL ALMIDÓN

Cuando están intactos, los gránulos de almidón son insolubles en agua fría. Si se rompe su membrana externa al ser molido, los gránulos de almidón se hinchan y forman un gel. Cuando se tratan los gránulos enteros con agua tibia, ésta se difunde a través de sus membranas y extrae una parte del almidón. En agua caliente se hinchan a tal extremo que revientan.1

Según Charley2 el almidón puede sufrir dos tipos de hinchamiento: reversible e irreversible. El hinchamiento reversible ocurre cuando los granos de almidón no cocidos, ni dañados, son colocados en agua fría. Lo que ocurre es una absorción y un hinchamiento limitado del agua y la reversibilidad del proceso se debe a que la cristalinidad y birrefringencia de los gránulos no cambian. La captación de agua se hace de forma exotérmica. El segundo método es la gelatinización del almidón , que se menciona, a continuación, más detalladamente.

La energía cinética de las moléculas de agua en contacto con el almidón aumenta de tal manera que se rompen los enlaces intermoleculares produciéndose una atracción entre las moléculas de almidón y el agua, lo que permite la formación de puentes de hidrógeno entre ellas.

1

MORRISON, R. T. & BOYD, R. N., Química Orgánica, 5ª edición, Editora Addison - Wesley Iberoamericana. 1984 - USA. Página 1309. 2

CHARLEY, H., Preparación de Alimentos, 1ª edición, Ediciones Orientación S/A. 1988 - México. Página 178.

55

Capítulo II – Marco de Referencia Las moléculas de agua penetran en el grano de almidón, primero en las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las más accesibles, ya que los puentes de hidrógeno no son tan numerosos ni rígidos como en las áreas cristalinas. La captación de agua de los gránulos de almidón comienza a una temperatura variable, de acuerdo con la fuente del almidón. Cuando se inicia la captación del agua, la suspensión lechosa, en que se encuentra el almidón cuando está en contacto con el agua fría, se hace más translúcida y menos opaca y los granos hinchados pierden su birrefringencia y se inicia entonces el espesamiento del líquido. Por lo tanto, se denomina “punto de gelatinización” o temperatura de gelatinización, a aquélla en la cual se alcanza el máximo de viscosidad y se pierde la birrefringencia. 1

El aumento en la translucidez se debe a que el índice de refracción de los granos hinchados se acerca al del agua. Debido al gran número de grupos hidroxilo presentes en las moléculas de almidón, estos granos pueden absorber grandes cantidades de agua. Diferente del hinchamiento reversible, en el caso de la gelatinización, los granos de almidón, aunque pueden ser secados, no regresarán a su condición original.

La gelatinización es completa en la mayoría de los almidones a una temperatura no mayor de 95 ºC. (Ver cuadro 15). Los almidones céreos se gelatinizan más fácilmente que los normales pues existen menos zonas cristalinas.

1

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 97 - 98.

56

Capítulo II – Marco de Referencia Durante el proceso de expansión de cereales primero debe haber una gelatinización del grano, así cuanto menor el porcentaje de amilosa, mayor será el volumen de expansión.1

Cuadro 15 – Característica de algunos almidones Temperatura de

Tamaño del

gelatinización

gránulo

(°C)

(micras)

Amilopectina

Amilosa

(%)

(%)

Arroz

83

17

62 - 78

2-5

Maíz

73

27

62 - 72

5 - 25

20 - 45

55 - 80

67 - 80

5 - 25

Maíz céreo

99 - 100

0-1

63 -72

5 – 25

Trigo

76

24

58 - 64

11 - 41

Tipo

Maíz rico en Amilosa

Fuente: DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 96.


En realidad la temperatura de gelatinización no es un valor exacto sino que ocurre dentro de un intervalo ya que los gránulos tienen diferente composición y grado de cristalización, aún cuando provengan de la misma fuente botánica. Esto hace con que algunos sean más resistentes que otros. Por esta razón puede haber diferencia de hasta 10 °C entre la temperatura de gelatinización de los primeros gránulos y de los últimos.2

1

http://www.fao.org/inpho/vlibrary/t0567e/T0567E0k.htm#Expanded (puffed, popped) rice products

2

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 98.

57

Capítulo II – Marco de Referencia Entre más grandes son los granos, tienden a hincharse a menores temperaturas. También la presencia de compuestos químicos puede favorecer o inhibir los puentes de hidrógeno influyendo así en la temperatura de gelatinización. Aguilera 1 menciona que el agua afecta de manera muy importante la temperatura de gelatinización de la mayoría de los gránulos de almidón. Así a medida que se aumenta el contenido de agua hasta 60%, la temperatura de gelatinización disminuye.

2.1.3 FUNDAMENTOS DE LA EXPANSIÓN DE CEREALES

2.1.3.1

HISTORIA

El proceso de expansión de granos, utilizando temperatura y alta presión, fue inventado por el científico en alimentos Alexander P. Anderson en 1901, en la Universidad de Columbia en Estados Unidos, y patentado en 1902 bajo el número de patente 707.892. Anderson llenó tubos de ensayo con almidón de cereal, los selló y los sometió a calor hasta que los tubos se reventaron y expulsaron una masa porosa de almidón. Posteriormente repitió los ensayos utilizando granos de cereales enteros y con los logros obtenidos consiguió persuadir la compañía Quaker Oats en Chicago, a desarrollar el primer cañón para inflar granos, utilizando vapor a presión. 2

1

EPN, Memorias del Seminario Taller sobre Extrusión de Alimentos , Escuela Politécnica Nacional – Instituto de Investigación Tecnológica para Área de Alimentos. 1992 – Ecuador. Páginas 29 – 30. 2

http://www.hungrybrowster.com/phaedrus/m090402.htm#5

58

Capítulo II – Marco de Referencia En el mismo año de 1902 la compañía Quaker Oats 1 compro la patente del equipo y contrató los servicios del Dr. Alexander. Para el año de 1904 el arroz expandido ya era introducido en el mercado como un nuevo tipo de cereal para desayuno. 2

El objetivo de su investigación era proveer un método de secado para todo tipo de material húmedo que contuviera almidón, para con esto aumentar su valor nutritivo y hacerlos fácil y completamente digeribles. Anderson descubrió que el agua empleada para hinchar los gránulos de almidón podría ser utilizada para expandir o inflar el gránulo en forma homogénea en todas las direcciones, dando como resultado un almidón altamente poroso, de fácil digestibilidad y solubilidad. Esto sucede cuando el agua cambia repentinamente del estado líquido hacía el estado gaseoso. El cambio es tan rápido que impide que el líquido se difunda a través de las paredes de los gránulos del almidón. Las paredes de los gránulos de almidón retienen los gases dentro del gránulo con tal amplitud que ocasiona una “explosión” del grano. 3

2.1.3.2

PROCESO DE EXPANSIÓN

La esencia del proceso de expansión de granos se encuentra en la gelatinización del almidón bajo condiciones de alta temperatura y alta presión, con la subsecuente caída drástica de esta última, lo que ocasiona una expansión del grano hasta un tamaño mucho mayor que el original.

1

http://www.redibase.com/newsletter/march.htm

2


3

http://www.mnhs.org/school/classroom/communities/communities/red_wing/milestones/puffed/source /doc1.html

59

Capítulo II – Marco de Referencia El proceso de expansión patentado por Anderson es todavía muy utilizado. Los granos, generalmente sin ningún otro ingrediente, son colocados y sellados dentro de una máquina tipo “cañón”. Esta consta de un cilindro horizontal que gira sobre su eje y donde hay quemadores de gas, o de otro tipo, colocados para calentar el exterior del cilindro. También está provista de medios para inclinar el cilindro para facilitar el proceso de carga y descarga de los granos. Un extremo del cilindro está permanentemente cerrado y el otro tiene una tapa que lo cierra y un sistema que permite su apertura en forma instantánea. La masa de granos gira en el interior del cilindro y se calienta en pocos minutos. Es presurizada por el aire caliente y por el vapor de su propia humedad. Cuando se obtiene la presión adecuada (entre 90 a 250 psi o 620.528 a 1.723.689 Pa), la puerta se abre y el contenido sale haciendo un fuerte sonido. Los granos de cereales se expanden por la volatilización súbita de la humedad interna.1

En el cuadro 16 se presentan algunos valores de referencia para la expansión de diferentes granos utilizando cañón. Estos valores son utilizados en Lima, la cual se encuentra a nivel del mar y por lo tanto al abrir la tapa del equipo para liberar el producto la presión baja drásticamente del valor indicado para cada producto a la presión atmosférica a nivel del mar que es de 14.7 psi 2.

En el sistema internacional de medidas la presión se expresa en Pascal (Pa), que es la presión ejercida por un Newton de fuerza sobre un metro cuadrado (N/m 2).

1

DESROSIER, N. W., Elementos de Tecnología de Alimentos , 1° edición, 13° reimpresión, Compañía Editorial continental, S. A. 1998 – México. Páginas 188 189. 2

1 psi = 6.894,757 Pa

60

Capítulo II – Marco de Referencia A nivel del mar se sabe que la presión atmosférica exacta es de una atmósfera que es igual a 760 torr o mm Hg1, este valor se encuentra normalizado en 101.325 Pa 2 y corresponde a 14,69 psi. 3

Según información obtenida en la Página web del Observatorio Nacional 4 la altura media de la ciudad de Quito es de 2.818,05 metros sobre el nivel del mar y la presión atmosférica media es de 547,7 mm Hg, lo que equivale a 10,59 psi (73.015 Pa). Esto indica que existe una diferencia de 4,1 psi (28.269 Pa) a menos que Lima y por lo tanto se supone que las presiones sugeridas en el cuadro 16 pueden ser reducidas en este valor.

Cuadro 16 – Valores de presión para la expansión de diferentes granos GRANO

PRESIÓN PARA

PRESIÓN PARA

APAGAR SOPLETE

LIBERAR PRODUCTO

(psi)

(Pa)

(psi)

(Pa)

ARROZ

80

551.581

110

758.423

CAFÉ

160

1.103.161

200

1.378.951

FIDEOS COGOMO

80

551.581

140

965.266

HABAS

70

482.633

110

758.423

MAÍZ DE POLLO

120

827.371

170

1.172.109

TRIGO RESBALADO

120

827.371

170

1.172.109

Fuente: Casas, J. B. – Repuestos “Casas” El Muelle. Lima - Perú. Elaborado por: Vânia Paggi

1

http://www.anarkasis.com/pitagoras/578_presion_atmosferica/

2

http://www.themeter.net/pressioni_e.htm

3

http://www.ilpi.com/msds/ref/pressureunits.html

4

http://www.epn.edu.ec/~oaq/oaqini2.htm

61

Capítulo II – Marco de Referencia Las condiciones exactas de la etapa de expansión tienen efectos importantes sobre el sabor y la estabilidad del producto. Dentro del cañón se alcanzan temperaturas superficiales de 180 °C o mayores.

Otro factor importante del proceso es el momento de descarga que debe ser controlado para evitar la subexpansión o por el contrario la quema de los productos. 1

En cuanto al flujo del proceso, la expansión de cereales puede ser dividida en dos grandes grupos: Proceso por lotes (Batch) y proceso continuo. A continuación se describe las características fundamentales de cada uno de ellos.

A.

PROCESO DE ELABORACIÓN DE CEREALES EXPANDIDOS POR

LOTES

Los granos de cereal previamente pasados por un proceso de limpieza y secado, son pesados y colocados dentro del cañón precalentado, después la puerta es cerrada y asegurada. El cañón es calentado con rotación para mejor la transferencia de calor. Cuando se alcanza la presión deseada, se suspende el calentamiento y se abre repentinamente la tapa. Los granos expandidos son expulsados hacia una cámara de recolección. Una vez expandido, el cereal pasa por un proceso de tamizado para eliminar granos no expandidos, granos rotos y el salvado. Finalmente el producto pasa a la etapa de recubrimiento o endulzado.

2

1

DESROSIER, N. W., Elementos de Tecnología de Alimentos , 1° edición, 13° reimpresión, Compañía Editorial continental, S. A. 1998 – México. Páginas 188 - 189. 2


62

Capítulo II – Marco de Referencia Caso sea necesario se realiza una etapa posterior de secado, de allí el producto pasa a ser envasado y empacado para ser almacenado y posteriormente comercializado. 1

B.

PROCESO CONTINUO DE ELABORACIÓN DE CEREALES

EXPANDIDOS

En el proceso continuo, la elaboración de cereales expandidos empieza con la limpieza de la materia prima, posteriormente esta es llevada a los silos de almacenamiento de donde pasa a la etapa de expansión propiamente dicha. En esta etapa los granos introducidos dentro del cañón son calentados con vapor bajo presión, hasta alcanzar temperatura cercana a los 200 °C. Posteriormente se baja drásticamente la presión, lo que ocasiona la expansión de los granos y su expulsión hacía una larga cámara. El salvado es eliminado mediante un proceso de separación aerodinámica y el producto pasa a la etapa de recubrimiento en donde se añaden saborizantes, edulcorantes, vitaminas, etc., de allí es llevado por una banda transportadora hasta un horno de secado por aire caliente con la finalidad de bajar el contenido de humedad a un 3%. Finalmente los granos son tamizados para obtener solamente granos expandidos con un correcto grado de expansión. Los granos seleccionados son envasados y embalados para ser almacenados hasta su comercialización (ver figura 13). 2

1


2


63


Figura 13 – Esquematización del proceso automatizado de expansión de cereales

Fuente: http://www.sanitarium.com.au/schoproj/spropuff.htm Elaborado por: http://www.sanitarium.com.au/schoproj/spropuff.htm

64


2.1.3.3

TIPOS DE EXPANSORES

Los expansores tipo cañón pueden ser clasificados de acuerdo a su automaticidad y cantidad de disparos en 1 :

⇒

Cañón manual de disparo simple.

⇒

Cañón automático de disparo simple.

⇒

Cañón automático de múltiples disparos.

⇒

Cañón de disparo contínuo.

En el cañón manual de disparo simple (figura 14) los granos son introducidos por la boca de abertura del cañón y la tapa es cerrada y sellada mediante un sistema de agarradera y ajuste. Cuando el cañón empieza a girar se suministra calor por uno de los lados del cuerpo del equipo, esto hace con que la humedad interna del grano se convierta en vapor. Cuando la presión interna de la cámara de expansión alcanza aproximadamente 200 psi 2 o 1.378.951 Pa 3 (cerca de 9-12 minutos), la tapa es abierta y el repentino cambio de presión ocasiona la expansión del grano y su explosiva descarga a una cámara de recolección.

1

http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch09/bgdocs/b9s09-2.pdf

2

psi = Pounds per Square Inches = libras por pulgadas cuadradas (1 psi = 6.894,757 Pa)

3

Pa = Pascal (1 Pa = 14,69 psi)

65


Figura 14 – Cañón manual de disparo simple

Fuente: BAQUERO, M., JACOBSE, B., VITERI, G., TROYA, X., La Quinua y sus Mercados (Ecuador, Unión Europea) . CRS/CIP/FECD. 2002 – Ecuador. Elaborado por: BAQUERO, M., JACOBSE, B., VITERI, G., TROYA, X., La Quinua y sus Mercados (Ecuador, Unión Europea) . CRS/CIP/FECD. 2002 – Ecuador.

Los cañones automáticos de disparo simple funcionan bajo el mismo principio de los manuales, sin embargo en este tipo de máquina se inyecta vapor a 200 psi (1.378.951 Pa) directamente en la cámara de expansión, con lo que se logra una reducción en el tiempo del proceso, que pasa a ser de aproximadamente 90 segundos.

En el caso de los cañones automáticos de múltiple disparos, el equipo esta formado por un conjunto de cilindros operando en secuencia. Así mientras un cilindro está siendo cargado, en el otro se está inyectando vapor y en otro se realiza la descarga. El proceso de carga y descarga, bien como las condiciones del vapor inyectado para cada uno de los cilindros es exactamente igual a los cañones automáticos de disparo simple.

66

Capítulo II – Marco de Referencia La diferencia entre los cañones de múltiple disparo y los cañones de disparo continuo radica en que en este último al mismo tiempo que se carga por un lado el equipo, por el otro lado se está descargando el producto. 1 Estos cañones pueden estar formados por un único cilindro o por un conjunto de cilindros interconectados, en los cuales la masa de granos pasa continuamente de un cilindro a otro, hasta el orificio de salida al final del último cilindro, donde se encuentra un orificio de descarga por donde los granos son expelidos. 2

Actualmente existen equipos altamente eficientes (con más de 95% de granos expandidos), en donde un lote de cereal es introducido en una cámara

pre-

presurizada y al final de la cual existe una válvula especial, por donde los granos pasan individualmente a un compartimiento con presión atmosférica. 3 (Ver figura 15)

1

HREHA, K., LONG, G. & TSUCHIYA, T., Method and Apparatus for Continuous Puffing. United States Patent Office. Patent N°. 3,231,387. January 25. 1966 – USA. 2

HAUGHEY, C. F. & Erickson, R. T., Puffing Cereal Grains, United States Patent Office. Patent N°. 2,622,985. December 23. 1952 – USA. 3

http://www.apvbaker.co.uk/news/update/eleven/new.php

67


Figura 15 – Esquema de un cañón automático de disparo continuo de un cilindro

Fuente: http://www.apvbaker.co.uk/news/update/eleven/new.php Elaborado por: http://www.apvbaker.co.uk/news/update/eleven/new.php

2.1.4 RECUBRIMIENTO DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS

Como se mencionó anteriormente, una vez expandido el producto puede pasar por una etapa de recubrimiento con la finalidad de mejorar aún más su sabor. A continuación se menciona el tipo de mezcla más utilizada para el recubrimiento o endulzado de los cereales expandidos.

68

Capítulo II – Marco de Referencia El principal ingrediente de las mezclas utilizadas para endulzar los cereales expandidos es la sacarosa. Usualmente se utiliza jarabe de 67 °Brix, sin embargo, también se puede reemplazar un porcentaje de este por azúcar morena o miel. La adición de pequeñas cantidades de aceite es muy importante para evitar el agrupamiento de los granos. 1

La utilización de la sacarosa se debe a que el jarabe elaborado con este edulcorante posee una baja viscosidad, lo que facilita el proceso de atomización en el producto final. Por tratarse de un disacárido (azúcar no reductor) la sacarosa no produce oscurecimiento del recubrimiento en caso de que este requiera pasar por una etapa de secado, por lo que el recubrimiento mantendrá su coloración blanca, típica de la cristalización de la sacarosa2.

El recubrimiento del producto puede ser realizado también con la atomización de dextrinas o maltodextrinas. Este proceso puede ser realizado con o sin la previa adición de una mezcla edulcorante. Otro tipo de edulcorante muy utilizado es la fructosa cristalina o los jarabes de alta fructosa. 2

1


2

http://www.foodproductdesign.com/archive/2001/0601ap.html#top

69


2.1.5

VALOR NUTRITIVO DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS

El valor nutritivo de los cereales expandidos está dado mayormente por su contenido en carbohidratos, principalmente el almidón.

El almidón es el ingrediente de los alimentos que más consumen los humanos y provee un 75 – 80 % del aporte energético total. 1 Su empleo como fuente de energía presenta una ventaja significativa, ya que promueve la utilización de la grasa, lo que lleva a una reducción de los depósitos adiposos y de la obesidad. Por otro lado permite que las proteínas sean utilizadas para otros fines más importantes, como por ejemplo el recambio de proteína tisular. Finalmente los hidratos de carbono constituyen una fuente de energía mucho más abundante y económica que las grasas y proteínas.

En los países en desarrollo, debido a la ingesta relativamente elevada de cereales, no se les puede considerar solo una fuente de energía, sino que además suministran cantidades notables de proteínas.

El único límite a la riqueza proteica de los cereales es su deficiencia en ciertos aminoácidos esenciales (ver cuadro 17), por lo cual para aprovechar al máximo su aporte es necesario complementarlos con la ingesta de otros alimentos proteicos ricos en esos aminoácidos limitantes.

1

FENEMA, O. R., Química de los Alimentos, 1° edición, Editorial Acribia. 1993 – España. Página 82.

70

Capítulo II – Marco de Referencia La FAO señala que una proteína es biológicamente completa cuando contiene todos los aminoácidos esenciales  en una cantidad igual o superior a la establecida para cada aminoácido en una proteína de referencia o patrón. La "proteína de referencia" es una proteína teórica definida por la FAO con la composición adecuada para satisfacer correctamente las necesidades proteicas.

Existen distintas proteínas de referencia dependiendo de la edad, ya que las necesidades de aminoácidos esenciales son distintas. 1 Una vez realizada la comparación, entre las dos proteínas, aquel aminoácido que presenta mayor déficit en comparación con la proteína de referencia es denominado aminoácido limitante. Como se puede observar en el cuadro 17 los cereales son deficientes en lisina, sin embargo, algunos cereales contienen un exceso de ciertos aminoácidos esenciales que influye en la eficiencia de la asimilación de las proteínas. 2

La deficiencia en lisina que presentan la mayoría de los cereales, puede incrementarse debido a las alteraciones que ocurren en las proteínas a las altas temperaturas a que son sometidos los granos durante el proceso de expansión. Sin embargo como este tipo de producto suele ser consumido con leche, esta deficiencia se vería compensada ya que la leche es una excelente fuente de este aminoácido.

1

3

http://www.jamuy.com/vida/alimentos/recetas/proteinas.html

2

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S03.htm#Capitulo2 Composición química y valor nutritivo del maíz 3

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 146 – 149.

71

Capítulo II – Marco de Referencia Por lo general los cereales presentan una baja digestibilidad, a excepción de la quinua que presenta una digestibilidad de aproximadamente 80%. 1 Mediante el proceso de expansión se logra aumentar la digestibilidad de estos productos, además de que las altas temperaturas alcanzadas propician la desactivación de factores tóxicos o antinutricionales, bien como la destrucción de la carga microbiana. 2

Cuadro 17 – Aminoácidos limitantes en los cereales OTROS AMINOÁCIDOS

CEREAL

AMINOÁCIDO LIMITANTE

Arroz

Lisina

Metionina y Treonina

Avena

Lisina

Metionina y Treonina

Cebada

Lisina

Isoleucina y Treonina

Centeno

Lisina

Fenilalanina

Maíz

Lisina

Triptófano

Sorgo

Lisina

Metionina y Tirosina

Trigo

Lisina

Isoleucina

LIMITANTES

Fuente: http://www.nutricion.org/ZSaludydietaSolnet/Alimentos/Cerealesnutrientesprots.htm Elaborado por: http://www.nutricion.org/ZSaludydietaSolnet/Alimentos/Cerealesnutrientesprots.htm

En los cuadros 18 y 19 se encuentra el valor nutricional de algunos cereales expandidos, que se venden comercialmente.

1


2

http://www.fao.org/docrep/T0818S/T0818S0i.htm

72


Cuadro 18 – Composición química de algunos cereales expandidos (Por 100 g)

Agua Carbohidratos Azúcares Proteína Grasa Ceniza Fibra (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g)

Cereal Arroz Expandido Kelloggs Trigo Expandido Kelloggs Trigo expandido Quaker Oats

2,7

81,5

38,7

4,0

10,3

0,9

0,3

3,1

88,0

54,5

5,8

2,1

0,5

0,6

2,5

68,5

1,5

14,2

1,3

1,5

15,4

Fuente: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales. 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 147.


Cuadro 19 – Riqueza en vitaminas de algunos cereales expandidos (Por 100g)

Cereal

Na

K

Ca

Fe

P

B6

B12

(g) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg)

Niacina Piridoxina D (mg)

(mg)

(µg)

Arroz Expandido

0,2

94

20

6,7

73

1,0

1,5

16

1,8

2,8

-

92

19

6,7

112

1,0

1,5

16

1,8

2,8

-

-

26

4,6

350

0,3

0,13

5

0,14

-

Kelloggs Trigo Expandido Kelloggs Trigo expandido Quaker Oats Fuente: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales. 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 148.


73


2.1.6

ESTABILIDAD DE LOS PRODUCTOS EXPANDIDOS

La estabilidad de los cereales expandidos está relacionada con factores sensoriales tales como: textura, apariencia y sabor. Por esta razón su durabilidad está condicionada por el material de empaque, el cual debe ser impermeable a la humedad, a los vapores de agua y a los olores extraños. 1

Por lo general estos productos tienen vida útil superior a un año. Esto se debe a que el proceso de expansión se realiza con granos con baja humedad y el producto resultante contiene alrededor de 3% de humedad, lo que es suficientemente bajo como para prevenir

su deterioro. Además las altas temperaturas del proceso

pasteurizan de forma muy efectiva el producto, aumentando así su vida en anaquel. 2 Sin embargo si el contenido de lípidos del grano expandido es relativamente elevado, entonces puede ocurrir una oxidación debido a las altas temperaturas del proceso, lo que ocasionaría un sabor a rancio en el producto final. 3

La textura de un cereal expandido debe ser crujiente. Este atributo está dado por la sensación que se produce en la boca, la resistencia a la masticación y el sonido producido. El análisis sensorial es por lo tanto uno de los métodos más comunes utilizados para evaluarlo.

1

HEISS, R., Principio de Envasado de los Alimentos , 1° Edición, Editorial Acribia. 1977 - España. Página 15 - 17. 2

http://wwwaces.uiuc.edu/asamex/extrusion5.html

3

http://www.foodproductdesign.com/archive/1999/0699de.html#top

74

Capítulo II – Marco de Referencia La evaluación sensorial se ocupa de la medición y cuantificación de las características de un producto, ingrediente o modelo, las cuales son percibidas por los sentidos humanos. 1 Una evaluación cuantitativa de la textura se hace con el empleo de métodos mecánicos, con los cuales se mide la frecuencia y la amplitud de la fractura.2

El mayor inconveniente que presentan los productos expandidos, utilizados como cereal para el desayuno, es que se tornan esponjosos al entrar en contacto con la leche, perdiendo así la característica de crujiente. Una recomendación importante en este caso es utilizar granos de alto peso molecular para la elaboración del producto (con mayor porcentaje de amilopectina).

El incremento del peso molecular de la materia prima aumenta la temperatura de transición vítrea (Glass Transition Temperature – Tg). La Tg es la temperatura (a un contenido de humedad determinado) en la cual la consistencia del material cambia de dura a gomosa. Proceso similar ocurre cuando el cereal absorbe agua, pasando de una consistencia crocante a una consistencia esponjosa. Así al utilizar granos de alto peso molecular en el proceso, se necesitará un mayor contenido de humedad para que ocurra la transición, por lo tanto el producto se mantendrá crocante por un mayor período de tiempo.3

PEDRERO, D. L. & PANGBORN, R. M., Evaluación Sensorial de los Alimentos, 1ª edición, Editorial Alhambra Mexicana. 1996 - México. Página 15. 1

2


3

http://www.foodproductdesign.com/archive/1999/0699de.html#top

75

Capítulo II – Marco de Referencia Otro factor importante a considerar, desde el punto de vista de la estabilidad, es el empleo de edulcorantes. Se debe tomar en cuenta el grado de higroscopicidad de la mezcla utilizada, y de acuerdo a esto utilizar un material de empaque adecuado para evitar que el producto se torne esponjoso por la absorción de humedad. La presencia de azúcar en el producto disminuye la Tg y consecuentemente el producto se torna rápidamente esponjoso al ser mezclado con la leche.

Una posible solución a este problema es la utilización de recubrimientos que contienen un cierto porcentaje de goma soluble en agua fría, estas gomas cuando se disuelven aumentan la viscosidad de la leche y por lo tanto la penetración de líquido en el producto será más lenta. Sin embargo este tipo de sustancias pueden dar al producto un aspecto limoso o pegajoso, tornándose así en una desventaja. Una buena opción es la utilización de almidones, dextrinas o maltodextrinas sobre la superficie del cereal endulzado, los cuales tienden a estabilizar el sistema edulcorante. 1

1


76


2.2

MARCO CONCEPTUAL

A continuación se definen algunas palabras ampliamente utilizadas en el transcurso de la investigación.

2.2.1 EXPANSIÓN

En el diccionario la palabra expansión significa la dilatación, especialmente de un gas.1 Sin embargo para el presente documento al hacer referencia a la palabra expansión se estará mencionando el aumento de tamaño que sufren los granos de cereales una vez que han sido liberados del expansor.

2.2.2 EXPANDIDO

Expandido es el calificativo empleado para designar el producto final obtenido del proceso de expansión, como por ejemplo: arroz expandido, maíz expandido, etc.

2.2.3 EXPANSOR O CAÑÓN

Expansor o cañón es la máquina en la cual los granos de cereales son expandidos. En el caso de la presente investigación, al mencionar las palabras expansor o cañón, se hace referencia al expansor tipo cañón utilizado.

1

http://www.diccionarios.com/index.phtml?diccionario=dgle&query=expansi%F3n

77


2.2.4 PROCESO DE EXPANSIÓN

En el presente estudio el proceso de expansión comprende las etapas del proceso desde el pesado de los granos hasta su liberación como producto expandido. La etapa de recubrimiento de los productos expandidos, y el envasado no están incluidos en la presente investigación.

2.2.5 ETAPA

Etapa son cada uno de los siguientes pasos realizados dentro del proceso de expansión: preparación de la materia prima, precalentamiento del expansor, introducir la materia prima en el expansor, calentamiento y presurización de la materia prima y liberación del producto expandido.

78

Capítulo III – Metodología

CAPITULO III – METODOLOGÍA

En el presente capítulo se describe la metodología empleada para lograr los objetivos específicos planteados y por ende alcanzar el objetivo general propuesto. Por fines prácticos se detallan los pasos realizados en función de cada objetivo específico. Los resultados finales obtenidos con el cumplimiento de cada objetivo se presentan en el Capitulo IV, correspondiente a Resultados y Análisis.

3.1

METODOLOGÍA APLICADA PARA CUMPLIR CON EL PRIMER

OBJETIVO ESPECÍFICO

Para la realización del primero objetivo planteado “ definir las principales

características y controles que debe tener un expansor de cereales tipo cañón para ser utilizado en laboratorio ”, se realizaron las siguientes actividades:

3.1.1 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN TEÓRICA.

Esta actividad consistió en consultar los principios fundamentales de la tecnología de expansión de cereales. Para acceder a esta información se realizaron consultas por Internet y consultas a las siguientes bibliotecas e instituciones:

⇒

Biblioteca del Instituto Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad

⇒

Biblioteca del Instituto de Investigación y Tecnología de Alimentos de la Universidad Politécnica Nacional

⇒

Biblioteca General de la Universidad San Francisco de Quito 79

Capítulo III – Metodología ⇒

Biblioteca General de la Universidad Tecnológica Equinoccial

⇒

FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación)

⇒

IICA (Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura)

⇒

INIAP (Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias)

⇒

LABOLAB (Laboratorio de Análisis de Alimentos, Aguas y Afines)

⇒

MAG (Ministerio de Agricultura y Ganadería)

Una vez recolectada la información básica, se realizó un proceso de selección de los puntos más importantes para el desarrollo de la investigación. Así se elaboró un esquema con los temas que deberían ser considerados en el marco teórico, y los artículos seleccionados fueron entonces divididos en función al tema que trataba.

Posteriormente las ideas principales fueron transcriptas en un artículo, el cual una vez revisado permitió determinar la necesidad de recolectar información más específica o complementaria sobre determinados temas, a fin de lograr una mayor comprensión y manejo del proceso de expansión. Para recoger dicha información se siguió el mismo procedimiento utilizado para reunir y seleccionar la información básica.

80


3.1.2 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN PRÁCTICA

Frente a la falta de información bibliográfica que describiera paso a paso el manejo del equipo, además de la inexistencia de valores de referencia en cuanto a la presión a la cual deberían ser sometidos cada uno de los granos para la expansión, se decidió recurrir a fuentes primarias de investigación.

Primeramente se logró obtener valores de referencia para la expansión de diferentes granos (ver cuadro 16), bien como una descripción del proceso de expansión utilizando un cañón manual de disparo simple, junto al Sr. Joaquín Barraza Casas, propietario de Repuestos “Casas El Muelle”, empresa que vende máquinas artesanales para expandir granos, en la ciudad de Lima – Perú. Posteriormente en entrevistas con el Sr. Guillermo Castillo, propietario de la empresa ecuatoriana Productos Castillo1, productora de cereales expandidos, se obtuvo la descripción del proceso de expansión de cereales utilizando un cañón semiautomático de disparo simple y las presiones a las cuales se debería llegar para la expansión de arroz y de maíz.

1

La empresa Productos Castillos esta localizada en el Valle de los Chillos, antigua vía a Amaguaña, en la provincia de Pichincha - Ecuador

81


3.1.3 DEFINICIÓN DE VARIABLES A SER CONTROLADAS POR EL EQUIPO

Con la información teórica y práctica recolectada fue posible familiarizarse con las principales variables que intervienen en la elaboración de cereales expandidos. (Ver cuadro 20)

Así, primeramente se determinaron las

variables que serían factibles de ser

controladas por el equipo. Posteriormente se analizó la facilidad de lograr un medio de control y el costo que podría tener dicho control.

Cuadro 20 – Principales variables que intervienen en el proceso de expansión de cereales utilizando cañón VARIABLES DEL EQUIPO

VARIABLES DE LA MATERIA PRIMA

Fuente de calor

Materia prima utilizada (Tipo de cereal)

Intensidad de calor

Variedad de la materia prima utilizada

Temperatura de la cámara de expansión Tratamientos recibidos por la materia prima Presión de la cámara de expansión

Cantidad de materia prima

Tiempo de permanencia en la cámara Humedad de la materia prima de expansión Fuente: Marco de referencia de la presente investigación Elaborado por: Vânia Paggi

82


3.1.4 DEFINICIÓN DE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL EQUIPO PARA SER UTILIZADO COMO MATERIAL DIDÁCTICO

Con el previo conocimiento del funcionamiento de los expansores de cereales tipo cañón y de las variables del proceso de expansión que controlaría el equipo, fueron definidas las características básicas que debería tener el equipo para su funcionamiento.

Se debe resaltar que para la definición de las características se tomó en cuenta la finalidad práctica del equipo y su funcionalidad como material didáctico para los estudiantes de la Escuela de Ingeniería en Industrialización de Alimentos de la Universidad Tecnológica Equinoccial.

3.2

METODOLOGÍA PLICADA PARA CUMPLIR CON EL SEGUNDO


Para el cumplimiento del segundo objetivo “adecuar el equipo de acuerdo a las

características definidas y con los controles necesarios” , fueron realizadas las siguientes actividades:

83


3.2.1 INVESTIGACIÓN SOBRE COSTO Y TIEMPO DE CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO

Una vez definidas las características que el equipo debería tener, se realizó un proceso de consulta a ingenieros y técnicos en mecánica para determinar el costo de construcción del mismo, bien como el tiempo necesario para dicha construcción.

Durante esta etapa de consulta se pudo constatar el desconocimiento de este tipo de máquina por parte de la mayoría de los profesionales entrevistados. Del reducido número de personas que conocían el equipo, solamente dos estuvieron dispuestas a construirlo.

Tomando en cuenta que la cotización del equipo fue de 3.000 y 3.500 dólares, el tiempo mínimo de construcción de cuatro a seis meses y por las razones ya expuestas dentro de las limitaciones de la presente investigación, se tomo la decisión de vincular a un egresado de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Nacional, Sr. René Jervis Zambrano. Así la parte netamente mecánica de la construcción, serviría de material para la elaboración de su tesis, mientras que el funcionamiento del equipo y su utilización práctica, se investigaría en la presente tesis.

84


3.2.2 ADQUISICIÓN DE UN CAÑÓN ARTESANAL PARA EXPANDIR GRANOS

Mediante una entrevista con el Ingeniero Osvaldo Acuña del Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Politécnica Nacional se supo de la existencia de expansores tipo cañón producidos artesanalmente en Perú.

A través de comparación de ofertas se verificó la viabilidad económica de adquirir el equipo en Perú (175 dólares) y transportarlo por avión a Ecuador (100 dólares), desde:

Repuestos Casa “El Muelle” Av. Aviación N° 1501 (Ovalo Av. N. Arriola) La Victoria. Teléfono 3230-828 Lima – Perú (Propietario: Joaquín Barraza Casas)

En Perú este tipo de expansores son llamados “ Tostadora de Granos Player

Elefante”, los cuales son fabricados también en forma artesanal.

85


3.2.3 ADECUACIONES DEL EQUIPO PARA SER UTILIZADO EN LABORATORIO

Una vez que el equipo estuvo armado (ver figura 16) se observaron los siguientes inconvenientes:

⇒

Funcionamiento totalmente manual

⇒

Falta de dispositivos de control

⇒

Difícil de manejar

⇒

Carencia de una cámara de recolección del producto obtenido

Figura 16 – Tostadora de Granos “Player Elefante”

Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

86

Capítulo III – Metodología Con la finalidad de lograr el control de las variables preestablecidas, facilitar su operación y mejorar su funcionamiento, se sugirieron entonces ajustes al equipo, tales como:

⇒

Adaptación de un motor

⇒

Colocación de un termómetro

⇒

Construcción de una base para elevar la altura del expansor

⇒

Adaptación de un sistema para amortizar la caída de la tapa

⇒

Creación de un mecanismo que permitiera regular la posición de la boca del cañón en el momento del disparo

⇒

Construcción de una cámara para recolectar el producto

Los ajustes efectuados y las razones por las cuáles fueron realizados se detallan en el Capítulo IV – Resultados y Análisis

3.3

METODOLOGÍA PLICADA PARA CUMPLIR CON EL TERCER


Las actividades que se mencionan a continuación fueron realizadas para cumplir con el tercer objetivo planteado “ensayar el equipo utilizando granos de arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea mays L.),

quinua ( Chenopodium quinoa Willd) y trigo

(Triticum vulgare L.)”.

87


3.3.1 DEFINICIÓN DE LOS ENSAYOS

Primeramente se hizo un análisis de la información básica sobre el proceso de expansión, para determinar que ensayos deberían ser realizados con la finalidad de determinar las condiciones adecuadas para expandir cada uno de los granos antes mencionados.

Siguiendo las instrucciones del vendedor del equipo se realizaron los ensayos preliminares para conocer el funcionamiento del expansor. De esta manera el equipo fue precalentado durante 20 minutos, antes de realizarse la expansión de una muestra de maíz (1000 g). Con este tiempo de precalentamiento el termómetro registró una temperatura de 120 °C. Se introdujo la muestra en la cámara de expansión, se cerró la tapa de la cámara y se inició conjuntamente el proceso de rotación y calentamiento de dicha cámara.

Alcanzada la presión de 120 psi (827.371 Pa), se suspendió la aplicación de calor y se siguió con la rotación de la cámara hasta una presión de 170 psi (1.172.109 Pa). En este momento se paró el equipo y se abrió la tapa, permitiendo la liberación del producto. Como se puede observar en la figura 17, la mayoría de los granos del ensayo resultaron quemados y solamente unos pocos presentaban un pequeño incremento en su tamaño. Fueron realizados otros 7 ensayos obteniéndose resultados similares.

88


Figura 17 – Resultado de la primera expansión realizada con el equipo

De izquierda a derecha: materia prima y producto obtenido


Se decidió entonces seguir las recomendaciones del Sr. Guillermo Castillo 1, que mencionaba un tiempo de calentamiento previo no mayor a 10 minutos. Así con el propósito de determinar cuanto representaba este tiempo en términos de temperatura, se realizo un calentamiento del equipo, logrando alcanzar una temperatura de 80 °C. Por esta razón se decidió ensayar tres tratamientos con cada uno de los granos, para determinar la mejor temperatura de precalentamiento utilizando como valor tope los 80 °C. Las temperaturas propuestas para dichos tratamientos fueron de 40, 60 y 80 °C. Ver cuadro 21.

1

Propietario de la empresa ecuatoriana Productos Castillo, que utiliza expansor tipo cañón.

89


Cuadro 21 – Esquema propuesto para determinar la temperatura de precalentamiento del equipo PRODUCTO

TEMPERATURA 40 °C

60 °C

80 °C

ARROZ

TA1

TA2

TA3

MAÍZ

TM1

TM2

TM3

QUINUA

TQ1

TQ2

TQ3

TRIGO

TT1

TT2

TT3


A partir de las primeras pruebas realizadas (preensayos) también se pudo observar que después de cada expansión, la temperatura del equipo se mantenía entre 90 a 110 °C, y que los granos deberían ser introducidos a la cámara de expansión a dicha temperatura, para evitar el enfriamiento del equipo. Por esta razón para cada ensayo propuesto se trato de utilizar la misma temperatura de introducción del grano a la cámara (100 °C), que vendría a ser la temperatura inicial del proceso.

Tomando en cuenta los dos valores de presión indicados en el cuadro 16, uno correspondiente a la presión en la cual se debe suspender la aplicación de calor (P1) y el otro la presión a la cual se debe abrir la cámara de expansión (P2), y considerando que en la literatura consultada no se encontró ninguna información respecto de este tema, se decidió realizar ensayos para observar los resultados de la suspensión prematura de la aplicación de calor y de la realización del proceso sin la suspensión de la aplicación de calor.

90

Capítulo III – Metodología Para este fin se plantearon tres tratamientos, uno suspendiendo prematuramente la fuente de calor (P1 = ½ P2), otro suspendiendo la fuente de calor 40 psi a menos que la presión de liberación del producto (P1 = P2 – 40) y finalmente uno en que no se suspendía la fuente de calor (P1 = P2).

Cuadro 22 – Esquema propuesto para determinar P1 en el proceso de expansión de los diferentes granos ensayados PRESIÓN DE SUSPENSIÓN DE LA FUENTE DE CALOR

PRODUCTO

(P1) P1 = ½ P2

P1 = P2 – 40 psi

P1 = P2

ARROZ

P1A1

P1A2

P1A3

MAÍZ

P1M1

P1M2

P1M3

QUINUA

P1Q1

P1Q2

P1Q3

TRIGO

P1T1

P1T2

P1T3


Para llegar a una presión adecuada para la apertura de la cámara de expansión y liberación del producto, se ensayaron tres tratamientos, los cuales fueron determinados en función del producto a expandir. En el caso del arroz se tomó como media la presión de 140 psi (965.265 Pa) ya que las presiones mencionadas en el cuadro 16, para este producto, no lograron expandir las muestras de arroz de los ensayos previos. Los tratamientos extremos tuvieron una desviación de 10 psi (68.948 Pa.).

91

Capítulo III – Metodología Para el maíz se realizó un promedio entre el valor recomendado por el Sr. Casas, 170 psi (1.172.109 Pa), y el valor sugerido por el Sr. Castillo, 150 psi (1.034.214 Pa), con lo que se obtuvo un tratamiento medio de 160 psi (1.103.161 Pa), los otros dos tratamientos realizados tuvieron un grado de desviación de 10 psi (68.948 Pa) en comparación con este valor.

Para el trigo se utilizó como tratamiento promedio el valor de 170 psi (1.172.109 Pa) y los tratamientos extremos también tuvieron una desviación de 10 psi (68.948 Pa). Los mismos tratamientos aplicados para el trigo se aplicaron para la quinua, considerando que se trata de un cereal de difícil cocción y para el cual no existían datos de referencia. (Ver cuadro 23)

Cuadro 23 – Esquema propuesto para determinar P2 en el proceso de expansión de los diferentes granos ensayados PRESIÓN DE LIBERACIÓN DEL PRODUCTO (P2)

PRODUCTO

P2 = P2 media – 10 psi P2 = P2 media P2 = P2 media – 10 psi ARROZ

P2A1

P2A2

P2A3

MAÍZ

P2M1

P2M2

P2M3

QUINUA

P2Q1

P2Q2

P2Q3

TRIGO

P2T1

P2T2

P2T3


92

Capítulo III – Metodología Otro tema investigado fue la capacidad de expansión del equipo, en cantidad de granos. La capacidad indicada por el vendedor (1250 g) fue tomada como tope para la realización de los tratamientos y se propuso ensayos con 800, 1000 y 1200 g de muestra. Ver cuadro 24.

Cuadro 24 – Esquema propuesto para determinar la mejor cantidad de granos que debe ser utilizada en el proceso de expansión PRODUCTO

PESO DE LA MUESTRA 800 g

1.000 g

1.200 g

ARROZ

CA1

CA2

CA3

MAÍZ

CM1

CM2

CM3

QUINUA

CQ1

CQ2

CQ3

TRIGO

CT1

CT2

CT3


También se realizaron ensayos de expansión de granos con diferentes contenidos de humedad. Una muestra fue expandida con los granos secos tal cual se venden normalmente en los mercados, otra con granos remojados y otra con granos secados en el horno. (Cuadro 25)

93


Cuadro 25 – Esquema propuesto para determinar la humedad de los granos utilizados en el proceso de expansión TRATAMIENTOS PRODUCTO

Granos secados en el

Granos

Granos remojados en

horno a 210 °C por 15´

normales

agua por 2 horas

ARROZ

HA1

HA2

HA3

MAÍZ

HM1

HM2

HM3

QUINUA

HQ1

HQ2

HQ3


Tomando en cuenta que en los mercados minoristas de Quito se comercializan diferentes granos de maíz y de arroz se propuso la realización de ensayos para determinar el tipo de grano que sería más adecuado para la expansión. Así para el maíz se propuso expandir morocho, mote, maíz para tostado y morochillo. En tanto que para el arroz se propuso la expansión de arroz de grano largo, arroz parbolizado y arroz chino. Este ensayo no fue realizado para el trigo y para la quinua.

Con la finalidad de determinar el rendimiento obtenido durante la expansión de los diferentes cereales, y el costo de producción de cada uno, se determinó la necesidad de expandir cada cereal utilizando el tratamiento más indicado conforme los resultados de los ensayos previos. Este mismo criterio fue adoptado para obtener las muestras, para determinar la pérdida de humedad durante el proceso de expansión y el valor nutricional de los cereales expandidos.

94


3.3.2 REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS

Los ensayos fueron realizados en el Laboratorio de Mecánica de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Nacional. Para la realización de cada ensayo fue utilizado el siguiente procedimiento:

1. Pesaje de las muestras de acuerdo al ensayo y tratamiento realizado. 2. Conexión de la fuente de energía para funcionamiento del motor. 3. Encendido de la fuente de calor. 4. Calentamiento del equipo conforme el ensayo y tratamiento propuesto. 5. Suspensión de la fuente de calor. 6. Suspensión de la fuente de energía. 7. Introducción de la muestra en la cámara de expansión. 8. Cierre y ajuste hermético de la tapa. 9. Conexión de la fuente de energía. 10. Encendido de la fuente de calor. 11. Calentamiento y presurización de la muestra hasta alcanzar la presión de suspensión de la fuente de calor (P1), de acuerdo al ensayo y tratamiento propuesto. 12. Suspensión de la fuente de calor. 13. Inclinación de la boca del cañón hacia abajo. 14. Presurización de la muestra hasta alcanzar la presión de liberación del producto (P2), conforme ensayo y tratamiento realizado. 15. Apertura de la tapa y liberación del producto hacia la cámara de recolección. 16. Toma de muestra del producto obtenido. 95


Nota: En los ensayos que no se aplicaron tratamientos para variación de la temperatura de precalentamiento, los pasos 1 a 6 fueron obviados y las muestras fueron introducidas en la cámara de expansión a una temperatura de 100 °C.

A continuación se describen las variaciones de cada ensayo propuesto y los tratamientos realizados en cada uno de ellos.

ENSAYO # 1 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el maíz

Muestra utilizada: Morocho Peso de la muestra: 1.000 g P1: 120 psi (827.371 Pa) P2: 160 psi (1.103.161 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 40 °C. (TM1) T2: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 60 °C. (TM2) T3: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 80 °C. (TM3)

ENSAYO # 2 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el maíz

Muestra utilizada: Morochillo Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C 96


P2: 160 psi (1.103.161 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Suspensión de la fuente de calor a 80 psi (551.581 Pa). (P1M1) T2: Suspensión de la fuente de calor a 120 psi (827.371 Pa). (P1M2) T3: Suspensión de la fuente de calor a 160 psi (1.103.161 Pa). (P1M3)

ENSAYO # 3 - Variación de la presión final (P2) en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el maíz

Muestra utilizada: Morocho Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 120 psi (827.371 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Liberación del producto a 140 psi (965.266 Pa). (P2M1) T2: Liberación del producto a 160 psi (1.103.161 Pa). (P2M2) T3: Liberación del producto a 180 psi (1.241.056 Pa). (P2M3)

ENSAYO # 4 - Variación en el peso de la muestra de maíz utilizada para la expansión

Muestra utilizada: Morocho Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 120 psi (827.371 Pa) P2: 160 psi (1.103.161 Pa) 97


Tratamientos aplicados: 3 T1: Peso de la muestra igual a 800 g. (CM1) T2: Peso de la muestra igual a 1.000 g. (CM2) T3: Peso de la muestra igual a 1.200 g. (CM3)

ENSAYO # 5 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de maíz utilizados para la expansión

Muestra utilizada: Morocho Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 120 psi (827.371 Pa) P2: 160 psi (1.103.161 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Granos secados en el horno. (HM1) T2: Granos normales. (HM2) T3: Granos húmedos. (HM3)

Para la realización de este ensayo se utilizaron tres muestras de morocho conteniendo 1.000 g cada una. La primera muestra fue secada en el horno por un período de 15 minutos a 210 °C. Se esperó cuatro horas hasta que los granos estuvieran completamente fríos y se realizó el pesaje para saber la cantidad de humedad perdida. Posteriormente se realizó la expansión.

98

Capítulo III – Metodología La segunda muestra fue expandida sin ningún tratamiento previo. La tercera muestra fue dejada en agua por un lapso de dos horas, posteriormente se dejó escurrir por 8 horas, período después del cual fue pesada la muestra para obtener la cantidad de agua absorbida y finalmente se procedió al proceso de expansión.

Para el cálculo de la cantidad de humedad perdida por los granos, durante el secado, se realizó el siguiente balance de masas:

Balance General: Ecuación I: A = B + C Donde: A = Peso inicial de la muestra = g B = Peso del agua evaporada = g C = Peso final de la muestra = g

Balance en función del porcentaje de agua: Ecuación II: A(Xa) = B(Xb) + C (Xc) Donde: Xa = humedad inicial de la muestra = % Xb = humedad del agua evaporada = 100 % Xc = humedad final de la muestra = %

El valor de humedad inicial de la muestra (Xa) fue tomado del cuadro 12 – Composición química de los cuatro cereales utilizados en la investigación.

99

Capítulo III – Metodología Para el cálculo de la cantidad de humedad absorbida por los granos, durante el remojado, se realizó el siguiente balance de masas:

Balance General: Ecuación I: A + B = C Donde: A = Peso inicial de la muestra = g B = Peso del agua absorbida = g C = Peso final de la muestra = g

Balance en función del porcentaje de agua: Ecuación II: A(Xa) + B(Xb) = C (Xc) Donde: Xa = humedad inicial de la muestra = % Xb = humedad del agua absorbida = 100 % Xc = humedad final de la muestra = %

El valor de humedad inicial de la muestra (Xa) fue tomado del cuadro 12 – Composición química de los cuatro cereales utilizados en la investigación.

100


ENSAYO # 6 - Variación en el tipo de maíz utilizado para la expansión

Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 120 psi (827.371 Pa) P2: 160 psi (1.103.161 Pa) Granos de maíz utilizados: ⇒

Morocho

⇒

Mote

⇒

Morochillo

⇒

Maíz para tostado

ENSAYO # 7 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el arroz

Muestra utilizada: arroz de grano largo Peso de la muestra: 1.000 g P1: 100 psi (689.476 Pa) P2: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 40 °C. (TA1) T2: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 60 °C. (TA2) T3: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 80 °C. (TA3)

101


ENSAYO # 8 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el arroz

Muestra utilizada: arroz de grano largo Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P2: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Suspensión de la fuente de calor a 70 psi (482.633 Pa). (P1A1) T2: Suspensión de la fuente de calor a 100 psi (689.476 Pa). (P1A2) T3: Suspensión de la fuente de calor a 140 psi (965.266 Pa). (P1A3)

ENSAYO # 9 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el arroz

Muestra utilizada: arroz de grano largo Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 100 psi (689.476 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Liberación del producto a 130 psi (896.318 Pa). (P2A1) T2: Liberación del producto a 140 psi (965.266 Pa). (P2A2) T3: Liberación del producto a 150 psi (1034.214 Pa). (P2A3)

102


ENSAYO # 10 - Variación en el peso de la muestra de arroz utilizada para la expansión

Muestra utilizada: arroz de grano largo Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 100 psi (689.476 Pa) P2: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Peso de la muestra igual a 800 g. (CA1) T2: Peso de la muestra igual a 1.000 g. (CA2) T3: Peso de la muestra igual a 1.200 g. (CA3)

ENSAYO # 11 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de arroz utilizados para la expansión

Muestra utilizada: arroz de grano largo Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 100 psi (689.476 Pa) P2: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Granos secados en el horno. (HA1) T2: Granos normales. (HA2) T3: Granos húmedos. (HA3)

103

Capítulo III – Metodología Para la realización de este ensayo las muestras de arroz fueron tratadas exactamente como se describe en el ensayo número 5 para las muestras de morocho.

ENSAYO # 12 - Variación en el tipo de arroz utilizado para la expansión

Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 100 psi (689.476 Pa) P2: 140 psi (965.266 Pa) Granos de arroz utilizados: ⇒

Arroz de grano largo

⇒

Arroz parbolizado

⇒

Arroz chino

ENSAYO # 13 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para la quinua

Muestra utilizada: quinua comercializada en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g P1: 140 psi (965.266 Pa) P2: 180 psi (1.241.056 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 40 °C. (TQ1) T2: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 60 °C. (TQ2) T3: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 80 °C. (TQ3) 104


ENSAYO # 14 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para la quinua

Muestra utilizada: quinua comercializada en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P2: 180 psi (1.241.056 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Suspensión de la fuente de calor a 90 psi (620.528 Pa). (P1Q1) T2: Suspensión de la fuente de calor a 140 psi (965.266 Pa). (P1Q2) T3: Suspensión de la fuente de calor a 180 psi (1.241.056 Pa). (P1Q3)

ENSAYO # 15 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para la quinua

Muestra utilizada: quinua comercializada en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Liberación del producto a 160 psi (1.103.161 Pa). (P2Q1) T2: Liberación del producto a 170 psi (1.172.109 Pa). (P2Q2) T3: Liberación del producto a 180 psi (1.241.056 Pa). (P3Q3)

105


ENSAYO # 16 - Variación en el peso de la muestra de quinua utilizada para la expansión

Muestra utilizada: quinua comercializada en los mercados minoristas de Quito Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 140 psi (965.266 Pa) P2: 180 psi (1.241.056 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Peso de la muestra igual a 800 g. (CQ1) T2: Peso de la muestra igual a 1.000 g. (CQ2) T3: Peso de la muestra igual a 1.200 g. (CQ3)

ENSAYO # 17 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de quinua utilizados para la expansión

Muestra utilizada: quinua comercializada en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 140 psi (965.266 Pa) P2: 180 psi (1.241.056 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Granos secados en el horno. (HQ1) T2: Granos normales. (HQ2) T3: Granos húmedos. (HQ3)

106

Capítulo III – Metodología Las muestras de quinua fueron tratadas exactamente como se describe en el ensayo número 5 para las muestras de morocho.

ENSAYO # 18 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el trigo

Muestra utilizada: trigo comercializado en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g P1: 140 psi (965.266 Pa) P2: 180 psi (1.241.056 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 40 °C. (TT1) T2: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 60 °C. (TT2) T3: Precalentamiento del equipo e introducción de la muestra a 80 °C. (TT3)

ENSAYO # 19 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el trigo

Muestra utilizada: trigo comercializado en los mercados minoristas de Quito Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P2: 180 psi (1.241.056 Pa)

107


Tratamientos aplicados: 3 T1: Suspensión de la fuente de calor a 90 psi (620.528 Pa). (P1T1) T2: Suspensión de la fuente de calor a 140 psi (965.266 Pa). (P1T2) T3: Suspensión de la fuente de calor a 180 psi (1.241.056 Pa). (P1T3)

ENSAYO # 20 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el trigo

Muestra utilizada: trigo comercializado en los mercados minoristas Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 140 psi (965.266 Pa) Tratamientos aplicados: 3 T1: Liberación del producto a 160 psi (1.103.161 Pa). (P2T1) T2: Liberación del producto a 170 psi (1.172.109 Pa). (P2T2) T3: Liberación del producto a 180 psi (1.241.056 Pa). (P2T3)

ENSAYO # 21 - Variación en el peso de la muestra de trigo utilizada para la expansión

Muestra utilizada: trigo comercializado en los mercados minoristas Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C P1: 140 psi (965.266 Pa) P2: 180 psi (1.241.056 Pa)

108


Tratamientos aplicados: 3 T1: Peso de la muestra igual a 800 g. (CT1) T2: Peso de la muestra igual a 1.000 g. (CT2) T3: Peso de la muestra igual a 1.200 g. (CT3)

ENSAYO # 22 - Ensayo para determinación del rendimiento y costo de producción de los diferentes granos ensayados

Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C Tratamientos aplicados: 5 T1: Arroz, P1 igual 100 psi (689.476 Pa) y P2 igual 140 psi (965.266 Pa) T2: Morochillo, P1 igual 120 psi (827.371 Pa) y P2 igual 160 psi (1.103.161 Pa)

T3: Morocho, P1 igual 120 psi (827.371 Pa) y P2 igual 160 psi (1.103.161 Pa)

T4: Quinua, P1 igual 140 psi (965.266 Pa) y P2 igual 180 psi (1.241.056 Pa) T5: Trigo, P1 igual 140 psi (896.318 Pa) y P2 igual 170 psi (1.172.109 Pa)

109


ENSAYO # 23 - Ensayo para determinación de la pérdida de humedad durante el proceso de expansión y del valor nutricional de los cereales expandidos.

Peso de la muestra: 1.000 g Temperatura de introducción de la muestra: 100 °C Tratamientos aplicados: 4 T1: Arroz, P1 igual 100 psi (689.476 Pa) y P2 igual 140 psi (965.266 Pa) T2: Morocho, P1 igual 120 psi (827.371 Pa) y P2 igual 160 psi (1.103.161 Pa)

T3: Quinua, P1 igual 140 psi (965.266 Pa) y P2 igual 180 psi (1.241.056 Pa) T4: Trigo, P1 igual 140 psi (896.318 Pa) y P2 igual 170 psi (1.172.109 Pa)

Los resultados de cada ensayo se describen en el Capítulo IV – Resultados y Análisis.

3.3.3 EVALUACIÓN DE LAS MUESTRAS OBTENIDAS EN CADA ENSAYO

A continuación se describe la metodología utilizada para la evaluación de las muestras obtenidas después de cada expansión.

De los ensayos número 1 a 21 fueron tomadas muestras de 100 g del producto obtenido en cada uno de los tratamientos. Estas muestras fueron evaluadas sensorialmente. A continuación se describen las propiedades sensoriales analizadas en las muestras: 110


1. Color

Se refiere al color de la superficie exterior de los granos expandidos, la cual debe ser lo más homogénea posible y no debe contener partes quemadas.

En el cuadro 26 se encuentra el esquema propuesto para la calificación de las muestras con respecto al color.

2. Olor

El olor corresponde a la percepción, por medio del olfato de las sustancias volátiles liberadas por la muestra. La escala de valores utilizada para este atributo se encuentra en el cuadro 27.

3. Aroma

El aroma es el principal componente del sabor de los alimentos. Las sustancias olorosas o aromáticas de un alimento se perciben después de haberse puesto en la boca. Dichas sustancias se disuelven en la mucosa del paladar y la faringe, y llegan a través de la trompa de Eustaquio a los centros sensores del olfato. 1 En el cuadro 28 se encuentran los valores propuestos para la evaluación del aroma de los productos expandidos.

1 ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Página 11.

111


Cuadro 26 – Escala de valores para la calificación del color de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS La mayoría de los granos presentan coloración característica del cereal expandido. (Para el arroz granos enteramente de color blanco o crema; para el morocho granos de color blanco o crema con pequeños puntitos de

3

color cafés que son restos del pericarpio; para el morochillo granos de color crema levemente amarillos con diminutos puntos de color café; para la quinua granos de coloración blanca o crema con una cinta delgada de color café a su rededor y para el trigo coloración blanca o crema con puntos de coloración café que corresponden a residuos del pericarpio). La mayoría de los granos presentan coloración crema oscura.

2

(Los granos de morocho, morochillo y trigo siempre presentan restos de pericarpio de color café en su superficie, la coloración crema oscura se observa en las partes del grano libre de pericarpio).

1 0

La mayoría de los granos presentan coloración café por efecto de un exceso de calor. La mayoría de los granos presentan coloración café oscuro o negro (granos quemados o tostados). Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

112


Cuadro 27 – Escala de valores para la calificación del olor de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Olor a grano tostado, característico del grano expandido.

2

Olor intenso a grano tostado.

1

Ligero olor a quemado o ligero olor a almidón crudo.

0

Intenso olor a quemado o intenso olor a almidón crudo. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

Cuadro 28 – Escala de valores para la calificación del aroma de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Aroma a grano tostado, característico del grano expandido.

2

Ligero aroma a quemado o ligero aroma a almidón crudo.

1

Intenso aroma a quemado o intenso aroma a almidón crudo.

0

Producto que por sus características no fue posible probar. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

113


4. Sabor

La determinación del sabor de un alimento es muy compleja, y combina tres propiedades: el olor, el aroma y el gusto. El sabor es lo que diferencia un alimento de otro, pues al probar un alimento con los ojos cerrados y la nariz tapada, solamente se podrá juzgar si es dulce, salado, amargo o ácido, mientras que al percibir el olor se puede decir de qué alimento se trata. El sabor también puede verse influido por el color y la textura. 1

Los valores propuestos para la evaluación del sabor de los productos expandidos se encuentran en el cuadro 29:

Cuadro 29 – Escala de valores para la calificación del sabor de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Sabor característico del grano tostado o cocido (ligeramente dulce).

2

Ligero sabor a quemado o ligero sabor a almidón crudo.

1

Intenso sabor a quemado o intenso sabor a almidón crudo.

0

Producto que por sus características no fue posible probarlo Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

1

ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Página 11.

114


5. Textura

La textura "es la propiedad sensorial de los alimentos que es detectada por los sentidos del tacto, la vista y el oído y que se manifiestan cuando el alimento sufre una deformación."1 La textura, al ser medida o evaluada sensorialmente, debe ser considerada en tres etapas 2: etapa inicial, que comprende la percepción en el primer mordisco; etapa intermedia, que es la sensación que se percibe durante la masticación y etapa final, percepción de los cambios producidos por la masticación y la sensación residual que deja el producto. La escala de valores propuesta para la evaluación de esta propiedad se encuentra en el cuadro 30.

Cuadro 30 – Escala de valores para la calificación de la textura de los productos expandidos PUNTAJE 3

CARACTERÍSTICAS Producto crujiente, de fácil masticabilidad y muy poca adhesividad. Producto ligeramente suave, de masticabilidad moderada y ligera

2

adhesividad o producto ligeramente duro, de masticabilidad moderada y de difícil desintegración en la boca. Producto blando, cauchoso durante la masticación y con intensa

1

adhesividad o producto duro, difícil de masticar y que no se desintegra en la boca.

0

Producto que por sus características no fue posible evaluar organolépticamente. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

1

ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Página 24. 2

LUZURIAGA, O., & LUZURIAGA, C., Guías de Laboratorio de Análisis de Alimentos , Instituto Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad. 2000 – Ecuador. Páginas 1 – 4.

115


6. Grado de expansión

Esta característica fue evaluada, mediante la observación de la cantidad de granos sin expandir y de la forma de los granos expandidos. Los puntajes propuestos para su evaluación se encuentran en el cuadro 31.

Cuadro 31 – Escala de valores para la calificación del grado de expansión de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS La mayoría de los granos con buena expansión y que conservan la

3

forma del

grano original, pocos granos sobreexpandidos o

subexpandidos y muy pocos granos sin expandir. La mayoría de los granos muy expandidos (sobreexpandidos) o la

2

mayoría de los granos poco expandidos (subexpandidos), con pocos granos con buena expansión y muy pocos granos sin expandir.

1 0

La mayoría de los granos sin expandir, pocos granos sub-expandidos muy pocos granos con buena expansión. No hubo expansión de los granos Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

Posterior a la evaluación de cada muestra fue calculado la media de los puntajes recibidos en cada tratamiento, la cual fue comparada con la media ideal que sería 3,0 puntos (puntaje máximo recibido para cada atributo).

116

Capítulo III – Metodología Para la evaluación del ensayo 22, todo el producto obtenido del proceso de expansión de cada cereal fue considerado como muestra. Fue determinado el peso de cada muestra, el porcentaje de granos con buena expansión, porcentaje de granos demasiado expandidos (sobreexpansión), porcentaje de granos con expansión deficiente (subexpansión) o sin expansión y el porcentaje de salvado.

Para la determinación del costo de producción de cada cereal, se ha tomado el valor de la materia prima y se ha dividido por la cantidad de granos que presentaron buena expasión en el producto final. Este valor no es el costo de producción real ya que se deberían tomar en cuenta el costo de mano de obra y los gastos indirectos de fabricación (GIF). Sin embargo en las empresas de alimentos normalmente el costo de la materia prima representa más del 60% del costo del producto terminado y desde este punto de vista permite tener un criterio sobre el valor aproximado del costo de producción real. Además se supone que los costos de mano de obra y GIF son iguales para todos los productos, y es justamente el costo de la materia prima que sirve como punto de comparación.

Considerando que los productos expandidos son menos pesados que los granos utilizados para su obtención, se ha realizado también una comparación con el volumen ocupado por la materia prima y el volumen obtenido con el producto final. Para determinar este volumen se utilizó un recipiente cilíndrico, en donde primeramente fueron colocados los granos sin expandir y se marcó una línea representando el espacio ocupado por los mismos, después se retiraron los granos y se colocó agua, con ayuda de una probeta de 250 ml, para determinar la cantidad de agua necesaria para ocupar el mismo espacio ocupado por los granos. 117

Capítulo III – Metodología Este mismo procedimiento fue aplicado para los granos expandidos y después se hizo la comparación entre los valores obtenidos.

En el ensayo 23, para cada tratamiento se tomaron muestras de 100 g del producto obtenido. Se realizó un análisis proximal de cada una de las muestras para determinar la pérdida de humedad que se genera con el proceso de expansión y el valor nutricional de los cereales expandidos.

Los análisis fueron realizados en el Laboratorio de Análisis de Alimentos LABOLAB, y los resultados se encuentran en el Apéndice II.

Para el cálculo de la cantidad de humedad pérdida durante e proceso se realizó el siguiente balance de masas:

Balance General: Ecuación I: A = B + C

Donde: A = Peso de la materia prima = 1.000 g B = Peso del agua evaporada = g C = Peso del producto terminado = g

118

Capítulo III – Metodología Entonces: 1.000 = B + C

B = 1.000 – C

Balance en función del porcentaje de agua: Ecuación II: A(Xa) + B(Xb) = C (Xc)

Donde: A = Peso de la materia prima = 1.000 g Xa = Humedad de la materia prima = % B = Peso del agua evaporada = g Xb = Humedad del agua evaporada = 100% = 1 C = Peso del producto terminado = g Xc = Humedad del producto terminado = %

Entonces: 1.000 (Xa) = B (1) + C (Xc)

B = 1.000 (Xa) – C (Xc)

Como se tiene dos ecuaciones con dos incógnitas, se hace una igualdad entre las ecuaciones I y II:

Ecuación III: B-I = B-II

119

Capítulo III – Metodología Entonces: 1.000 – C = 1.000 (Xa) – C (Xc) 1.000 – 1.000 (Xa) = C – C(Xc) 1.000 – 1.000 (Xa) = (1 – Xc ) C

C = 1.000 – 1.000 (Xa) (1 – Xc)

Una vez obtenido el valor de C, se sustituye en la ecuación I o II y se obtiene B.

Para determinar el valor nutritivo de los cereales expandidos se realizó una comparación entre la composición química proximal de la materia prima y la composición química proximal del producto obtenido.

120

Capítulo IV – Resultados y Análisis

CAPÍTULO IV – RESULTADOS Y ANÁLISIS

Al igual que para la descripción de la metodología, los resultados y análisis serán presentados de acuerdo a los objetivos específicos propuestos.

4.1

RESULTADOS DEL PRIMER OBJETIVO ESPECÍFICO

La información teórica y práctica recolectada para “definir las principales

características y controles que debe tener un expansor de cereales tipo cañón para ser utilizado en laboratorio” , permitió elaborar un documento que describe los principales fundamentos del proceso de expansión de cereales utilizando “cañón”. Este documento fue el primero resultado obtenido en el transcurso de la investigación y constituye el marco teórico de la presente tesis.

Con el conocimiento de las principales variables que influyen en el proceso de expansión de cereales (ver cuadro 20) fue posible determinar que las variables del proceso que se pueden controlar directamente con el equipo son: fuente de calor, intensidad de calor, temperatura de la cámara de expansión, presión de la cámara de expansión y tiempo de permanencia del producto en la cámara de expansión. Las demás variables deben ser controladas en la materia prima. A continuación se mencionan las variables que se ha resuelto controlar en la investigación y por qué:

Como fuente de calor, para el expansor, fue decidido utilizar la combustión del gas doméstico debido al bajo precio que tiene este combustible en Ecuador.

121

Capítulo IV – Resultados y Análisis Para controlar la intensidad del calor sería necesario adecuar al equipo sensores que permitan que la fuente de calor se apague o encienda automáticamente al incrementar o disminuir la temperatura dentro de la cámara. Considerando que este tipo de control se hace normalmente cuando la fuente de calor es eléctrica (de mayor costo que el gas doméstico), y que el valor de los sensores en el mercado local es relativamente alto, se decidió no controlar esta variable en el equipo utilizado en la investigación.

Para controlar las variables “temperatura” y “presión” de la cámara de expansión, fue adecuado al equipo un termómetro y un manómetro. Cabe mencionar que las empresas que utilizan expansor de tipo cañón para producción a pequeña escala, normalmente controlan solamente la presión del proceso, por lo que los equipos no se encuentran normalmente provistos de termómetros. En estos casos el precalentamiento se hace en función del tiempo de suministro de calor (25 minutos con soplete utilizando kerosén o 10 minutos con soplete utilizando gas doméstico). La experiencia del operador (al topar el expansor con la mano) es la que dictamina si el equipo está o no suficientemente caliente para seguir con el proceso de expansión.

Tomando en cuenta que el expansor tiene fines didácticos y que en los preensayos realizados, generalmente las primeras cuatro o cinco pruebas resultaban en productos quemados, cuyo olor permanecía en el interior de la cámara por un número igual o mayor de pruebas, se consideró de fundamental importancia la adecuación de un termómetro al equipo para determinar la temperatura de precalentamiento e de introducción de los granos en la cámara de expansión.

122

Capítulo IV – Resultados y Análisis El tiempo de permanencia del producto en la cámara de expansión está determinado por otras variables como “temperatura” y “presión”, las cuales a su vez están relacionadas con la intensidad de calor. Probablemente ésta sea una de las variables más difíciles de controlar y amerita la instalación de sensores. Por las razones expuestas anteriormente, se decidió no incorporar sensores en el equipo.

Una vez determinadas las variables que serían controladas por el equipo se establecieron los siguientes condicionantes básicos a ser observados durante su adecuación:

1.

Cumplir con el propósito para el cual fue construido. En este caso, que el equipo pueda ser utilizado a nivel de planta piloto y que permita la expansión de diferentes granos de cereales.

2.

Permitir que el estudiante pueda controlar a nivel experimental el proceso de expansión de diferentes granos. Posibilitando así la utilización del equipo en nuevas investigaciones para el desarrollo de nuevos productos o para optimizar el proceso de expansión.

3.

Adecuar el equipo con materiales idóneos para la industria de alimentos. No necesariamente utilizar el mejor material, ya que esto puede muchas veces incrementar excesivamente el costo de producción del expansor, pero buscar materiales alternativos por tratarse de una máquina que será utilizada con finalidad práctica y no para comercializar el producto.

123

Capítulo IV – Resultados y Análisis 4.

Evitar que la manipulación constituya un peligro para la salud del operador. Dentro de este condicionante se tomó en cuenta primero la seguridad del equipo como tal, que debe resistir a las condiciones del proceso de expansión y en segundo lugar, la elaboración de un “Manual de Funcionamiento y Mantenimiento” que oriente al estudiante sobre los cuidados que debe tener durante la utilización del equipo, bien como los implementos de seguridad que deben ser utilizados para su manipulación.

4.2

RESULTADOS DEL SEGUNDO OBJETIVO ESPECÍFICO

El resultado obtenido con el cumplimiento del segundo objetivo, “adecuar el equipo

de acuerdo a las características definidas y con los controles necesarios” , fue el expansor de cereales tipo cañón que se visualiza en la figura 18.

Figura 18 – Expansor de cereal tipo cañón después de las adecuaciones


124

Capítulo IV – Resultados y Análisis El plano del equipo se encuentra en el Anexo II y la descripción de sus principales partes, bien como su funcionamiento y mantenimiento se encuentra en el “Manual de Funcionamiento y Mantenimiento del Expansor de Cereales Tipo Cañón” del Anexo III.

A continuación se describe los ajustes que se realizaron al equipo original (ver figura 16) y su finalidad:

1. Adaptación de un motor

La principal finalidad de adaptar un motor al equipo fue obtener una transferencia de calor homogénea, la cual es muy difícil de lograr girando el equipo manualmente. Además la operación en forma manual resulta muy penosa y de excesivo esfuerzo, por el peso que tiene la cámara de expansión.

Frente a la dificultad de encontrar un motor con las características requeridas para el expansor (baja potencia y baja revolución) y principalmente debido al alto precio de los motores con reductor (motoreductor), se optó por utilizar un sistema de transmisión con poleas (ver figura 19).

Un motor de 1/8 Hp (93,21 W) 1 de potencia fue adaptado al equipo, con velocidad de rotación de 650 rpm (Revoluciones Por Minuto), el cual posee un reductor de velocidad que entrega 68 rpm. 1

En el Sistema Internacional de Medidas la unidad utilizada para expresar la potencia es el Watts o Vatio, cuyo símbolo es “W” y es igual a la potencia capaz de hacer el trabajo de un Julio en un segundo (J/s). 1 Hp (Horse Power o Caballo de Fuerza) es igual 7,457 x 10 2 W.

125

Capítulo IV – Resultados y Análisis El motor instalado fue obtenido de una fotocopiadora antigua, lo que permitió abaratar el costo de construcción del equipo. Además, las características en cuanto a tamaño, potencia y velocidad de giro del motor de la fotocopiadora eran las que más se ajustaban a las necesidades del expansor.

Las dos poleas que conforman el sistema de transmisión de movimiento son de aluminio fundido, con diámetros de 3 y 11 pulgadas (0,0762 y 0,2794 metros respectivamente)1. Esto permite que la velocidad de giro a la salida del motor, que es de 68 rpm, se reduzca a 18,5 rpm, que es la velocidad adecuada de giro de la cámara de expansión.

Figura 19 – Sistema de transmisión del expansor tipo cañón

A. Vista superior

B. Vista posterior Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

1

En el Sistema Internacional de Medidas la longitud debe expresarse en metros (m) y 1 pulgada (pulg) es igual a 0,0254 m.

126

Capítulo IV – Resultados y Análisis Para determinar la rotación adecuada, se tomó como referencia el número de vueltas realizadas manualmente en un minuto. Como en forma manual no se gira siempre a la misma velocidad, el rango de rotación calculado fue de 15 – 20 rpm.

2.

Colocación de dispositivos de control

El equipo contaba con un manómetro el cual registraba la presión en bar 1 y en psi (libras/pulgada cuadrada).

Como ya se mencionó anteriormente al justificar el control de la variable temperatura de la cámara de expansión en el equipo, la finalidad de adaptar un termómetro como dispositivo de control se debe principalmente a que el equipo será utilizado con fines prácticos por los estudiantes de la Universidad Tecnológica Equinoccial, así las nuevas investigaciones o pruebas que se realicen con la máquina no serán de carácter empírico.

Considerando que la cámara de expansión ya poseía un orificio posterior, en el cual se encontraba instalado el manómetro, y tomando en cuenta la dificultad de realizar una nueva abertura para instalar el termómetro, se optó por hacer una conexión conjunta para los dos dispositivos de control (ver figura 20).

1

Bar es la unidad de presión que equivale a un millón de dinas por centímetro cuadrado. 1 bar = 14,50377 psi = 100.000 Pa

127

Capítulo IV – Resultados y Análisis El termómetro fue ubicado en la parte posterior de la conexión y el manómetro en la parte lateral. La conexión fue realizada en piezas de bronce, las cuales resisten a altas presiones1 para garantizar la seguridad del equipo. Los acoples fueron sellados con silicona resistente a altas temperaturas manteniendo así la hermeticidad de la cámara de expansión.

Figura 20 – Conexión de los dispositivos de control


3.

Construcción de una base para elevar la altura del expansor

La base del cañón fue construida con dos propósitos, el primero elevar la altura del equipo, la cual originalmente obligaba al operador a trabajar en posición inclinada, y el segundo, proveer al equipo de un sistema de direccionamiento de la boca de la cámara de expansión hacía abajo en el momento del disparo, para lograr la mayor expulsión de granos posible, ya que los granos que quedan dentro de la cámara tienden a quemarse por la cantidad de calor que contienen las paredes de la misma.

1

Según información obtenida junto a la casa comercial INDUCLIMA, en donde fueron compradas las piezas, éstas pueden resistir presiones superiores a 600 psi.

128

Capítulo IV – Resultados y Análisis La base fue construida en madera dura y pesada. En su parte posterior fue instalado un sistema de elevación con gato mecánico (“gata”), el cual permite elevar la boca de la cámara de expansión para la introducción de los granos, o inclinarla en el momento de la liberación del producto. (Ver figura 21).

Figura 21 – Vista posterior de la base del expansor de cereales tipo cañón

A. Gata en posición horizontal

B. Gata en posición vertical Fuente: Vânia Paggi


La base de madera permite también absorber la mayor parte de la vibración producida por el equipo en el momento de la explosión.

129


4.

Adaptación de un sistema para amortizar la caída de la tapa

En el momento del disparo el soporte de la tapa se separa del seguro y por la presión de la cámara es lanzado hacía abajo, chocándose con la parte inferior de la carcasa del expansor. El golpe es de gran magnitud y podría ocasionar un daño irreparable al equipo, por lo que se decidió implementar un sistema para amortizar la caída de la tapa.

Cabe mencionar que las empresas que trabajan con expansores tipo cañón para producción a pequeña escala, utilizan una

llanta de carro como sistema de

amortiguamiento (ver figura 22).

Figura 22 – Sistema de amortiguamiento empleado en el equipo original


130

Capítulo IV – Resultados y Análisis Para evitar el uso de la llanta, se adaptó a los soportes del expansor una plancha de caucho de 10 mm de espesor (ver figura 23) y en la base de la carcasa, protegiendo el punto de golpe, se colocó dos láminas de caucho de 12 mm de espesor. (Ver figura 24).

Figura 23 – Vista frontal del expansor en donde se observa el nuevo sistema de amortiguamiento instalado en los soportes


131


Figura 24 – Vista posterior de la base de la carcasa en donde se observa el punto de golpe de la tapa con su respectiva protección


En la figura 24 también se puede observar el espárrago, que es la varilla que asegura la base de la carcasa con los soportes. El espárrago original estaba construido de hierro estructural, el cual después de las primeras pruebas sufrió una deformación, por la fuerza de reacción que debe soportar durante la explosión. Por está razón se construyó un nuevo espárrago con material más resistente.

5.

Implantación de un sistema de suministro de calor

Para el suministro de calor del expansor de cereales se utilizó un soplete a gas. El tanque de gas doméstico fue adaptado con una válvula industrial, la cual está conectada a una manguera especial para combustible, que se encarga de llevar el gas hasta el soplete en donde una férula une las dos partes y garantiza la hermeticidad y seguridad del sistema (ver figura 25). El tanque de gas está equipado con un carro para transporte, permitiendo así su fácil remoción del área de expansión en caso necesario. 132


Figura 25 – Sistema de suministro de calor


Para evitar que el operador sostenga el soplete con la mano, se instaló en el equipo un soporte para soplete (ver figura 26).

Figura 26 – Soporte del soplete


133


6.

Construcción de una cámara para recolectar el producto

Durante el disparo del cañón, el producto es expulsado de la cámara de expansión. La presión con que sale el producto es bastante alta y los granos son lanzados a todas las direcciones. Por está razón se construyó una cámara de recolección para el producto final, con malla de acero inoxidable, por tratarse de la parte del equipo que entra en contacto directo con el producto ya expandido (ver figura 27). La cámara cuenta también con una puerta lateral para realizar la descarga del producto (ver figura 28).

Figura 27 – Cámara de recolección del producto expandido


134


Figura 28 – Puerta para descarga del producto expandido


Es importante observar que la mayoría de empresas que producen cereales expandidos a pequeña escala, no cuenta con una cámara de recolección y la máquina es instalada en un recinto destinado solamente para la expansión. Al final del proceso, los granos expandidos se encuentran disperso por el piso del local y deben ser entonces recolectados. En estos casos es de fundamental importancia la limpieza del local y de los instrumentos utilizados para la recolección. En Pichincha, la empresa Productos Castillo, cuyo propietario, el Sr. Guillermo Castillo contribuyó con información práctica sobre el equipo y el proceso de expansión para la presente investigación, cuenta con un túnel de recolección para sus productos.

La cámara de recolección no hace parte de la máquina, sin embargo es un accesorio construido con la finalidad de que los estudiantes puedan obtener muestras en condiciones higiénicas aceptables para la realización de sus investigaciones.

135

Capítulo IV – Resultados y Análisis También se construyó como accesorio, una pala tipo embudo que sirve para introducir la materia prima en la cámara de expansión o bien descargar el producto de la cámara de recolección, y una cuchareta para retirar los granos que se quedan dentro de la cámara después de la expansión (ver figura 29). Estas dos piezas fueron construidas en acero inoxidable, pues entran en contacto directo con el producto terminado.

Figura 29 – Pala tipo embudo y cuchareta

De izquierda a derecha: pala tipo embudo y cuchareta


7.

Pintura del expansor de tipo cañón

Considerando el aspecto poco agradable del expansor original, se ha decidió pintar el equipo enteramente de un solo color (ver figura 30).

136

Capítulo IV – Resultados y Análisis La pintura utilizada fue “Carboline –Thermaline 4700” en color aluminio. Esta pintura resiste a temperaturas continuas de 538 °C y temperaturas no continuas de 649°C. Siendo recomendada para las tuberías de vapor de las industrias en general.

La finalidad de pintar el equipo no fue solamente para lograr una mejor presentación, sino también para proteger los materiales del polvo y la humedad.

Figura 30 – Comparación entre el equipo original y el equipo adecuado

A. Equipo original

B. Equipo después de adecuaciones Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

137

Capítulo IV – Resultados y Análisis Terminada la fase de adecuación del equipo se observó si las características del expansor y los controles instalados, eran concordantes con lo planteado en el literal 4.1 – Resultados del primer objetivo. Así:

-

Los resultados obtenidos al ensayar el equipo con granos de arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea mays L.), (Triticum vulgare L.),

quinua (Chenopodium quinoa Willd) y trigo

permitieron comprobar que el equipo contenía los

dispositivos de control propuestos y que cumplía con el propósito para el cual fue construido. Estos resultados se describen dentro del numeral 4.3 – Resultados del tercer objetivo.

-

Durante la realización de los ensayos también se pudo constatar que los dispositivos instalados permitían al estudiante controlar el proceso de expansión para los diferentes granos ensayados. Para facilitar la utilización del equipo por parte de los estudiantes, se elaboró una “Guía de Laboratorio para la Expansión de Cereales Utilizando Expansor Tipo Cañón”. Esta guía se encuentra en Anexo IV.

-

Al respecto del material utilizado para la fabricación del equipo, cabe recordar que en la presente investigación se realizaron adecuaciones en un equipo manual, el cual fue traído de Perú, y por lo tanto solamente los materiales utilizados para las adecuaciones pudieron ser seleccionados. Es por está razón que las partes que se encuentran directamente en contacto con el producto final, adecuadas para la presente investigación, fueron construidas en acero inoxidable. 138


-

También se realizó la sustitución de piezas que por su función necesitaban ser construidas con material más resistente a la fuerza de reacción ocasionada durante la liberación del producto, logrando de esta manera que se alargue el tiempo de vida útil de dichas piezas. Asimismo se utilizaron piezas de material resistente a la presión para realizar el acople de los dispositivos de control (manómetro y termómetro). En cada adecuación se trató de emplear materiales idóneos para la industria de alimentos. El mayor inconveniente que presenta el equipo en lo que se refiere a material, es el sello de la tapa, construido de plomo. Se investigó la posibilidad de sustituir la tapa de plomo por una tapa de teflón, sin embargo este material, además de tener un costo elevado, no resiste a la temperatura del proceso.

-

En cuanto a la seguridad del equipo, no cabe duda que por las condiciones del proceso: presiones cercanas a 200 psi (1.378.951,4 Pa) y temperatura superior a 150°C, la operación de la máquina debe efectuarse con mucha precaución y tomando en cuenta medidas de seguridad adecuadas. La cámara de expansión (ver figura 31), dentro de la cual ocurre la presurización de los granos de cereal, es la que soporta las condiciones antes mencionadas. Esta cámara fue traída del Perú y según la evaluación realizada por el Sr. René Jervis Zambrano1 está diseñada con un factor de seguridad de 3, esto significa que puede soportar tres veces más, la presión máxima recomendada (220 psi o 1.516.847 Pa), por lo que es bastante segura.

1

Egresado de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Nacional que construyó las diferentes piezas que fueron adecuadas al equipo.

139


Figura 31 – Vista del expansor con la tapa de la cámara de expansión abierta donde se visualiza el interior de la cámara de expansión


La cámara de expansión se encuentra envuelta por una carcasa (ver figura 32), cuya función principal es servir de protección en el caso que la cámara de expansión falle, aumentando la seguridad del equipo. Otra función importante de la carcasa es que contribuye al direccionamiento del calor y evita la pérdida directa de energía calórica de la cámara de expansión hacia el ambiente. También sirve para canalizar los gases de la combustión, permitiendo que los mismos puedan ser eliminados del recinto en que se encuentra el expansor, mediante una tubería de escape de gases.

140


Figura 32 – Vista lateral del expansor en donde se observa las dos partes de la carcasa que recubre la cámara de expansión


Para tener seguridad en la manipulación del expansor, es de fundamental importancia el uso de guantes de calor que soporten temperaturas superiores a los 200 °C y protectores auditivos de máxima protección (orejeras utilizadas por el personal que trabaja en las pistas en los aeropuertos). Estos dos implementos de seguridad son considerados como equipo básico de seguridad que no puede dejar de ser utilizado cuando se manipule el expansor.

Como ya se mencionó anteriormente, para que la manipulación del equipo sea segura, se elaboró un “Manual de Funcionamiento y Mantenimiento del Expansor de Cereales Tipo Cañón” (Anexo III).

141


4.2.1 COSTO DEL EQUIPO CONSTRUÍDO

Para el cálculo del costo del expansor de tipo cañón construido se consideraron todos los costos incurridos en la adquisición del expansor manual y de las adecuaciones realizadas (ver cuadro 32). El costo de los accesorios no fue considerado dentro del costo total del equipo, ya que estas piezas no son indispensables para el funcionamiento del mismo, sin embargo en el cuadro 33 se detalla el costo de estos accesorios.

El costo del equipo es de 716,19 dólares y el costo de los accesorios es de 314,00 dólares, lo que da un valor total de 1.030,19 dólares. Este valor es inferior al precio cotizado en los talleres mecánicos que estaban dispuestos a construir el expansor de tipo cañón, en Quito. Cabe mencionar entretanto que el precio cotizado no incluía los accesorios, ni tampoco los sistemas de calentamiento, protección y pintura del equipo. Los cuales corresponden a 529,53 dólares, más del 50% del valor antes mencionado.

142


Cuadro 32 – Costo del equipo y de sus adecuaciones PORCENTAJE DESCRIPCIÓN

COSTO

DEL COSTO

(dólar)

TOTAL (%)

CUERPO DEL EQUIPO 1 Tostadora artesanal "Player Elefante"

175,00

24,43

2 Transporte de la tostadora de Lima a Quito

100,00

13,96

275,00

38,40

80,00

11,17

4 Polea 3" de diámetro

2,20

0,31

5 Polea 11" de diámetro

6,70

0,94

11,20

1,56

100,10

13,98

52,91

7,39

8 Neplo hexagonal de bronce 1/4 NPT

0,64

0,09

9 Tee de bronce 1/4 NPT

1,87

0,26

10 Unión de bronce 1/4 NPT

1,50

0,21

11 Silicon Loctite rojo para alta temperatura

2,14

0,30

59,06

8,25

50,00

6,98

7,00

0,98

57,00

7,96

14 Caucho de 10 mm de espesor

8,00

1,12

15 Caucho de 12 mm de espesor

1,50

0,21

9,50

1,33

COSTO SISTEMA DE TRANSMISIÓN 3 Motor 1/8 Hp con motoreductor

6 Banda

COSTO DISPOSITIVOS DE CONTROL 7 Termómetro bimetálico de 10 a 260°C

COSTO SISTEMA DE INCLINACIÓN 12 Base del expansor 13 Gato mecánico

COSTO SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO

COSTO

(Sigue en la próxima Página)

143


Cuadro 32 – Costo del equipo y de sus adecuaciones (continuación) PORCENTAJE DESCRIPCIÓN

COSTO

DEL COSTO

(dólar)

TOTAL (%)

SISTEMA DE CALENTAMIENTO 16 Tanque de gas

35,00

4,89

2,41

0,34

12,41

1,73

5,00

0,70

15,60

2,18

21 Férula dorada

2,00

0,28

22 Agarradera

0,24

0,03

72,66

10,15

24 Guantes para calor

10,00

1,40

25 Orejeras

25,00

3,49

35,00

4,89

107,87

15,06

107,87

15,06

716,19

100,00

17 Válvula industrial 18 Soplete 19 Soporte para el soplete 20 Manguera para combustible a alta presión

COSTO SISTEMA DE PROTECCIÓN

COSTO PINTURA 23 Pintura Thermaline 4700

COSTO COSTO DEL EQUIPO Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

144


Cuadro 33 – Costo de los accesorios PORCENTAJE DESCRIPCIÓN

COSTO

DEL COSTO

(dólar)

TOTAL (%)

1 Estructura de la cámara de expansión

120,00

38,22

2 Malla de acero inoxidable # 40

126,00

40,13

3 Lamina de acero inoxidable

50,00

15,92

4 Coche para tanque de gas

18,00

5,73

314,00

100,00

COSTO DE LOS ACCESORIOS Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

4.3

RESULTADOS DEL TERCER OBJETIVO ESPECÍFICO

A continuación se describen los resultados obtenidos al ensayar el expansor utilizando granos de arroz (Oryza sativa L.), maíz ( Zea mays L.), quinua (Chenopodium quinoa Willd) y trigo (Triticum vulgare L.).

Para los ensayos 1 a 21 descritos en el capítulo anterior, cuyos tratamientos fueron analizados sensorialmente, se presenta una imagen de las muestras obtenidas en cada tratamiento, el cuadro con los valores para cada atributo evaluado y un gráfico comparativo entre los promedios de cada tratamiento. La guía que sirvió de base para la evaluación sensorial se encuentra en el capítulo III – Metodología, en el numeral 3.3.3 - Evaluación de las muestras obtenidas en cada ensayo.

145


ENSAYO # 1 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el maíz

Figura 33 – Muestras de los tratamientos realizados en el ensayo # 1

De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morocho, 2. morocho expandido con precalentamiento de 40°C, 3. morocho expandido con precalentamiento de 60 °C, y 4. morocho expandido con precalentamiento de 80 °C.


Cuadro 34 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 1 ATRIBUTO Color Olor Aroma Sabor Textura Grado de Expansión PUNTAJE TOTAL PROMEDIO

TEMPERATURA (°C) 40 60 80 3 1 0 3 1 0 3 2 1 3 2 1 3 2 2 3 2 1 18 10 5 3,0 1,7 0,8


146


Gráfico 6 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 1 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRECALENTAMIENTO - MAÍZ 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0 40

60

80

TEMPERATURA (°C)


ENSAYO # 2 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el maíz


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morochillo, 2. morochillo expandido con P1 igual 80 psi1, 3. morochillo expandido con P1 igual 120 psi, y 4. morochillo expandido con P1 igual 160 psi.

Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi 1

1 psi = 6.894,757 Pa

147



80 1 1 1 1 1 1 6 1,0

PRESIÓN 1 (psi) 120 3 3 3 3 3 3 18 3,0

160 2 2 2 2 3 3 14 2,3


Gráfico 7 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 2 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 1 - MAÍZ 3.5 3.0 O I 2.5 D E2.0 M1.5 O1.0 R P0.5 0.0 80

120

160

PRESIÓN (psi) Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

148


ENSAYO # 3 - Variación de la presión final (P2) en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el maíz


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morocho, 2. morocho expandido con P2 igual 150 psi1, 3. morocho expandido con P2 igual 160 psi, y 4. morocho expandido con P2 igual 170 psi.



PRESIÓN 2 (psi) 150 160 170 3 3 2 1 3 3 2 3 3 2 3 3 1 3 3 2 3 2 11 18 16 1,8 3,0 2,7


1

1 psi = 6.894,757 Pa

149


Gráfico 8 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 3 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 2 - MAÍZ 4.0

I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

150

160

170

PRESIÓN (psi)


ENSAYO # 4 - Variación en el peso de la muestra de maíz utilizada para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morocho, 2. morocho expandido con tamaño de muestra de 800g, 3. morocho expandido con muestra de 1.000 g, y 4. morocho expandido con muestra de 1.200 g.


150



800 1 1 2 2 3 2 11 1,8

PESO (g) 1.000 3 3 3 3 3 3 18 3,0

1.200 2 1 2 2 3 2 12 2,0


Gráfico 9 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 4 PROMEDIO DELOS TRATAMIENTOS DE CANTIDADDEMATERIAPRIMA-MAÍZ 4.0

I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

800

1.000

1.200

PESO (g)


151


ENSAYO # 5 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de maíz utilizados para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morocho, 2. morocho expandido con proceso de secado, 3. morocho expandido sin tratamiento previo, y 4. morocho expandido con proceso de remojado.



HUMEDAD (%) 7,51 12,6 19,7 2 3 1 1 3 2 1 3 1 2 3 1 1 3 1 2 3 1 9 18 7 1,5 3,0 1,2


152


Gráfico 10 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 5 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE HUMEDAD - MAÍZ 4.0

O I D3.0 E M2.0 O1.0 R P 0.0 7.51

12.6

19.7

HUMEDAD (%)


ENSAYO # 6 - Variación en las variedades de maíz utilizada para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de morocho, 2. morocho expandido, 3. granos de morochillo, 4. morochillo expandido, 5. granos de mote, 6. mote expandido, 7. ranos de maíz para tostado, y 8. tostado expandido.


153


Cuadro 39 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 6 VARIEDADES DE MAÍZ MOROCHO MOTE MOROCHILLO 3 1 3 Color 3 2 3 Olor 3 2 3 Aroma 3 2 3 Sabor 3 1 3 Textura 3 1 3 Grado de Expansión 18 9 18 PUNTAJE TOTAL 3,0 1,5 3,0 PROMEDIO ATRIBUTO

TOSTADO 1 2 2 2 1 1 9 1,5


Gráfico 11 – Promedio de los tratamientos realizados en el ensayo # 6 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE VARIEDADES DE MAÍZ 3.5 3.0 O I 2.5 D E 2.0 M1.5 O R 1.0 P 0.5 0.0 MOROCHO

MOTE

MOROCHILLO

TOSTADO

TIPO DE MAÍZ


154


ENSAYO # 7 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el arroz


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. Granos de arroz, 2. arroz expandido con precalentamiento de 40°C, 3. arroz expandido con precalentamiento de 60 °C, y 4.

arroz expandido con

precalentamiento de 80 °C.



TEMPERATURA (°C) 40 60 80 3 1 0 3 1 0 3 1 1 3 2 1 3 3 2 3 2 1 18 10 5 3,0 1,7 0,8


155


Gráfico 12 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 7 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRECALENTAMIENTO - ARROZ 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0 40

60

80

TEMPERATURA (°C)


ENSAYO # 8 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el arroz


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de arroz, 2. arroz expandido con P1 igual 70 psi 1, 3. arroz expandido con P1 igual 100 psi, y 4. arroz expandido con P1 igual 140 psi.


1

1 psi = 6.894,757 Pa

156



70 1 1 2 2 2 2 10 1,7

PRESIÓN 1 (psi) 100 3 3 3 3 3 3 18 3,0

140 2 2 3 3 3 3 16 2,7


Gráfico 13 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 8 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 1 - ARROZ 3.5 3.0 O I 2.5 D E 2.0 M1.5 O1.0 R P 0.5 0.0 70

100

140

PRESIÓN (psi)


157


ENSAYO # 9 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el arroz


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de arroz, 2. arroz expandido con P2 igual 130 psi 1, 3. arroz expandido con P2 igual 140 psi, y 4. arroz expandido con P2 igual 150 psi.



PRESIÓN 2 (psi) 130 140 150 3 3 2 3 3 3 3 3 1 2 3 2 2 3 3 2 3 3 15 18 14 2,5 3,0 2,3


1

1 psi = 6.894,757 Pa

158


Gráfico 14 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 9 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 2 - ARROZ 4.0 I D 3.0 E M2.0 O R 1.0 P 0.0 130

140

150

PRESIÓN (psi)


ENSAYO # 10 - Variación en el peso de la muestra de arroz utilizada para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de arroz, 2. arroz expandido con tamaño de muestra de 800g, 3. arroz expandido con muestra de 1.000 g, y 4. arroz expandido con muestra de 1.200 g.


159



800 3 1 2 3 2 2 13 2,2

PESO (g) 1.000 3 3 3 3 3 3 18 3,0

1.200 3 3 3 3 3 2 17 2,8


Gráfico 15 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 10 PROMEDIODELOS TRATAMIENTOS DE CANTIDADDEMATERIAPRIMA- ARROZ 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

800

1.000

1.200

PESO (g)


160


ENSAYO # 11 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de arroz utilizados para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de arroz, 2. arroz expandido con tratamiento de secado, 3. arroz expandido sin tratamiento previo, y 4. arroz expandido con tratamiento de remojado.



HUMEDAD (%) 4,46 12,1 26,75 0 3 0 0 3 0 1 3 0 1 3 0 0 3 0 0 3 0 2 18 0 0,3 3,0 0,0


161


Gráfico 16 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 11 PROMEDIO DELOS TRATAMIENTOS DE HUMEDAD - ARROZ 4.0

O I D3.0 E M2.0 O1.0 R P0.0 4.46

12.1

26.75

HUMEDAD (%) Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

ENSAYO # 12 - Variación en el tipo de arroz utilizado para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. arroz blanco grano largo, 2. arroz parbolizado, 3. arroz chino, 4. arroz blanco expandido, 5. arroz parbolizado expandido, y 6. arroz chino expandido.


162


Cuadro 45 – Evaluación sensorial de los tratamientos realizados en el ensayo 12 TIPOS DE ARROZ BLANCO GRANO LARGO PARBOLIZADO CHINO 3 1 2 Color 3 0 1 Olor 3 1 1 Aroma 3 1 1 Sabor 3 1 2 Textura 3 0 1 Grado de Expansión 18 4 8 PUNTAJE TOTAL 3,0 0,7 1,3 PROMEDIO ATRIBUTO


Gráfico 17 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 12 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS PARA TIPO DEARROZ O I 4 D3 E M2 O1 R P0 BLANCO GRANO LARGO

PARBOLIZADO

CHINO

ARROZ Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

163


ENSAYO # 13 Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para la quinua


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de quinua, 2. quinua expandida con precalentamiento de 40 °C, 2. quinua expandida con precalentamiento de 60 °C, y 4. quinua expandida con precalentamiento de 80 °C.



TEMPERATURA (°C) 40 60 80 3 2 1 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 18 17 13 3,0 2,8 2,2


164


Gráfico 18 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 13 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRECALENTAMIENTO - QUINUA 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0 40

60

80

TEMPERATURA (°C)


ENSAYO # 14 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para la quinua


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de quinua, 2. quinua expandida con P1 igual 90 psi1, 3. quinua expandida con P1 igual a 140 psi, y 4. quinua expandida con P1 igual 180 psi.


1

1 psi = 6.894,757 Pa

165



90 2 1 2 2 3 2 12 2,0

PRESIÓN 1 (psi) 140 3 3 3 3 3 3 18 3,0

180 3 2 3 3 3 3 17 2,8


Gráfico 19 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 14 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 1 - QUINUA 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0 90

140

180

PRESIÓN (psi)


166


ENSAYO # 15 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para la quinua


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de quinua, 2. quinua expandida con P2 igual 160 psi1, 3. quinua expandida con P2 igual a 170 psi, y 4. quinua expandida con P2 igual 180 psi.



PRESIÓN 2 (psi) 160 170 180 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 2 3 1 2 3 14 16 18 2,3 2,7 3,0 Fuente: Vânia Paggi


1

1 psi = 6.894,757 Pa

167


Gráfico 20 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 15 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 2 - QUINUA 4.0

I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

160

170

180

PRESIÓN (psi)


ENSAYO # 16 - Variación en el peso de la muestra de quinua utilizada para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de quinua, 2. quinua expandida con tamaño de muestra de 800g, 3. quinua expandida con muestra de 1.000 g, y 4. quinua expandida con muestra de 1.200 g.


168



800 2 1 2 2 2 2 11 1,8

PESO (g) 1.000 3 3 3 3 3 3 18 3,0

1.200 3 3 3 3 3 3 18 3,0


Gráfico 21 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 16 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE CANTIDAD DE MATERIA PRIMA - QUINUA 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

800

1.000

1.200

PESO (g)


169


ENSAYO # 17 - Variación en el porcentaje de humedad de los granos de quinua utilizados para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de quinua, 2. quinua secada antes de la expansión, 3. quinua expandida sin tratamiento previo, y 4. quinua remojada antes de la expansión.



HUMEDAD (%) 6,28 11,9 37,96 1 3 0 1 3 0 2 3 0 2 3 0 1 3 0 1 3 0 8 18 0 1,3 3,0 0,0


170


Gráfico 22 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 17 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE HUMEDAD- QUINUA 4.0

O I D3.0 E M2.0 O1.0 R P0.0 6.28

11.9

37.96

HUMEDAD (%) Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

ENSAYO # 18 - Variación en la temperatura de precalentamiento del equipo para el trigo


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de trigo, 2. trigo expandido con precalentamiento de 40 °C, 2. trigo expandido con precalentamiento de 60 °C, y 4. trigo expandido con precalentamiento de 80 °C.


171



TEMPERATURA (°C) 40 60 80 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 3 2 3 2 1 3 2 1 18 13 7 3,0 2,2 1,2


Gráfico 23 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 18 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRECALENTAMIENTO - TRIGO 4.0 I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0 40

60

80

TEMPERATURA (°C)


172


ENSAYO # 19 - Variación de la presión en la que se suspende la fuente de calor (P1) para el trigo


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de trigo, 2. trigo expandido con P1 igual 90 psi 1, 3. trigo expandido con P1 igual a 140 psi, y 4. trigo expandido con P1 igual 180 psi.



90 2 2 2 2 2 1 11 1,8

PRESIÓN 1 (psi) 140 3 3 3 3 3 3 18 3,0

180 3 3 3 3 3 2 17 2,8


1

1 psi = 6.894,757 Pa

173


Gráfico 24 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 19 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 1 - TRIGO 4.0

I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

90

140

180

PRESIÓN (psi)


ENSAYO # 20 - Variación de la presión final en la que se suspende la fuente de energía eléctrica y se expulsa el producto para el trigo


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de trigo, 2. trigo expandido con P2 igual 160 psi 1, 3. trigo expandido con P2 igual a 170 psi, y 4. trigo expandido con P2 igual 180 psi.

Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi 1

1 psi = 6.894,757 Pa

174



PRESIÓN 2 (psi) 160 170 180 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 1 3 2 13 18 17 2,2 3,0 2,8


Gráfico 25 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 20 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE PRESIÓN 2 - TRIGO 3.5 3.0 O I 2.5 D E 2.0 M1.5 O1.0 R P 0.5 0.0 160

170

180

PRESIÓN (psi)


175


ENSAYO # 21 - Variación en el peso de la muestra de trigo utilizada para la expansión


De arriba-abajo y de izquierda a derecha: 1. granos de trigo, 2. trigo expandido con tamaño de muestra de 800g, 3. trigo expandido con muestra de 1.000 g, y 4. trigo expandido con muestra de 1.200 g.



800 2 1 2 2 1 1 9 1,5

PESO (g) 1.000 3 3 3 3 3 3 18 3,0

1.200 3 3 3 3 3 2 17 2,8


176


Gráfico 26 – Promedios de los tratamientos realizados en el ensayo # 21 PROMEDIO DE LOS TRATAMIENTOS DE CANTIDAD DE MATERIA PRIMA - TRIGO 4.0

I D3.0 E M2.0 O R1.0 P 0.0

800

1.000

1.200

PESO (g)


Los ensayos 22 y 23 fueron realizados para determinar el rendimiento y pérdida de humedad del proceso, y el valor nutricional del los cereales expandidos. Al igual que para los demás ensayos, la metodología empleada parta obtener los resultados se encuentra descripta en el Capítulo III – Metodología. A continuación se detalla el resultado obtenido con estos dos ensayos.

ENSAYO # 22 - Ensayo para determinación del rendimiento y costo de producción de los diferentes granos ensayados

En el cuadro 55 se encuentran los valores del rendimiento obtenido con cada uno de los cereales ensayados. El costo de producción en función de la materia prima se encuentra en el cuadro 56 y el rendimiento en volumen para cada uno de los cereales se detalla en el cuadro 57.

177

Capítulo V – Resultados y Análisis

Cuadro 55 – Rendimientos obtenidos con los diferentes granos ensayados CEREAL DESCRIPCIÓN

ARROZ

MOROCHILLO

MOROCHO

QUINUA

TRIGO

Peso (g) Porcentaje Peso (g) Porcentaje Peso (g) Porcentaje Peso (g) Porcentaje Peso (g) Porcentaje Granos con buena expansión

710

76,34

610

66,67

605

66,48

745

87,13

595

63,64

Granos con sobreexpansión

0

0,00

110

12,02

140

15,38

0

0,00

40

4,28

Granos con subexpansión

200

21,51

105

11,48

85

9,34

0

0,00

225

24,06

Salvado

20

2,15

90

9,84

80

8,79

110

12,87

75

8,02

Total

930

100

915

100

910

100

855

100

935

100


178


Cuadro 56 – Costo de producción de los cereales ensayados en función de la materia prima CONCEPTO

CEREAL ARROZ

MOROCHILLO MOROCHO

QUINUA

TRIGO

Costo de 1.000 g de materia prima (dólares)

0,48

0,26

1,10

1,10

0,55

Cantidad de granos con buena expansión obtenida (g)

710

610

605

745

595

Costo de 1.000 g de producto obtenido (dólares)

0,68

0,43

1,82

1,48

0,92


179


Cuadro 57 – Rendimiento en volumen obtenido con cada uno de los cereales ensayados CEREAL CONCEPTO

ARROZ

MOROCHILLO MOROCHO m3

litros

m3

QUINUA litros

m3

TRIGO

litros

M3

litros

litros

m3

Volumen que ocupa la materia prima

1,12

0,0011

1,20

Volumen que ocupa el producto obtenido

3,34

0,0033

10,92 0,0109 11,61 0,0116 3,15 0,0032 4,22 0,0042

Rendimiento en volumen

2,22

0,0022

9,72

0,0012 1,32 0,0013 1,31 0,0013 1,13 0,0011 0,0097 10,29 0,0103 1,84 0,0018 3,09 0,0031


180


ENSAYO # 23 - Ensayo para determinación de la perdida de humedad durante el proceso de expansión y el valor nutricional de los cereales expandidos

Los resultados del balance de masa realizado para determinar la pérdida de humedad se encuentran en el cuadro 58, y la comparación entre el valor nutricional de la materia prima y del producto final (cereal expandido) se visualiza en el cuadro 59

Cuadro 58 – Pérdida de humedad de los cereales ensayados durante el proceso CEREAL

ARROZ MAÍZ QUINUA TRIGO

Peso de la materia prima (g)

1000

1000

1000

1000

Humedad de la materia prima (%)

12,1

12,6

11,9

11,3

901,28

906,21

Peso del producto terminado (g)

907,96 904,57

Humedad del producto terminado (%)

3,19

3,38

2,25

2,12

Pérdida por humedad (g)

92,04

95,43

98,72

93,79

Pérdida por humedad (%)

9,20

9,54

9,87

9,38


En las mismas muestras utilizadas para realizar el análisis proximal, fue determinado la cantidad de plomo que tenían. Los resultados, expresados en mg de Plomo por 100 g de producto fueron: 1,39 para el arroz; 0,42 para el maíz, 1,02 para la quinua y 4,39 para el trigo (Apéndice II).

181


Cuadro 59 – Comparación entre la composición química proximal de la materia prima y del producto terminado. CEREAL ARROZ

COMPONENTES

MOROCHO

QUINUA

TRIGO

normal

expandido

normal expandido normal expandido normal expandido

Humedad (%)

12,10

3,19

12,60

3,38

11,90

2,25

11,30

2,12

Proteína (%)

7,40

10,66

9,30

13,20

10,50

12,03

9,70

13,00

Grasa (%)

0,80

0,99

3,50

4,68

5,10

5,91

1,40

1,86

Ceniza (%)

1,20

0,72

1,30

1,05

3,10

2,18

2,00

1,90

Fibra (%)

0,70

0,39

3,90

3,20

5,20

1,98

3,50

3,00

Carbohidratos totales (%)

77,80

84,05

69,40

74,49

64,20

75,65

72,10

78,12

Energía (Kcal/100 g)

348,00

387,75

346,30

392.88

344,70

403,91

339,80

381,22

Fuente: Los valores mencionados para los granos sin expandir fueron obtenidos en el Laboratorio de Análisis de Alimentos, Aguas y Afines (LABOLAB), junto al Dr. Oscar Luzuriaga. Los valores para los granos expandidos son el resultado del análisis proximal realizado en las muestras obtenidas del ensayo 23. Estos análisis fueron realizados en el mismo laboratorio y el informe de resultados se encuentran en Apéndice II.


182

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones

CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1

CONCLUSIONES

El principio de expansión de cereales utilizando alta presión y temperatura es muy sencillo. El proceso se debe a la capacidad que tienen los gránulos de almidón de absorber agua y gelatinizarse. El vapor de agua que se forma dentro de los granos, por efecto del calentamiento y la presurización, realiza la cocción del grano. La expansión resulta de la súbita evaporación que ocurre en el momento que se libera el producto, provocada por la drástica despresurización de la cámara de expansión.

Con relación a la operación del expansor para obtener los mejores resultados de expansión, se concluye que:

-

Para los cuatro tipos de granos ensayados, la temperatura de precalentamiento del equipo debe ser de 40 ºC. El arroz y el maíz son los cereales más afectados por el incremento de la temperatura de precalentamiento del expansor. Temperaturas más altas que la antes mencionada ocasionan que los granos se quemen antes de la expansión o que los granos expandidos presenten un intenso sabor a quemado.

183

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones -

La cantidad de materia prima a ser expandida por ensayo debe ser de 1.000 g. Una menor masa de granos incrementa el tiempo de permanencia del producto en la cámara de expansión, hasta que se alcance la presión de liberación, lo que a su vez ocasiona que los granos se tuesten en exceso, y muchos de ellos se quemen antes de la expansión. Una mayor masa de granos, a pesar de que genera una buena expansión del producto, origina pérdidas por la presencia de una gran cantidad de granos sin expandir o subexpandidos.

-

La presión a la cual se debe suspender la aplicación de calor, debe ser de 100 psi (libra/pulgada cuadrada)1 para el arroz; 120 psi para el maíz; 140 psi para el trigo y para la quinua. Valores de presión de suspensión de aplicación de calor inferiores a los antes mencionados, aumentan el tiempo de permanencia del producto en la cámara de expansión. Muchos granos se queman antes de la expansión y el producto obtenido presenta ligero sabor y aroma a quemado. Mientras que con valores superiores, solamente habrá un incremento en la intensidad del color del grano.

-

La presión de liberación del producto debe ser de 140 psi (libra/pulgada cuadrada) para el arroz; 160 psi para el maíz; 170 psi para el trigo; y, 180 psi para la quinua. A presiones menores que las indicadas, la cantidad de granos sin expandir o con subexpansión aumenta. Mientras que al incrementar esta presión aumenta el número de granos sobreexpandidos y de granos con coloración café, indicativo de un intenso tostado.

1

1 psi = 6.894,757 Pascales (Pa)

184

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones En relación a la posible aplicación de un proceso de humedecimiento o secamiento de granos, de manera preliminar a la expansión, se concluyó que la humedad de los granos comercializados normalmente en los mercados nacionales es adecuada para la expansión. Los granos sometidos a un proceso de secamiento previo se tuestan y no se expanden o presentan subexpansión. Esto se debe a que la humedad del grano está disminuida, y por lo tanto el tiempo de permanencia de los granos en la cámara de expansión, hasta lograr la presión de liberación del producto, aumenta. A su vez, esto ocasiona que el grano se tueste antes de la expansión. Una mayor cantidad de humedad, por el contrario, produce en los granos de quinua y arroz, un exceso de gelatinización del gránulo de almidón, y con la alta temperatura del proceso, éstos se cocinan formando una pasta. En el caso del maíz, el grano se expande pero resulta en un producto cauchoso, por el contenido de humedad, y por otro lado, la presión sube tan rápidamente que la mayoría de los granos no logra gelatinizarse y por lo tanto presentan una subexpansión.

Con relación a las variedades de grano, en el caso del maíz, son los granos expandidos de morocho y morochillo los que presentan los mejores resultados en cuanto a características organolépticas y al grado de expansión. Para el caso del arroz, es el arroz blanco de grano largo expandido, el que tiene mejor grado de expansión y mejores características organolépticas.

185

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones El morocho, el morochillo y el arroz blanco de grano largo poseen mayor proporción de endospermo córneo que harinoso (granos duros) y sus contenidos de amilosa son inferiores al 30%. Estas dos características son las recomendadas para la expansión y explican los resultados obtenidos. Los granos de maíz para tostado son normalmente suaves, es por esto que la mayoría de ellos sufren una sobreexpansión durante el proceso. El maíz para mote, al contrario, casi no se expande debido a que es un grano que tiene una baja humedad, la cual no es adecuada para la expansión. El arroz parbolizado presenta una subexpansión debido a que se trata de un grano sometido previamente a un tratamiento hidrotérmico, por lo que sus almidones se encuentran pregelatinizados y no poseen las mismas propiedades del almidón en forma natural; además la menor humedad de estos granos es la que ocasiona el exceso de tostado durante la expansión. El arroz “chino” se caracteriza por poseer un alto contenido de amilosa (superior al 30%), y es por esta razón que la mayoría de los granos no se expanden.

De los cuatro cereales ensayados son los granos de quinua y arroz los que presentan mayor rendimiento en masa (cantidad de granos con buena expansión). Sin embargo los granos de morocho y morochillo son los que presentan mayor rendimiento en volumen llegando a ser, respectivamente, de 10,29 y 9,72 veces superior al volumen de la materia prima. De estos dos, el morochillo es el que presenta menor costo de producción.

186

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones La expansión de cereales utilizando expansor tipo cañón, produce un incremento en el valor nutricional de los granos, esto se debe a que durante el proceso de expansión ocurre por un lado, pérdida de humedad (aproximadamente 10% del peso de la muestra), y por otro lado, desprendimiento de gran parte del pericarpio del grano, lo que reduce la cantidad de fibra y cenizas. La reducción de estos componentes del alimento hace que la proporción de los demás (proteína, grasa y carbohidratos) aumente, y son justamente estos nutrientes los que dictaminan el valor calórico de un alimento.

La cantidad de plomo que se registra en los cereales expandidos es relativamente elevada, si consideramos que los alimentos que no presentan contaminación por plomo deben poseer un valor de 0,1 mg/kg. 1 Sin embargo estudios realizados por Luzuriaga 2 demuestran que los alimentos que consumimos normalmente poseen valores mucho más altos. Por ejemplo, un estudio realizado durante el transcurso de un año en hortalizas y verduras cultivadas cercanas a carreteras o autopistas (Panamericana y Vía a la Costa), indicó una cantidad de plomo de 4 a 7 mg/kg en días normales y de 12 a 21 mg/kg en los días feriados. Otro estudio realizado durante cuatro meses con muestras de alimentos para consumo popular (fritada, hornado, etc.) recolectadas pasando un día en los sectores de la Villa Flora, Cotocollao, Floresta, Amazonas y Colón en la ciudad de Quito, reportó un promedio de plomo entre 5 y 15 mg/kg.

1

Datos obtenidos en LABOLAB - Laboratorio de Análisis de Alimentos, Aguas y Afines. Av. Pérez de Guerrero Oe 21-11 y Versalles, Of. 12 – 2do. Piso. Quito – Ecuador. 2

Director ejecutivo de LABOLAB

187

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones De lo mencionado en el párrafo anterior se concluye que existe una probabilidad de que la cantidad de plomo que presentan los cereales expandidos no se deba al plomo de la tapa del cañón, sino a una elevada carga de plomo en la materia prima utilizada. Esto explicaría porque el trigo presenta niveles más altos de contaminación en comparación con los otros granos. En los mercados minoristas el trigo se comercializa en menor escala que los otros granos, permaneciendo este cereal por más tiempo en los sitios de expendio y por lo tanto sujeto a la contaminación ambiental. Además, de entre los cuatro cereales de la investigación, es aquel que contiene la mayor proporción de pericarpio adherida a su superficie, lugar donde se acumulan las partículas contaminantes, como es el caso del plomo. El grano de arroz reporta el segundo mayor valor de contaminación por plomo, probablemente por tratarse de un grano que tiene su endospermo desnudo y por lo tanto la contaminación de plomo se encuentra en la superficie de mismo. Los granos de maíz y quinua son los que eliminaron mayor cantidad de pericarpio durante la expansión, y son los que reportan menor contaminación por plomo.

No cabe duda que el expansor de tipo cañón abre las puertas para nuevas y más profundas investigaciones, las cuales podrán contribuir enormemente para el desarrollo de nuevos productos, que utilicen los excedentes de producción agrícola y sirvan de alternativa para solucionar los problemas nutricionales que existen en el país.

188

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones

5.2

RECOMENDACIONES

Los parámetros indicados en la presente investigación permiten obtener productos con un grado de expansión aceptable, sin embargo no son los valores óptimos del proceso de expansión. Lo recomendable es que se realicen nuevos estudios, ensayando cada uno de los granos por separado y tomando en cuenta otras variables del proceso, como por ejemplo, el tiempo de permanencia en la cámara de expansión y la intensidad de calor suministrada.

El expansor de cereales tipo cañón también puede ser utilizado para expandir otro tipo de materia prima, que no sea necesariamente granos enteros, como por ejemplo, la utilización de mezclas que contienen almidón, que una vez troqueladas, son secadas y expandidas para obtener cereales para el desayuno y snacks en las más diversas formas. El expansor también sirve para tostar otros granos como por ejemplo habas y café. Por esta razón se recomienda la realización de nuevas investigaciones principalmente utilizando mezclas que sean nutricionalmente equilibradas.

Con el presente estudio se comprobó que el valor nutricional de los cereales expandidos aumenta, entre tanto se sabe que también existe un incremento en la digestibilidad y absorción de estos productos, por lo que sería muy interesante realizar estudios más a fondo a este respecto.

189

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones El expansor tipo cañón, con las adecuaciones realizadas, permite controlar el proceso de expansión de diferentes granos, sin embargo se sugiere realizar las siguientes adecuaciones al equipo, que por limitación económica y de tiempo no fueron posibles de ser efectuadas:

-

Adaptar un sistema que permita la apertura automatizada de la tapa, para dar mayor precisión y seguridad al proceso.

-

Instalar un dispositivo que permita controlar la presión de salida del gas del soplete y de esta manera controlar la intensidad de calor que se suministra a la cámara de expansión.

-

Adaptar un “túnel” a la boca de la cámara de expansión para que el producto expandido pase directamente a la cámara de recolección, evitando así desperdicios.

-

Sustituir el plomo utilizado como sello de la tapa de la cámara de expansión por un material no contaminante. Si bien es cierto que no está comprobado que la cantidad de plomo del producto final sea originaría del plomo contenido en la tapa, es preferible no utilizar este tipo de material en las industrias de alimentos.

-

Adaptar un encendedor automático para el soplete.

190

Capítulo V – Conclusiones y Recomendaciones Para determinar sí la contaminación de los cereales expandidos se debe al plomo contenido en el sello de la tapa de la cámara de expansión, se recomienda realizar nuevos ensayos y hacer comparaciones entre la cantidad de plomo existente en la materia prima utilizada para elaborar el producto y la cantidad de plomo del producto final.

191

Capítulo VI - Bibliografía

CAPÍTULO VI - BIBLIOGRAFÍA

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http://www.jamuy.com/vida/alimentos/recetas/proteinas.html

http://www.jic.bbsrc.ac.uk/STAFF/cliff-hedley http://www.jic.bbsrc.ac.uk/STAFF/cliff-hedley/Starch.htm /Starch.htm

195

Capítulo VI - Bibliografía http://www.mnhs.org/school/classroom/communities/c http://www.mnhs.org/school/classroom/communities/communities/red_wing/milesto ommunities/red_wing/milesto nes/puffed/source/doc1.html


http://www.paroscientific.com/convtable.htm

http://www.puc.cl/sw_educ/prodanim/digestiv/fii4c.htm

http://www.puc.cl/sw_educ/prodanim/digestiv/maov/maiz.htm

http://www.redibase.com/newsletter/march.htm


http://www.sica.gov.ec/cadena http://www.sica.gov.ec/cadenas/arroz/docs/pano s/arroz/docs/panorama_arroz_ecua rama_arroz_ecuador2.html dor2.html

http://www.sica.gov.ec/cadenas http://www.sica.gov.ec/cadenas/maiz/docs/panorama /maiz/docs/panorama_cadena200 _cadena2002.html 2.html

http://www.siise.gov.ec/fichas/salu31yc.htm

http://www.terra.es/personal4/alvarezsd/arroz.h http://www.terra.es/personal4/alvarezsd/arroz.htm#Estructura tm#Estructura del grano

http://www.themeter.net/pressioni_e.htm

196

Capítulo VI - Bibliografía http://www.unicef.org/ecuador/411a.html

http://wwwaces.uiuc.edu/asamex/extrusion5.html


INEN - Folleto # 71, Sistema Internacional de Unidades , Instituto Nacional Ecuatoriano de Normalización, Normalización, Dirección Dirección de Protección al Consumidor. Consumidor. 1993 Ecuador.

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 27, 146 – 149.

LEHNINGER, A. L., Principios De Bioquímica , 1° edición, edición, 4ª 4ª Impresión, Impresión, Editora Sarvier. 1988 - Brasil. Páginas 212 – 213.

LUZURIAGA, O., & LUZURIAGA, C., Guías de Laboratorio de Análisis de

Alimentos, Instituto Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad. 2000 – Ecuador. Páginas 1 – 4.

MAG/FAO, Breves Normas de Control de Calidad en Granos Almacenados , 1° Edición, Proyecto Proyecto FAO POSCOSECHA POSCOSECHA – GCP/ECU/069/NET, GCP/ECU/069/NET, 1998 1998 – Ecuador. Ecuador. Páginas 1- 5.

197

Capítulo VI - Bibliografía MAG/FAO, Manual de Capacitación , 1° Edición, Proyecto Proyecto FAO POSCOSECHA POSCOSECHA – GCP/ECU/069/NET, 1998 1998 – Ecuador. Ecuador. Páginas 1 – 9.

MORRISON, R. T. & BOYD, R. N., Química Orgánica, 5ª edición, Editora Addison - Wesley Iberoamericana. 1984 - USA. Página 1.309.

PEDRERO, D. L. & PANGBORN, R. M., Evaluación Sensorial de los Alimentos , 1ª edición, Editorial Alhambra Alhambra Mexicana. 1996 - México. Página 15.


198

Anexo I

ANEXO I – GLOSARIO DE TÉRMINOS

Para definir las palabras que se encuentran en este glosario se ha utilizado el Diccionario VOX, Diccionario General Ilustrado de la Lengua Española , 1° edición, 6° reimpresión. Bibliograf S.A.. 1980 – España. Los términos consultados en otras fuentes se encuentran con sus respectivas notas al pie.

Aleurona: Sustancia albuminoidea de reserva existente en la semilla de algunas plantas.1 La palabra albuminoidea se refiere a que participa de la naturaleza de las albúminas, que son proteínas globulares, solubles en agua, se diluyen en soluciones salinas y coagulan por el calor. Se encuentran en plantas y en tejidos animales. 2

Amiláceo: Que contiene almidón. Aminoácidos esenciales: Aminoácidos no sintetizados en el organismo, esenciales para el equilibrio de nitrógeno del adulto y el crecimiento óptimo del lactante y niño. El adulto necesita de isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina y el lactante, además de esos ocho aminoácidos, requiere también arginina e histadina. 3

Calloso: Que tiene callo. Cariópside: Fruto seco e indehiscente a cuya única semilla está íntimamente adherido el pericardio. La dehiscencia es la acción de abrirse naturalmente el pericarpio de ciertos frutos o las anteras de una flor, para dar salida a la semilla o al polen.

Córneo: Con consistencia parecida a la del cuerno.

1

http://www.diccionarios.com/index.phtml?diccionario=dgle&query=Aleurona&once=1

2

http://wzar.unizar.es/curso/nutricion/foronet/fo_n1/103.html

3

http://www.saludmed.com/CsEjerci/FisioEje/Glosa-Fis.html

199

Anexo I

Cotiledón: La primera o cada una de las dos primeras hojas del embrión de una planta fanerógama, modificadas especialmente y que en algunos casos acumulan sustancia de reserva.

Cruz de malta: La cruz de malta se forma por la birrefringencia que poseen ciertos cuerpos. Estos cuerpos presentan dos índices de refracción, en los que la luz sigue dos caminos diferentes. 1

Dextrina: Producto formado durante el curso del fraccionamiento del almidón. 2 Fenotipo: Conjunto de caracteres hereditarios que posee cada individuo perteneciente a una determinada determinada especie especie animal o vegetal. vegetal.

Genotipo: Conjunto de factores hereditarios constitucionales de un individuo o de una especie.

Glucana: Estructura formada por unidades de glucosa. Hialina: Que tiene la transparencia del vidrio. Lignocelulósica: Que está formada por lignina y celulosa. La celulosa es el componente principal de las paredes paredes de las células de las plantas y esta formada por una larga cadena de unidades de glucosa. La lignina es un compuesto fenólico indigestible que se deposita, en la pared de la célula mientras la planta se madura y es responsable de la reducción de la digestibilidad de los carbohidratos en las paredes de las células. 3

1

Información obtenida en LABOLAB – Laboratorio de Análisis de Alimentos, Aguas y Afines.

2

http://wzar.unizar.es/curso/nutricion/foronet/fo_n1/103.htm http://wzar.unizar.es/curso/nutricion/foronet/fo_n1/103.htmll

3

http://babcock.cals.wisc.edu/spanish/de/h http://babcock.cals.wisc.edu/spanish/de/html/glossaries/nu tml/glossaries/nutrition_spn_glossary.h trition_spn_glossary.html tml

200

Anexo I

Maltodextrinas: Almidones modificados por hidrólisis enzimática con enzima alfaamilasa. Estos productos se utilizan principalmente como agentes de relleno en productos alimenticios. alimenticios.1

Maltosa: Azúcar disacárido con doce átomos de carbono, formado en el desdoblamiento del almidón. Una molécula de maltosa está formada por dos de glucosa. 2

Radícula: parte del embrión de la planta que al desarrollarse constituye constituye la raíz. Saponina: Nombre común de varios glucósidos vegetales que, diluidos en agua, producen una una espuma parecida parecida a la de los jabones. 3

Vítreo: De vidrio, o que tiene sus propiedades.

1

http://www.imsa.com.mx/glosario.htm

2

http://www.saludmed.com/C http://www.saludmed.com/CsEjerci/FisioEje/Glosa-Fis.htm sEjerci/FisioEje/Glosa-Fis.htmll

3

http://www.pronat.com.mx http://www.pronat.com.mx/Glosario.htm /Glosario.htm

201

Anexo II

ANEXO II – PLANOS DEL EXPANSOR DE CEREALES TIPO CAÑÓN

202

Anexo III

ANEXO III – MANUAL DE MANTENIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO DEL EXPANSOR DE CEREALES TIPO CAÑÓN

206

Anexo III

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN INDUSTRIALIZACIÓN DE ALIMENTOS

MANUAL DE FUNCIONAMIENTO Y MANTENIMIENTO DEL EXP EX PANSOR DE CEREALES TIPO “CAÑÓN”

ELABORADO POR: Vânia Paggi

Quito – Septiembre – 2003 207

Anexo III

TABLA DE CONTENIDO

I.

INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 210

II. DESCRIPCIÓN DEL ESPANSOR ............................................. ................................................................. .................... 210 2.1

PRINCIPALES PIEZAS.................... PIEZAS ............................................ ................................................ .............................. ...... 210

2.1.1

CÁMARA DE EXPANSIÓN ............................................ .......................................................... .............. 211

2.1.2

TAPA DE LA CÁMARA DE EXPANSIÓN .................................. .................................. 212

2.1.3

SEGURO DE LA TAPA................................................. TAPA.................................................................. ................. 213

2.1.4

SOPORTE DE LA TAPA...................... TAPA .............................................. .......................................... .................. 213

2.1.5

TORNILLO DE POTENCIA............................................. POTENCIA........................................................... .............. 214

2.1.6

SOPORTES DEL EXPANSOR........................................ EXPANSOR....................................................... ............... 216

2.1.7

CARCASA..................... CARCASA ............................................. ................................................ .......................................... .................. 216

2.1.8

ESPÁRRAGO....................... ESPÁRRAGO .............................................. .............................................. .................................... ............. 217

2.1.9

AMORTIGUADOR...................... AMORTIGUADOR ............................................ ............................................. ............................. ...... 218

2.1.10

BASE DEL EXPANSOR........................................... EXPANSOR................................................................. ...................... 218

2.1.11

GATA................................................ GATA....................................................................... .............................................. ......................... 219

2.1.12

SOPORTE DEL SOPLETE .............................................. ............................................................. ............... 219

2.1.13

MOTOR MOTOR ............................................ ................................................................... .............................................. ......................... 220

2.1.14

POLEAS.......................................... POLEAS................................................................. .............................................. .......................... ... 220

2.1.15

BANDA DE TRANSMISIÓN...................................... TRANSMISIÓN......................................................... ................... 221

2.1.16

SWITCH ............................................. ..................................................................... ............................................. ..................... 221

2.1.17

MANÓMETRO ........................................... .................................................................. .................................... ............. 221

2.1.18

TERMÓMETRO................................................ TERMÓMETRO......................... .............................................. .............................. ....... 222

2.1.19

PALANCA PARA AJUSTE DE TAPA.................... TAPA .......................................... ...................... 222

2.1.20

PALANCA PARA APERTURA DE TAPA .................................. .................................. 222

2.1.21

PALANCA PARA AJUSTE DE GATA ......................................... ......................................... 223

2.2

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE CALOR ......................................... ......................................... 223

208

Anexo III 2.3

ACCESORIOS........................................................... ACCESORIOS.................................... .............................................. .............................. ....... 224

2.3.1

CÁMARA DE RECOLECCIÓN DE PRODUCTO.................... PRODUCTO ....................... ... 224

2.3.2

PALA TIPO EMBUDO ........................................... .................................................................. ....................... 225

2.3.3

CUCHARETA .............................................. ..................................................................... .................................. ........... 225

III.

FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO ........................................... ......................................................... .............. 226

3.1

PRECALENTAMIENTO PRECALENTAMIENTO .............................................. ..................................................................... .......................... ... 226

3.2

REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS ......................................... .................................................... ........... 227

IV.

RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN Y USO............................... 229

V. RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD ......................................... ................................................... .......... 229 VI.

RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO................. MANTENIMIENTO..................................... .................... 231

6.1

LUBRICACIÓN .............................................. ..................................................................... ........................................ ................. 231

6.2

REPOSICIÓN DE SELLOS Y PIEZAS................................. PIEZAS.................................................. ................. 231

6.2.1

SELLO DE LA TAPA ............................................. ..................................................................... ........................ 231

6.2.2

BANDA DE TRANSMISIÓN...................................... TRANSMISIÓN......................................................... ................... 232

6.2.3

SEGURO DE LA TAPA................................................. TAPA.................................................................. ................. 232

6.2.4

OTRAS PIEZAS ............................................. .................................................................... ................................. .......... 232

6.3

DIRECCIONES IMPORTANTES ................................................ .......................................................... .......... 233

PLANO DEL EXPANSOR DE CEREALES CEREALES TIPO CAÑÓN.................. CAÑÓN ................................. ............... 236

209

Anexo III

I.

INTRODUCCIÓN

El propósito de este manual es dar a los estudiantes los principios de funcionamiento del expansor de cereales tipo cañón, así como las recomendaciones para su manipulación segura y su mantenimiento. Por esta razón, es muy importante que los estudiantes antes de hacer uso del expansor, lean atentamente las instrucciones del presente manual.

II.

DESCRIPCIÓN DEL ESPANSOR

El equipo pesa aproximadamente 100 kg. Este peso permite, por inercia, contrarrestar la gran fuerza de reacción que existe en el momento de liberación del producto. Sus medidas son 0,75 m de largo, 0,40 m de ancho y 0,84 m de alto. Está pintado con Carboline –Thermaline 4700 en color aluminio. Esta pintura resiste a temperaturas continuas de 538 °C y temperaturas no continuas de 649°C, siendo recomendada para las tuberías de vapor de las industrias en general. La capacidad de producción de la máquina es de 1 kg de producto por cada 10 min y la presión máxima de operación recomendada es de 220 psi (1.561.847 Pa). A continuación se describen las principales partes que constituyen el expansor. Cabe mencionar que la información sobre los materiales con los cuales están construidas cada una de las partes fue obtenida junto al Sr. René Jervis Zambrano, egresado de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Nacional.

2.1

PRINCIPALES PIEZAS

El orden de descripción de las piezas está de acuerdo con el orden de enumeración que se encuentra en el plano del expansor en anexo.

210

Anexo III

2.1.1

CÁMARA DE EXPANSIÓN

Está es la parte más importante de la máquina. Es dentro de la cámara que ocurre la presurización de los granos de cereal. La cámara de expansión fue diseñada con un factor de seguridad de 3, esto significa que puede soportar tres veces más la presión de operación máxima recomendada, que es de 220 psi (1.516.847 Pa), por lo que es bastante segura. En una de las extremidades de la cámara se encuentra un orificio de apertura, “boca de la cámara” (ver figura 1), que permite el ingreso de materia prima y la salida del producto final. En la otra extremidad se encuentra una pequeña salida que permite la toma de medidas de la presión y de la temperatura del interior de la cámara de expansión. Está pieza está construida en fundición de hierro austenítica gris. Este material tiene una estructura estable resistente al calor, además presenta resistencias aceptables a la tracción y a la fluencia.

Figura 1 – Vista frontal del expansor con la tapa de la cámara de expansión abierta donde se visualiza el interior de la cámara


211

Anexo III

2.1.2

TAPA DE LA CÁMARA DE EXPANSIÓN

Esta pieza es también de mucha importancia. Su hermeticidad es la que permite alcanzar las presiones necesarias para el proceso de expansión. La tapa está fabricada de fundición de hierro austenítica gris, ya que soporta la misma presión y temperatura que la cámara de expansión. El sello de la tapa es de plomo que por su maleabilidad es el material más adecuado para lograr la hermeticidad requerida. La película que se forma en la tapa después de las primeras expansiones evita que el producto elaborado se contamine de plomo.

Figura 2 – Tapa de la cámara de expansión


212

Anexo III

2.1.3

SEGURO DE LA TAPA

Este seguro permite cerrar la tapa de la cámara de expansión y abrirla rápidamente en el momento que se desea liberar el producto. En la figura 3 se observa la posición del seguro para acoplar el soporte de la tapa y la posición del seguro para “asegurar” la tapa. Esta pieza soporta grandes esfuerzos y está sometida a un alto desgaste, por esta razón está fabricada de acero 1080 que es un material muy resistente al desgaste.

Figura 3 – Seguro de la tapa

A. Posición para acoplar el soporte de la tapa

B. Posición para asegurar la tapa


2.1.4

SOPORTE DE LA TAPA

El soporte es la pieza que sostiene la tapa en su posición. Esta pieza también es la que se acopla al seguro de la tapa y que en el momento de liberación del producto se desacopla del mismo liberando así la tapa que por efecto de la presión se separa de la boca de la cámara de expansión. En la figura 4 se observa la posición del soporte para la colocación de la tapa y en la figura 5 el momento en que el soporte se acopla al seguro. Esta pieza está fabricada de hierro fundido blanco y está diseñada para soportar grandes fuerzas. Su factor de seguridad es muy alto por lo que se puede decir que es de vida infinita.

213

Anexo III

Figura 4 – Posición del soporte para colocación de la tapa


Figura 5 –Acople entre el soporte y el seguro de la tapa

A. Momento del acople

B. Soporte acoplado Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

2.1.5

TORNILLO DE POTENCIA

El tornillo de potencia permite ajustar la tapa de manera que se acople adecuadamente a la boca de la cámara de expansión. En el momento de colocación de la tapa la parte rosca del tornillo debe estar totalmente hacía afuera (ver figura 6).

214

Anexo III El ajuste del tornillo solo se realiza después de que el soporte de la tapa se encuentre acoplado al seguro de la tapa. Para realizar este ajuste se utiliza la “palanca para ajuste de tapa”, número 19 en el plano que se encuentra en anexo. (Ver figura 7)

Figura 6 – Posición del tornillo de potencia para colocación de la tapa

A. Antes de colocar la tapa

B. Tapa colocada Fuente: Vânia Paggi


Esta pieza está fabricada en acero 1080 que es un acero de gran resistencia al desgaste y que tiene buena resistencia a la tracción y a la fluencia.

Figura 7 –Ajuste del tornillo de potencia


215

Anexo III

2.1.6

SOPORTES DEL EXPANSOR

Los soportes son los que sustentan la cámara de expansión. Está formado por dos piezas iguales. El material de fabricación es hierro fundido blanco. Posee una gran masa para que con la inercia se pueda contrarrestar la fuerza de reacción en el momento del disparo.

2.1.7

CARCASA

La carcasa está formada por dos tapas, la tapa superior que presenta dos orificios que sirven para inyectar aceite durante la lubricación y la tapa inferior que está unida a los soportes del expansor. Esta parte se encuentra conjugada con la cámara de expansión de tal manera que permite el libre giro de la cámara en su interior. (Ver figura 8) La principal función de la carcasa es que funciona como un sistema de protección en el caso de que la cámara de expansión falle, esto permite aumentar la seguridad del equipo. Otra función importante es que contribuye al direccionamiento del calor y evita la perdida directa de energía calórica de la cámara de expansión hacia el ambiente en que se encuentra el expansor. Además también sirve para canalizar los gases de la combustión, permitiendo que los mismos puedan ser eliminados del recinto en que se encuentra el equipo mediante la adaptación de una tubería de escape de gases. La carcasa está fabricada con hierro fundido blanco. Este material es de gran dureza y presenta resistencias aceptables a la tracción y a la fluencia.

216

Anexo III

Figura 8 – Vista lateral del expansor en donde se observa las dos partes de la carcasa que recubre la cámara de expansión


2.1.8

ESPÁRRAGO

Esta pieza es la que mantiene fija la carcasa al soporte (ver figura 9). Está fabricada con acero 1040 que es un acero de gran tenacidad y mucha resistencia ya que el espárrago sufre grandes esfuerzos debido a que en el momento del disparo, es el que soporta gran parte de la fuerza de reacción.

Figura 9 – Vista posterior de la base de la carcasa en donde se observa el espárrago y el amortiguador posterior


217

Anexo III

2.1.9

AMORTIGUADOR

El expansor está dotado de dos amortiguadores: Amortiguador anterior y amortiguador posterior. El amortiguador anterior está constituido de una plancha de caucho de 10 mm de espesor fijada en la parte frontal de los soportes, para evitar que la tapa se golpee contra la base de la carcasa en el momento de liberación del producto (ver figura 10). En la base de la carcasa, protegiendo el punto de impacto, se encuentran el amortiguador posterior, formado por dos láminas de caucho de 12 mm de espesor que se observan en la figura anterior (figura 9).

Figura 10 – Vista frontal del expansor en donde se observa el amortiguador anterior


2.1.10

BASE DEL EXPANSOR

La base del expansor fue construida con la finalidad de facilitar la manipulación del equipo y absorber las vibraciones producidas durante la explosión. Esta pieza está hecha de madera dura y pesada. En su parte posterior posee un sistema de elevación de gato mecánico, mencionado a continuación. 218

Anexo III

2.1.11

GATA

El gato mecánico o “gata” posibilita la elevación de la boca de la cámara de expansión para la introducción de los granos o su inclinación en el momento de la liberación del producto. (Ver figura 11)

Figura 11 – Vista posterior de la base del expansor de cereales tipo cañón

A. Gata en posición horizontal

B. Gata en posición vertical Fuente: Vânia Paggi


2.1.12 SOPORTE DEL SOPLETE El soporte del soplete, mantiene el soplete en su lugar y permite que la dirección de la llama sea fija. (Ver figura 12).

219

Anexo III

Figura 12 – Soporte del soplete


2.1.13 MOTOR El motor es la parte central del sistema de transmisión de movimiento, que está compuesto también por poleas y banda (ver figura 13). Este sistema permite que la cámara de expansión gire automáticamente durante el proceso de expansión. El motor utilizado por el expansor es de 1/8 HP (93,21 W) 1 de potencia, de la marca Oriental Motor. Funciona con 110 Voltios (V) y 60 Hertzios (Hz). La velocidad de rotación del motor es de 650 rpm (Revoluciones Por Minuto) y tiene incorporado un reductor de velocidad que entrega 68 rpm.

2.1.14 POLEAS Las poleas (en número de 2) reducen la velocidad de giro de 68 rpm, a la salida del motor, a 18,5 rpm, velocidad de giro de la cámara de expansión. Están construidas en fundición de aluminio, con diámetros de 3 y 11 pulgadas (0,0762 y 0,2794 metros respectivamente)2. 1

En el Sistema Internacional de Medidas la Unidad utilizada para expresar la Potencia es el Watts o Vatio, cuyo símbolo es “W”. 1 Hp (Horse Power o Caballo de Fuerza) es igual 7,457 x 10 2 W. 2

En el Sistema Internacional de Medidas la longitud debe expresarse en metros (m) y 1 pulgada (pulg) es igual a 0,0254 m.

220

Anexo III

2.1.15 BANDA DE TRANSMISIÓN Es una banda tipo A-47, lo que quiere decir que tiene de perímetro 47 pulg (1,19 m) y su perfil es tipo A.

2.1.16 SWITCH El switch sirve para prender el motor una vez que este se encuentre conectado a la red. Se encuentra ubicado en la parte lateral posterior de la base del expansor, en el mismo lado del soporte para el soplete.

Figura 13 – Sistema de transmisión del expansor tipo cañón

A. Vista superior

B. Vista posterior Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

2.1.17

MANÓMETRO

El manómetro utilizado en el expansor es de fabricación alemana, tiene un dial de 3 pulgadas (0,076 m) con bulbo inferior. Su capacidad es de 0 a 300 psi (0 a 2.068.427 Pa). Los acoples son de bronce en ¼ NPT (ver figura 14). 221

Anexo III

2.1.18 TERMÓMETRO El termómetro es de tipo bimetálico, tiene un dial de 2,5 pulgadas (0,0635 m), con bulbo posterior y tubo de 2 pulgadas de largo (0,05 m). Marca la temperatura en un rango de 10 a 260 ºC y 50 a 500 °F. Al igual que el manómetro sus acoples son de bronce en ¼ NPT. (Ver figura 14).

NOTA: Los acoples del manómetro y del termómetro están sellados con silicona Loctite roja - RTV que es resistente a altas temperaturas.

Figura 14 –Dispositivos de control (manómetro y termómetro)


2.1.19

PALANCA PARA AJUSTE DE TAPA

Como su mismo nombre indica sirve para ajustar la tapa antes de iniciar el proceso de expansión (ver figura 7). Esta hecha de acero estructural y su punta es recta.

2.1.20

PALANCA PARA APERTURA DE TAPA

Esta palanca sirve para abrir el seguro y liberar el soporte de la tapa en el momento de realizar el disparo (ver figura 15). Está hecha de acero estructural y su punta es curva.

222

Anexo III

Figura 15 – Apertura de la tapa de la cámara de expansión

A. Introducción de la palanca

B. Liberación del seguro Fuente: Vânia Paggi


2.1.21

PALANCA PARA AJUSTE DE GATA

Sirve para colocar el gato mecánico en posición vertical u horizontal.

2.2

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE CALOR

Para el suministro de calor del expansor de cereales se utiliza un soplete a gas. El tanque de gas doméstico está adaptado con una válvula industrial, la cual está conectada a una manguera especial para combustible, que se encarga de llevar el gas hasta el soplete en donde una férula une las dos partes y garantiza la hermeticidad y seguridad del sistema (ver figura 16). El tanque de gas está equipado con un carro para transporte, permitiendo así su fácil remoción del área de expansión en caso necesario.

NOTA: Para encender el soplete girar la llave, ubicada entre el mango del soplete y el tubo de metal que conduce el gas hasta el soplete, MÁXIMO media vuelta. De preferencia girar hasta que la palabra “fulgas” que se encuentra arriba de la llave este en línea con el tubo de metal.

223

Anexo III

Figura 16 – Sistema de suministro de calor


2.3 2.3.1

ACCESORIOS CÁMARA DE RECOLECCIÓN DE PRODUCTO

La cámara está fabricada con ángulo de hierro y forrada de malla de acero inoxidable n° 40. Mide aproximadamente 1,2 m de largo, 1,2 m de alto y 0,3 m de ancho. En la parte lateral posee una puerta para descarga del producto. (Figura 17 y 18)

224

Anexo III

Figura 17 – Cámara de recolección del producto expandido


Figura 18 – Puerta para descarga del producto expandido


2.3.2

PALA TIPO EMBUDO

Sirve para colocar los granos dentro de la cámara de expansión y está hecha de acero inoxidable (figura 19).

2.3.3

CUCHARETA

Sirve para sacar el producto que se queda en la cámara de expansión después del disparo, está construida en acero inoxidable (figura 19).

225

Anexo III

Figura 19 – Pala tipo embudo y cuchareta


III. 3.1

FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

PRECALENTAMIENTO

Para el precalentamiento del equipo se debe observar el siguiente procedimiento: 1.

Colocar el equipo en posición horizontal utilizando el sistema de elevación de gato mecánico que se encuentra en la parte posterior de la base.

2.

Cerrar la tapa de la cámara de expansión sin ajustar demasiado el tornillo de potencia, permitiendo así que el aire caliente salga libremente y no suba la presión.

3.

Observar que el seguro de la tapa se encuentre en la posición correcta, para facilitar posteriormente su apertura.

4.

Colocar tres gotas de aceite en los orificios que se encuentran en la parte superior de la carcasa.

5.

Conectar el equipo a la red (110 V, 60 Hz).

6.

Conectar el interruptor poniendo en marcha el motor para que empiece a girar la cámara de expansión.

7.

Abrir la válvula del gas.

8.

Encender el soplete, cuidando de no girar la llave del soplete en más de media vuelta.

226

Anexo III 9.

Apagar el soplete y desconectar el interruptor en el momento que el termómetro marque una temperatura de 40 ºC.

3.2

REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS

Para realizar la expansión de los diferentes granos se debe seguir los pasos que se mencionan a continuación: 1.

Mediante el sistema de elevación de gato mecánico, elevar la boca de la cámara de expansión para facilitar la introducción de los granos. (La “gata” debe estar en posición horizontal y la boca de la cámara de expansión debe apuntar hacia arriba).

2.

Con la ayuda de la palanca para apertura de tapa, girar el ajuste de la tapa hacia abajo, dejando abierta la boca de la cámara de expansión.

3.

Colocar los granos dentro de la cámara de expansión utilizando la pala tipo embudo.

4.

Cerrar la tapa, acoplando el soporte de la misma al seguro.

5.

Ajustar fuertemente la tapa a la boca del cañón, girando el tornillo de potencia con ayuda de la palanca para ajuste de tapa.

6.

Colocar la máquina en posición horizontal para su mejor funcionamiento, utilizando el sistema de elevación de gato mecánico.

7.

Conectar rápidamente el interruptor para poner en funcionamiento el motor y permitir que la cámara gire, evitando así que los granos se quemen.

8.

Encender nuevamente el soplete, cuidando de no girar la llave del soplete en más de media vuelta.

9.

Esperar hasta que el manómetro llegue a marcar la presión P1 (ver cuadro 1).

10.

Apagar el soplete.

11.

Mediante el sistema de elevación de gato mecánico bajar la boca de la cámara de expansión para facilitar la liberación de la mayor cantidad posible de producto de la cámara, evitando así que estos se quemen. (La gata debe estar en posición vertical y la boca de la cámara de expansión debe apuntar hacia abajo)

227

Anexo III 12.

Colocar la cámara de recolección frente a la boca de la cámara de expansión, lo más cerca posible.

13.

Esperar hasta que el manómetro llegue a marcar la presión P2 (ver cuadro 1).

14.

Desconectar el interruptor.

15.

Colocar la cámara en posición de disparo (el seguro de la tapa debe estar hacía arriba) utilizando el mango que se encuentra ubicado en la polea mayor.

16.

Con la ayuda de la palanca para apertura de tapa, girar el seguro de la tapa hacía abajo, permitiendo que esta se suelte liberando el producto. Es muy importante tomar en cuenta que en el momento de abrir la tapa, el operador debe estar ubicado atrás del equipo y traer puesta sus orejeras.

17.

Una vez realizado el disparo retirar la cámara de recolección y con la cuchareta de acero inoxidable sacar rápidamente todo el producto que haya quedado dentro de la cámara de expansión con el objetivo de evitar que se queme.

NOTA: Para la realización de nuevos ensayos no es necesario esperar que el equipo se enfríe y la materia prima puede ser introducida inmediatamente después que el producto haya sido liberado. Antes de introducir los granos hay que lubricar el expansor.

Cuadro 1 – Presiones recomendadas para la expansión de diferentes granos PRODUCTO

P1

P2

psi

Pa

psi

Pa

ARROZ

100

689.476

140

965.266

MAÍZ

120

827.371

160

1.103.161

TRIGO

130

896.318

170

1.172.109

QUINUA

140

965.266

180

1.241.056


228

Anexo III

IV.

RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN Y USO

Para que el expansor de cereales funcione adecuadamente se debe observar las siguientes recomendaciones de instalación y uso: 1.

Colocar la máquina sobre terreno sólido, nivelado y horizontal.

2.

Evitar el contacto del equipo con la humedad y el polvo. Secarlo y limpiarlo siempre que sea necesario.

3.

Si la máquina va a funcionar en local cerrado instalar un tubo de diámetro suficiente para la evacuación de los gases de la combustión a la atmósfera.

4.

En la medida de lo posible ubicar la máquina en un cuarto con paredes que aíslen el sonido.

5.

Limpiar la cámara de expansión antes de cada ensayo. Primero con la ayuda de la cuchareta desprender todo residuo de producto que se encuentre adherido a la pared interna y después con una tela de algodón ligeramente humedecida recolectar las partículas de pequeño tamaño que aún se quedan dentro de la cámara.

6.

Utilizar una tela de algodón limpia para retirar el polvo que se queda sobre la superficie externa del expansor y en la cámara de recolección antes y después de terminada la práctica.

7.

Asegurar que exista suficiente gas en el cilindro para que se pueda concluir el proceso de expansión, de lo contrarios se perderá el producto.

8.

Para la lubricación utilizar un aceite que resista altas temperaturas ya que el equipo en funcionamiento alcanza temperaturas cercanas a los 200 ºC.

V.

RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD

Para la seguridad de las personas que operen el expansor y de las personas que se encuentren cercanas al mismo, se recomienda tomar las siguientes precauciones: 1.

Manejar el equipo conforme se describe en el presente manual afín de obtener un funcionamiento seguro y eficiente. 229

Anexo III 2.

Por ninguna razón permitir que personas que no estén familiarizadas con el funcionamiento del expansor hagan uso del mismo.

3.

Antes de utilizar el equipo asegurarse de que el manómetro y el termómetro se encuentren en buen estado y que permitan visualizar los valores de presión y temperatura.

4.

Comprobar que la banda de transmisión, el sello de plomo y el seguro de la tapa se encuentren en buenas condiciones antes de poner en marcha el equipo.

5.

Jamás manipular el equipo sin los implementos de seguridad personal requeridos (protecciones auditivas y guantes especiales para el calor).

6.

Durante la utilización del expansor no permitir la presencia de niños en el área en que se encuentra el equipo.

7.

No permitir que personas se paren enfrente de la boca de la cámara de expansión en el momento de liberación del producto

8.

Mantener el expansor separado de otros equipos a una distancia mínima de 2 metros, durante su funcionamiento.

9.

No acercar ningún tipo de material inflamable al equipo mientras este se encuentre en funcionamiento o cuando éste permanezca caliente.

10.

Operar el equipo de preferencia en un lugar amplio, de lo contrario proporcionar ventilación adecuada y conducir los gases de combustión hacía fuera del recinto.

11.

Esperar a que el equipo se enfríe completamente antes de realizar las operaciones de mantenimiento o limpieza.

12.

Lavarse las manos después de haber manipulado el aceite utilizado para la lubricación del expansor.

230

Anexo III

VI.

RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO

Para asegurar que el equipo siempre se encuentre funcionando de una manera óptima, es muy importante seguir el programa de mantenimiento que se expone a continuación:

6.1

LUBRICACIÓN

Para evitar el desgaste de las piezas, una mayor generación de calor y la necesidad de mayor potencia, se deben colocar tres gotas de aceite en cada uno de los agujeros de la carcasa, hechos para este efecto, cada vez que se realice un ensayo. El aceite utilizado debe ser resistente a altas temperaturas ya que las piezas en contacto pueden llegar a temperaturas cercanas a los 200ºC.

6.2

REPOSICIÓN DE SELLOS Y PIEZAS

6.2.1 SELLO DE LA TAPA La tapa contiene un sello de plomo, en el cuál empiezan a aparecer rayas circulares formadas por la boca de la cámara de expansión, estas hendiduras se tornan cada vez más profundas con el uso, hasta que en un momento se llega al tope de la tapa, dejando así de funcionar el sellado hermético y a pesar de que se ajuste fuertemente se producirán fugas. Cuando esto sucede será necesario derretir el plomo contenido en la tapa y volverla a rellenar. Por las razones antes expuestas se recomienda realizar el rellenado de la tapa cada 200 ensayos o antes, si es necesario.

231

Anexo III

6.2.2 BANDA DE TRANSMISIÓN Para la transmisión del movimiento del motor a la cámara de expansión se utiliza una banda tipo A-47, la cual debe ser cambiada cada 200 ensayos. La vida útil de la banda se ve disminuida por la alta temperatura a la que trabaja.

6.2.3 SEGURO DE LA TAPA El seguro de la tapa es una pieza que sufre desgaste debido a las condiciones en que funciona. La violencia con que se abre la tapa genera una fuerza muy grande en los filos de la pieza y por ello el desgaste es muy rápido. Por esta razón este seguro debe ser fabricado de un material muy resistente al desgaste como por ejemplo el acero 1080 con el que se fabricó originalmente. Se recomienda cambiar el seguro cada 300 ensayos. Sin embargo es importante verificar periódicamente que el seguro esté en buenas condiciones porque es muy peligroso operar el equipo si esta pieza presenta defectos.

6.2.4 OTRAS PIEZAS Considerando que las demás piezas y ajustes no tienen el mismo desgaste que las piezas mencionadas anteriormente, se recomienda realizar su cambio solamente cuando sea necesario. A continuación se presentan las direcciones donde se han comprado o construido las diferentes partes del expansor.

232

Anexo III

6.3

DIRECCIONES IMPORTANTES

6.3.1 ACOPLES DE BRONCE INDUCLIMA Dirección: Av. América 56-04 y Voz Andes (Centro Comercial la Y) Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2249-077 (02) 2468-692 Fax: 6.3.2 CÁMARA DE EXPANSIÓN Y CARCASA REPUESTOS CASAS EL MUELLE Dirección: Av. Aviación 1501 – La Victoria Lima - Perú Teléfonos: (0051) 1-323-0828 (0051) 1-999-0311 6.3.3 EQUIPOS DE SEGURIDAD DISTRIBUIDORA PROAÑO Dirección: Av. John F. Kennedy N67-60 y Cap. Ramón Chiriboga Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2296-691 Fax: (02) 2293-569 PIGE - PROVEEDORA INDUSTRIAL GUANTERA ECUATORIANA Dirección: Centro Comercial Santa Clara – Local 31 Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2502-531 PROSEIN Dirección: Teléfono: Fax:

Alemania N29-80 y Av. Eloy Alfaro Quito - Ecuador (02) 2568-677 (02) 2568-707

233

Anexo III

6.3.4 MANÓMETRO Y TERMÓMETRO ECUATORIANA INDUSTRIAL Dirección: Concepción 676 y Valparaíso Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2952-888 Fax: (02) 2952-888 LA LLAVE S.A. Dirección: Av. Amazonas 6065 y El Inca Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2468-564 Fax: (02) 2468-563 6.3.5 MALLA DE ACERO INOXIDABLE REPERMETAL S.A. Dirección: Av. América 4343 (N34-483) y Hernández de Girón Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2439-786 Fax: (02) 2448-995 6.3.6 MANGUERA DE GAS MANGUERCOL Cia. Ltda. Dirección: Av. 10 de Agosto N44-244 (entre Av. El Inca y El Labrador) Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2461-191 Fax: (02) 2438-240 6.3.7 PINTURA TÉRMICA EXPOCOLOR Dirección: Ruiz de Castilla 763 y Andagoya Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2549-999 Fax: (02) 2503-188

234

Anexo III

6.3.8 POLEAS, BANDAS Y SILICONA LOCTITE COMERCIAL KIWI S.A. Dirección: Av. 10 de Agosto y Luis Cordero Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2221-832 Fax: (02) 2501-723 6.3.9 SOPLETE ORBEA Cía. Ltda. Dirección: Av. De La Prensa 884 (N43-328) y Zumaco Quito - Ecuador (02) 2254-865 Teléfono: Fax: (02) 2442-901

NOTA: La construcción del equipo fue realizad en los talleres de mecánica de la Universidad Politécnica Nacional, bajo la dirección del Sr. René Jervis Zambrano, por esta razón a continuación se mencionan la dirección del Sr. Jervis. SR. RENÉ JERVIS ZAMBRANO Dirección: Av. Machala 60105 y Teniente Carrión Quito - Ecuador Teléfono: (02) 2294-037

235

Anexo III

PLANO DEL EXPANSOR DE CEREALES TIPO CAÑÓN

236

Anexo IV

ANEXO IV – GUÍA DE LABORATORIO PARA LA EXPANSIÓN DE CEREALES UTILIZANDO EXPANSOR TIPO CAÑÓN

238

Anexo IV

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN INDUSTRIALIZACIÓN DE ALIMENTOS

GUÍA DE LABORATORIO PARA LA EXPANSIÓN DE CEREALES UTILIZANDO EXPANSOR TIPO “CAÑÓN”

ELABORADO POR: Vânia Paggi

Quito – Septiembre – 2003 239

Anexo II

TABLA DE CONTENIDO

PRACTICA N° 1 ..................................................................................................... 242 FUNDAMENTOS DE LA EXPANSIÓN DE CEREALES....................................242 I.

OBJETIVO................................................................................................ 242

II.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................242

III.

MATERIA PRIMA Y MATERIALES.................................................... 245

IV.

PROCEDIMIENTO................................................................................. 245

V.

RESULTADOS Y ANÁLISIS..................................................................247

VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES....................................... 248

VII.

INVESTIGACIÓN................................................................................... 248

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 249

PRACTICA N° 2 ..................................................................................................... 250 EXPANSIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE MAÍZ.............................................. 250 I.

OBJETIVO................................................................................................ 250

II.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................250

III.


IV.

PROCEDIMIENTO................................................................................. 254

V.

RESULTADOS Y ANÁLISIS.................................................................256

VI.


VII.

INVESTIGACIÓN................................................................................... 257

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 257

240

Anexo IV PRACTICA N° 3 ..................................................................................................... 258 EXPANSIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE ARROZ........................................... 258 I.

OBJETIVO................................................................................................ 258

II.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................258

III.


IV.

PROCEDIMIENTO................................................................................. 260

V.


VI.


VII.

INVESTIGACIÓN................................................................................... 263

VII.

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 263

PRACTICA N° 4 ..................................................................................................... 264 EXPANSIÓN DE QUINUA Y TRIGO................................................................... 264 I.

OBJETIVO................................................................................................ 264

II.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................264

III.


IV.

PROCEDIMIENTO................................................................................. 268

V.


VI.


VII.

INVESTIGACIÓN................................................................................... 271

VII.

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 271

ANEXO I – GUÍA PARA LA EVALUACIÓN SENSORIAL DE LOS CEREALES EXPANDIDOS ........................................................................................................ 272

241

Anexo IV

PRACTICA N° 1 FUNDAMENTOS DE LA EXPANSIÓN DE CEREALES I.

OBJETIVO

Dar al estudiante los conocimientos necesarios para que una vez terminada la práctica se encuentre en capacidad de describir las etapas del proceso de expansión de cereales, así como el principio de la expansión. Demostrar en la práctica los parámetros que se deben observar para la expansión de arroz y de maíz.

II.

INTRODUCCIÓN

El proceso de expansión de granos, utilizando temperatura y alta presión, fue inventado por el científico en alimentos Alexander P. Anderson en 1901, en la Universidad de Columbia en Estados Unidos. 1 Anderson descubrió que el agua empleada para hinchar los gránulos de almidón podría ser utilizada para expandir o inflar el gránulo en forma homogénea en todas las direcciones, dando como resultado un almidón altamente poroso, de fácil digestibilidad y solubilidad. Esto sucede cuando el agua cambia repentinamente del estado líquido hacía el estado gaseoso. El cambio es tan rápido que impide que el líquido se difunda a través de las paredes de los gránulos del almidón. 2 La esencia del proceso de expansión de granos se encuentra en la gelatinización del almidón bajo condiciones de alta temperatura y alta presión, con la subsecuente caída drástica de esta última, lo que ocasiona una expansión del grano hasta un tamaño mucho mayor que el original. 1


2

http://www.mnhs.org/school/classroom/communities/communities/red_wing/milestones/puffed/source /doc1.html

242

Anexo IV El almidón es un polisacárido constituido de largas cadenas con centenas o millares de unidades recurrentes de D-glucosa que se diferencian en la forma con que estas unidades están ligadas entre si. Los polímeros de glucosa que constituyen el gránulo de almidón son la amilosa y la amilopectina. 1 La amilosa es una α –D-(1 - 4) – glucana, cuya unidad repetitiva es la

α-maltosa.

Tiene facilidad de adquirir una

conformación tridimensional helicoidal, en la cual cada vuelta de la hélice consta de seis moléculas de glucosa. 2 En la amilopectina las ramas están unidas al tronco central, que se asemeja a la amilosa, por enlaces α-D-(1-6), localizados a cada 20 – 30 unidades lineales de glucosa3. Los almidones son cuerpos birrefringentes, lo que significa que tienen dos índices de refracción de la luz, por lo cual cuando se irradian desarrollan la típica “cruz de malta”. Esto se debe a que la molécula posee zonas cristalinas y amorfas. Las zonas cristalinas ocupan del 15 al 45 % del gránulo y están conformadas por moléculas de amilosa ordenadas paralelamente a través de puentes de hidrógeno, mientras que las zonas amorfas están constituidas por moléculas de amilopectina que no tienen la capacidad de unirse entre sí o con la amilosa. 4 Durante la gelatinización las moléculas de agua penetran en el grano de almidón, primero en las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las más accesibles, ya que los puentes de hidrógeno no son tan numerosos ni rígidos como en las áreas cristalinas. La captación de agua de los gránulos de almidón comienza a una temperatura variable, de acuerdo con la fuente del almidón. La temperatura de gelatinización, es aquélla en la cual se alcanza el máximo de viscosidad y se pierde la birrefringencia y el patrón de difracción de rayos X. 1

1

LEHNINGER, A. L., Principios De Bioquímica, 1° edición, 4ª Impresión, Editora Sarvier. 1988 Brasil. Paginas 212 – 213. 2

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Pagina 94. 3


4

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 96 – 98.

243

Anexo IV En la mayoría de los almidones la gelatinización es completa a una temperatura no mayor de 95 ºC. Los almidones céreos se gelatinizan más fácilmente que los normales pues existen menos zonas cristalinas. Durante el proceso de expansión de cereales primero debe haber una gelatinización del grano, así cuanto menor el porcentaje de amilosa, mayor será el volumen de expansión.1 A continuación se presenta un cuadro con el porcentaje de amilosa y amilopectina de algunos almidones.

Cuadro 1 – Porcentaje de amilosa y amilopectina de algunos almidones Amilopectina

Amilosa

(%)

(%)

Arroz

83

17

Maíz

73

27

Maíz rico en Amilosa

20 - 45

55 - 80

Maíz céreo

99 - 100

0-1

Tipo

Fuente: DERGAL, S. B., Química de los Alimentos, 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Pagina 96.


Los granos que serán sometidos al proceso de expansión deben ser de buen tamaño y estar enteros. La carga de contaminantes que poseen no debe ser superior al 5%, dentro de estos se contempla semillas de malezas, otros tipos de granos y piedras pequeñas. La humedad adecuada es de 9 – 12 %. Los granos muy secos tienden a romperse durante el proceso. 2

1 2

http://www.fao.org/inpho/vlibrary/t0567e/T0567E0k.htm#Expanded (puffed, popped) rice products http://www.sanitarium.com.au/schoproj/sppuffed.htm#Puffing

244

Anexo IV Prácticamente todos los granos que contienen almidón pueden ser expandidos, sin embargo algunos presentan mayor grado de expansión que otros. Por lo general los granos con un contenido de 5 – 20 % de amilosa son los que presentan mejor textura y expansión 1.

III.

MATERIA PRIMA Y MATERIALES

1 kg de Arroz Blanco Grano Largo

Balanza

1 kg de Morocho

Expansor tipo cañón Fósforos Orejeras o Tapones de oído Guantes para calor

IV.

PROCEDIMIENTO

Nota: Antes de utilizar el expansor es importante que todos los alumnos hayan leído el manual de funcionamiento y mantenimiento del equipo, para familiarizarse con las partes del equipo y saber las medidas de seguridad que se deben observar durante la manipulación del “cañón”. Solo así se podrá realizar el procedimiento que se menciona a continuación. 1.

Pesar 1 kg de arroz.

2.


3.


4.


5.


1


245

Anexo IV 6.


7.


8.


9.


10.


11.


12.


13.


14.


15.


16.


17.


18.


19.

Presurizar los granos de arroz hasta la presión de 100 psi (689.476 Pa).

20.

Apagar el soplete.

21.


246

Anexo IV 22.


23.


24.


25.


26.


27.


Para la expansión del morocho el procedimiento es el mismo, sin embargo como el equipo ya se encuentra caliente, no es necesario realizar los pasos 2 a 10 que son exclusivos para el precalentamiento. Tampoco se debe esperar que el equipo se enfríe. Después de la primera expansión, los granos son introducidos en la cámara de expansión a una temperatura de más o menos 100 °C. Para el morocho las presiones mencionadas en los pasos 19 y 23 para el arroz pasan a ser de 120 (827.371 Pa) y 160 psi (1.103.161 Pa), respectivamente.

V.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Cada estudiante debe reportar los resultados obtenidos en la práctica con los análisis respectivos. En anexo se encuentra un esquema propuesto para la evaluación sensorial de los granos expandidos. Debe también incluirse en los resultados un cuadro con el rendimiento obtenido (cantidad de granos con buena expansión) para cada cereal y el cálculo del costo del producto obtenido.

247

Anexo IV

VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Cada estudiante debe relacionar los resultados obtenidos en el punto anterior con la información bibliográfica que se encuentra en la introducción de cada práctica y las conclusiones que se generen de este análisis, deben ser reportadas. Además debe hacer recomendaciones buscando siempre contribuir para el mejoramiento de la práctica.

VII.

INVESTIGACIÓN

7.1

¿Cuál es la estructura de la amilosa y de la amilopectina?

7.2

Explique como ocurre el proceso de gelatinización del almidón.

7.3

¿Porque los granos de arroz se expanden a menor presión que los granos de maíz?

7.4

¿Cuál de los dos cereales expandidos, presenta mayores ventajas en la elaboración de cereales para el desayuno? ¿Por qué?

7.5

¿Cuál es la unidad de medida utilizada para indicar presión en el sistema internacional de unidades? ¿Cuánto equivale esta unidad en psi?

248

Anexo IV

BIBLIOGRAFÍA •

DERGAL, S. B., Química de los Alimentos , 3° edición, 2° reimpresión, Editorial Alambra Mexicana S.A. 1995 – México. Página 94 - 98.

•

http://www.fao.org/inpho/vlibrary/t0567e/T0567E0k.htm#Expanded

(puffed,

popped) rice products

•


•


•

http://www.mnhs.org/school/classroom/communities/communities/red_wing/mil estones/puffed/source/doc1.html

•

LEHNINGER, A. L., Principios De Bioquímica , 1° edición, 4ª Impresión, Editora Sarvier. 1988 - Brasil. Paginas 212 – 213.

249

Anexo IV

PRACTICA N° 2 EXPANSIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE MAÍZ I.

OBJETIVO

Demostrar en la práctica el comportamiento de diferentes variedades de maíz frente a la expansión. Impartir al estudiante criterios suficientes para que pueda indicar qué tipo de maíz presenta mejor expansión y porqué.

II.

INTRODUCCIÓN

Botánicamente, el maíz ( Zea mays) pertenece a la familia de las gramíneas. La palabra Maíz (de origen indio caribeño) significa literalmente “lo que sustenta la vida”. Juntamente con el trigo y el arroz, el maíz es uno de los cereales más importantes del mundo.1 El grano de maíz es mayor que el grano de otros cereales. Su coloración varía de blanca a amarilla, aunque también hay variedades de color negro, rojo y jaspeado. Se distinguen por las diferencias de los compuestos químicos depositados o almacenados en él. De acuerdo al endospermo, que corresponde a un 83% del grano, el maíz puede ser clasificado en:

Dent (dentado): Posee un endospermo calloso y vítreo a los lados y en la parte posterior del grano, en tanto que el núcleo central es blando. Debido a que la parte alta del grano contiene almidón harinoso, la pérdida de humedad de esta área provoca un ligero colapso durante la maduración, que produce la apariencia dentada característica. 1

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S02.htm#Capitulo 1 Introducción

250

Anexo IV Este es el maíz de mayor importancia comercial, ocupando aproximadamente el 73% de la producción global. 1

Flint (duro): Tiene un endospermo grueso, duro y vítreo, que encierra un centro pequeño, granuloso y amiláceo. Normalmente se cultiva en lugares que requieren variedades tolerantes al frío o donde las condiciones de germinación y almacenamiento son relativamente pobres. Ocupa aproximadamente el 14% de la producción.1

Flour (blando): Sus granos contienen un endospermo suave y harinoso, el cual puede ser fácilmente molido. Ocupa aproximadamente el 12% de la producción global.1

Pop (reventador): Posee un grano esférico y pequeño con un núcleo harinoso que es suave y una cubierta cristalina, que es dura. Con la aplicación de calor la humedad atrapada en la parte harinosa se expande y estalla a través de la cubierta dura, con lo que se originan las palomitas de maíz. Este tipo de maíz ocupa menos del 1% de la producción mundial. 2

Sweet (dulce): Este maíz recibe su nombre debido a que su endospermo está constituido principalmente de azúcar, con una pequeña cantidad de almidón. Al igual que el maíz reventador, ocupa menos del 1% de la producción total. 1 En el cuadro 1 se describe la composición química general de diferentes tipos de maíz.

1


2


251

Anexo IV

Cuadro 1 – Composición química general de distintos tipos de maíz (en %) Tipo

Humedad Cenizas Proteínas

Fibra

Extracto

cruda

etéreo

Hidratos de carbono

Cristalino

10,5

1,7

10,3

2,2

5,0

70,3

Harinoso

9,6

1,7

10,7

2,2

5,4

70,4

Amiláceo

11,2

2,9

9,1

1,8

2,2

72,8

Dulce

9,5

1,5

12,9

2,9

3,9

69,3

Reventador

10,4

1,7

13,7

2,5

5,7

66,0

Negro

12,3

1,2

5,2

1,0

4,4

75,9

Fuente: http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S04.htm#CUADRO 6 Elaborado por: Vânia Paggi

El maíz puede también ser clasificado de acuerdo al porcentaje de amilosa y amilopectina presentes en sus gránulos de almidón, a saber 1:

Maíz normal: En este tipo de maíz la relación entre amilosa y amilopectina es de aproximadamente 1:3. Posee entre el 25 y el 30 % de amilosa.

Maíz ceroso o "waxy": El porcentaje de amilosa en estos granos es inferior al 1%. Un gen afecta la síntesis del almidón de modo tal que solo cadenas de amilopectina son formadas, con exclusión casi completa de las cadenas de amilosa.

Maíz con alta amilosa : Debido a la acción de un mutante recesivo, este tipo de maíz posee entre 50 a 80 % de amilosa en su composición. En el cuadro 2 se presenta el porcentaje de amilosa de algunos tipos de maíz producidos en Ecuador. Uno de los factores más importantes para la clasificación del maíz es la dureza del grano, la cual está dada en función de la resistencia que posee a la acción mecánica o al quebrado durante la cosecha y la poscosecha. 1

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S03.htm30.84#Capitulo 2 Composición química y valor nutritivo del maíz

252

Anexo IV Esa resistencia determina la calidad que posee el grano para su uso y conservación y se relaciona en forma directa con la dureza del endospermo, que se debe principalmente a la relación existente entre los endospermos córneo y harinoso. En la fracción córnea del endospermo, el almidón y la proteína se encuentran muy fuertemente ligados, mientras que en la fracción harinosa solo están débilmente ligados, por lo tanto cuanto mayor es la proporción de endospermo córneo, mayor es la dureza del grano. 1

Cuadro 2 – Porcentaje de amilosa en diferentes tipos de maíz del Ecuador MAÍZ INIAP 122 INIAP 102 INIAP 101 INIAP 124 INIAP 176 INIAP 551 INIAP 160 ZHUBAY INIAP 192

AMILOSA** CARACTERÍSTICA* UTILIZACIÓN* % Para choclo y Amarillo suave 32,74 tostado Para choclo, mote Blanco suave 30,69 y tostado Para choclo, mote Blanco suave 31,71 y tostado Mishca Para choclo y Amarillo suave 27,65 Mejorado tostado Amarillo semi-duro Para forraje y Morochillo (similar al maíz de alimentos 26,16 gallina de la costa) balanceados Para alimentos Híbrido 551 Amarillo duro 28,47 balanceados Morocho Blanco duro Para morocho 30,84 Para Mote y Zhubay Blanco semi-suave 26,99 Tostado Chulpi Amarillo duro Para chulpi 31.41 NOMBRE COMÚN* Chaucho Mejorado Blanco Blandito

Fuente: * Ing. José Velásquez – Ingeniero Agrónomo del departamento de Producción de Semillas del INIAP. ** Proyecto: Investigación y desarrollo de nuevas alternativas alimenticias para consumo humano, basadas

en maíz, banano, plátano y quinua. Ensayo: Influencia de la materia prima, el

acondicionamiento y la fritura sobre la textura interna del grano de maíz. Responsables: Ing. Nelly Lara e Ing. Geovanna Lescano. Departamento de Nutrición del INIAP.


1


253

Anexo IV

III.


1 kg de Morocho

Balanza

1 kg de Morochillo

Expansor tipo cañón

1 kg de Maíz para tostado

Fósforos

1 kg de Maíz para mote

Orejeras o Tapones de oído Guantes para calor

IV.

PROCEDIMIENTO

Nota: Solo podrán manipular el expansor y realizar la práctica los estudiantes que hayan leído el manual de funcionamiento y mantenimiento del equipo. 1.

Pesar 1 kg de morocho.

2.


3.


4.


5.


6.


7.


8.


9.


10.


254

Anexo IV 11.


12.


13.


14.


15.


16.


17.


18.


19.

Presurizar los granos de morocho hasta la presión de 120 psi (827.371 Pa).

20.

Apagar el soplete.

21.


22.


23.

Presurizar los granos de morocho hasta la presión de 160 psi (1.103.161 Pa).

24.


25.


255

Anexo IV 26.


27.


Para la expansión de los demás granos de maíz los pasos 2 a 10 son obviados y los granos se colocan en la cámara de expansión con el equipo ya caliente a una temperatura más o menos de 100 °C. Los demás pasos son realizados exactamente como se describe para el morocho.

V.


Para la presentación de los resultados se debe evaluar sensorialmente cada uno de los productos obtenidos, utilizando la guía en anexo. Reportar el rendimiento y el costo de producción para cada uno de los granos expandidos.

VI.



256

Anexo IV

VII.

INVESTIGACIÓN

7.1

¿Por qué los granos de mote no se expanden adecuadamente?

7.2

¿A qué se debe la sobreexpansión que ocurre en los granos de maíz para tostado?

7.3

¿Cuál es la temperatura de gelatinización del almidón del maíz?

7.4

¿Cuál es el volumen de producción de maíz en Ecuador? ¿Este volumen abastece la demanda nacional?

7.5

¿Entre el morocho y el morochillo, cuál usted recomendaría para ser utilizado como materia prima en una empresa de elaboración de cereales expandidos y por qué?

BIBLIOGRAFÍA •


•

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S02.htm#Capitulo1Introducción

•

http://www.fao.org/docrep/T0395S/T0395S03.htm#Capitulo2Composición química y valor nutritivo del maíz

•


•


•

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España.

257

Anexo IV

PRACTICA N° 3 EXPANSIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE ARROZ I.

OBJETIVO

Demostrar en la práctica el proceso de expansión de diferentes tipos de arroz, y qué características debe tener el grano de arroz para que ocurra la expansión. Dar al estudiante los conocimientos necesarios para indicar qué tipo de arroz presenta mejor expansión y por qué.

II.

INTRODUCCIÓN

El arroz (Oriza sativa L.) es un cereal de gran consumo en el mundo. En la actualidad se siembran unas 1.400 variedades, las cuales están divididas, de acuerdo al tipo de suelo en que se da el cultivo, en dos grupos principales, según sean para suelos secos y de altura o para suelos húmedos de llanura. 1 La forma y tamaño del grano son características varietales que influyen en muchas fases del procesado, manejo, comercialización y clasificación del arroz. La medida de la longitud (L) y de la relación longitud - anchura (L/A) del grano elaborado es la base para la clasificación del tipo de grano en el mercado internacional. 2 De acuerdo a este criterio el arroz se clasifica en 3:

Arroz de grano largo: es 3 veces más largo que ancho (superior a 6 mm).

1


2


3

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 146 – 149.

258

Anexo IV

Arroz de grano medio: es entre 2 y 3 veces más largo que ancho (5 - 6 mm), más corto y más expandido que el arroz de grano largo.

Arroz de grano corto o redondo: es casi tan largo como ancho (4 - 5 mm de largo y 2,5 mm de espesor) Otra forma de clasificar el arroz es en cuanto al proceso y grado de limpieza al que fue sometido, a saber:

Arroz Blanco: es el producto de arroz después que ha pasado a través de todo el proceso de descascarado, pulido y elaboración. Ha perdido una gran parte de sus elementos nutritivos y contiene particularmente menos niacina, tiamina, magnesio, zinc, hierro y fibras que el arroz integral. En algunos países, como en los Estados Unidos, el arroz blanco puede ser untado con silicato de magnesio o recubierto con una mezcla de glucosa y de talco ("arroz pulido", "arroz glaseado"). 1

Arroz Parbolizado: es un arroz que ha sido sometido a un proceso hidrotérmico antes de ser descascarado y pulido, esto permite una migración de los micronutrientes del salvado hacia el endospermo, resultando en un arroz más rico en vitaminas y minerales.

Arroz Integral: es un arroz entero al cual se le ha quitado solamente la cáscara externa fibrosa y no comestible, pero que conserva el germen. Este tipo de arroz, tiene como todos los cereales integrales, un mayor valor nutritivo que el arroz blanco y más vitaminas y fibra dietética. La composición química del arroz varía de acuerdo al tipo de tratamiento recibido antes de su comercialización, como se puede apreciar en el cuadro 1.

1


259

Anexo IV El arroz tiene una gran importancia nutricional, su contenido de proteínas si bien es limitado, es superior al de otros cereales. Contiene los ocho aminoácidos esenciales para el cuerpo humano y es una fuente importante de minerales y vitaminas. 1

Cuadro 1 – Composición química de diferentes tipos de arroz (Por 100 g)

INTEGRAL

BLANCO

PARBOLIZADO

Agua (%)

12,00

12,00

10,30

Carbohidratos (%)

77,40

80,00

81,30

Grasa (%)

1,60

0,40

0,30

Fibras (%)

0,90

0,10

0,20

Proteínas (%)

7,50

6,70

7,40

Fuente: http://www.florhuila.com/pagina_el%20arroz%20y%20su%20salud.htm Elaborado por: http://www.florhuila.com/pagina_el%20arroz%20y%20su%20salud.htm

III.


1 kg de Arroz blanco grano largo

Balanza

1 kg de Arroz parbolizado

Expansor tipo cañón

1 kg de Arroz integral

Fósforos Orejeras o Tapones de oído Guantes para calor

IV.

PROCEDIMIENTO

Nota: Antes de utilizar el expansor es importante que todos los alumnos hayan leído el manual de funcionamiento y mantenimiento del equipo. 1.

Pesar 1 kg de arroz. blanco grano largo

2.


1


260

Anexo IV 3.


4.


5.


6.


7.


8.


9.


10.


11.


12.


13.


14.


15.


16.


17.


18.


19.

Presurizar los granos de arroz hasta la presión de 100 psi (689.476 Pa). 261

Anexo IV 20.

Apagar el soplete.

21.


22.


23.


24.


25.


26.


27.


Para la expansión de los demás granos de arroz los pasos 2 a 10 son obviados y los granos se colocan en la cámara de expansión con el equipo ya caliente a una temperatura de más o menos 100 °C. Los demás pasos son realizados exactamente como se describe para el arroz blanco de grano largo.

V.


Para la presentación de los resultados se debe evaluar sensorialmente cada uno de los productos obtenidos, utilizando la guía en anexo. Reportar el rendimiento y el costo de producción para cada uno de los granos expandidos.

262

Anexo IV

VI.



VII.

INVESTIGACIÓN

7.1

¿Por qué los granos de arroz parbolizado no se expanden?

7.2

¿Cuál es la temperatura de gelatinización del almidón del arroz?

7.3

¿Cuál es el volumen de producción de arroz en Ecuador? ¿Este volumen abastece la demanda nacional?

7.4

¿Entre el arroz blanco de grano largo y el arroz integral, cuál usted recomendaría para ser utilizado como materia prima en una empresa de elaboración de cereales expandidos y por qué?

VII.

BIBLIOGRAFÍA

•


•

http://www.terra.es/personal4/alvarezsd/arroz.htm#Estructuradel grano

•


•

KENT, N. L., Tecnología de los Cereales . 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España.

•


•


263

Anexo IV

PRACTICA N° 4 EXPANSIÓN DE QUINUA Y TRIGO I.

OBJETIVO

Dar al estudiante los parámetros necesarios para la expansión de granos de quinua y trigo.

II.

INTRODUCCIÓN

2.1

Quinua

La quinua ( Chenopodium quinoa Wild ) se cultiva en zonas áridas y semiáridas de los Andes. Los granos, cuyo color varía (blanco, gris, rosado) tienen tamaño entre 1,8 – 2,6 mm. El tamaño del grano sirve como criterio de clasificación: Quinua grande (2,2 – 2,6 mm), Quinua mediana (1,8 – 2,1 mm) y Quinua pequeña (menores de 1,8 mm).1 La quinua presenta una gran variabilidad y diversidad de formas. Las variedades de quinua existentes en Ecuador se agrupan en tres grandes grupos, a saber:

Variedades criollas: son aquellas variedades que el agricultor ya cultivó por mucho tiempo. Estas variedades están sometidas permanentemente a la presión y selección del medio ambiente y por esta razón se encuentra bien adaptados al lugar en que se desarrolla el cultivo, sin embargo son variedades muy heterogéneas tanto en el genotipo como en el fenotipo. La cantidad de variedades criollas en Ecuador es numerosa.2

1

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/paginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades 2

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/paginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#vari edades

264

Anexo IV

Variedades mejoradas : son el resultado de un fitomejoramiento sistemático. Estas variedades son homogéneas en fenotipo y genotipo. 1 El INIAP ha desarrollado cuatro variedades de quinua a partir de poblaciones recolectadas en el país, siendo dos variedades amargas: INIAP-IMBAYA e INIAPCOCHASQUI y dos variedades semidulces: INIAP-INGAPIRCA e INIAPTUNKAHUAN. Actualmente solamente esta última se está cultivando tanto para el mercado local como internacional, debido a sus excelentes características. Las otras tres variedades prácticamente han desaparecido. 1

Quinuas silvestres : son los ancestros y parientes cercanos de las quinuas cultivadas, y utilizadas como fuente genética para el mejoramiento de las mismas. Sin embargo muchas veces pueden presentarse como “malezas” dentro de un cultivo con variedad mejorada. La quinua presenta un adecuado balance de proteínas, carbohidratos y minerales, necesarios para la vida humana, por lo que es considerada como uno de los pocos alimentos de origen vegetal nutricionalmente completo. 1 Posee una proteína de alto valor biológico, que por su elevado contenido de lisina y su balance de aminoácidos esenciales, resulta comparable a la proteína de origen animal. En el cuadro 1 se presenta la composición química proximal de la quinua, con sus valores promedios y el rango de valores.

1


265

Anexo IV

Cuadro 1 – Composición química de la quinua RANGO DE VALORES

VALOR PROMEDIO

Agua (%)

6,2 – 14,1

9,6

Carbohidratos (%)

53,2 – 67,2

7,2

Grasa (%)

4,3 – 9,5

13,7

Fibras (%)

1,2 – 4,8

3,3

10,8 – 21,9

2,9

2,0 – 6,1

61,7

Proteínas (%) Cenizas

Fuente: KOZIOL, M. J., Chemical Composition and Nutritional Evaluation of Quinoa. Latinreco S.A., Centro Nestlé de Desarrollo de Alimentos para América Latina. 1991 – Ecuador.


2.2

Trigo

El trigo es la planta alimenticia de más extenso cultivo en el mundo entero. Más de mil millones de seres humanos lo consumen en diversas formas, y contribuye en mayor proporción que ningún otro alimento a suministrar calorías y proteínas al hombre.1 La planta del trigo es un miembro de la familia de las gramíneas, que comprende unos 600 géneros y más de 5000 especies. Todos los trigos, sean silvestres o cultivados, se hallan incluidos en el género Triticum.1 Según la textura del endospermo, el trigo puede ser clasificado en 1:

Trigo vítreo: Los granos son traslúcidos y aparecen brillantes contra la luz intensa. El carácter vítreo se puede inducir con el abono nitrogenado o con fertilizantes y se correlaciona positivamente con alto contenido de proteína. Los granos a veces, adquieren aspecto harinoso a consecuencia de algunos tratamientos, por ejemplo por humedecer y secarlos repetidamente o por tratamiento con calor.

1

AYKROYD, W.R. & DOUGHT, J., El Trigo en la Alimentación Humana , 1° Edición, Editorial FAO. 1970 – Italia. Paginas 7.

266

Anexo IV

Trigo harinoso: La opacidad de los granos harinosos es, un efecto óptico debido a la presencia de diminutas vacuolas o fisuras llenas de aire, entre las células del endospermo. Las fisuras forman superficies reflectantes interiores que impiden la transmisión de la luz y dan al endospermo una apariencia blanca. Los granos harinosos son característicos de variedades que crecen lentamente y tienen un período de maduración largo. El carácter harinoso se correlaciona positivamente con la obtención de grandes rendimientos de grano. Otra forma de clasificación del trigo, es de acuerdo a la dureza del endospermo. La “dureza” y “blandura” son características de molinería, relacionadas con la manera de fragmentarse el endospermo, a saber:

Trigos duros : la fractura tiende a producirse siguiendo las líneas que limitan las células.

Trigos blandos: El endospermo se fragmenta de forma imprevista, al azar. La dureza está relacionada con el grado de adhesión entre el almidón y la proteína. 1 Así en los trigos duros el almidón está fuertemente adherido a la proteína, mientras que en los trigos suaves el grado de unión es menor. La principal diferencia en la composición de los tipos de trigo se encuentra en el porcentaje de proteínas y de carbohidratos. (Ver cuadro 2)

1


267

Anexo IV

Cuadro 2 – Composición química del trigo TRIGO DURO

TRIGO BLANDO

(Maniteba)

(Inglés)

Carbohidratos (%)

74,1

78,6

Proteínas (%)

16,0

10,5

Grasa (%)

2,9

2,6

Fibras (%)

2,6

2,5

Cenizas (%)

1,8

1,8

Fuente: KENT, N. L., Tecnología de los Cereales. 1° edición, Editorial Acribia S.A. 1987 – España. Página 28.


III.


1 kg de quinua

Balanza

1 kg de trigo

Expansor tipo cañón Fósforos Orejeras o Tapones de oído Guantes para calor

IV.

PROCEDIMIENTO

Nota: Antes de utilizar el expansor asegurarse que todos los alumnos hayan leído el manual de funcionamiento y mantenimiento del equipo. 1.

Pesar 1 kg de quinua.

2.


3.


4.


268

Anexo IV 5.


6.


7.


8.


9.


10.


11.


12.


13.


14.


15.


16.


17.


18.


19.

Presurizar los granos de quinua hasta la presión de 140 psi (965.266 Pa).

20.

Apagar el soplete.

269

Anexo IV 21.


22.


23.

Presurizar los granos de quinua hasta la presión de 180 psi (1.241.056 Pa).

24.


25.


26.


27.


Para la expansión del trigo los pasos 2 a 10 son obviados y los granos se colocan en la cámara de expansión con el equipo ya caliente a una temperatura de más o menos 100 °C. Además las presiones indicadas en los pasos 19 y 23 pasan a ser de 130 psi (896.318 Pa) y 170 psi (1.172.109 Pa) respectivamente.

V.


Para la presentación de los resultados se debe evaluar sensorialmente cada uno de los productos obtenidos, utilizando la guía en anexo. Reportar rendimiento y costo de producción para cada uno de los granos expandidos.

270

Anexo IV

VI.



VII.

INVESTIGACIÓN

7.1

¿Por qué los granos de quinua requieren mayor presión para su expansión?

7.2

¿Cuál es la temperatura de gelatinización del almidón de trigo?

7.3

¿Cuáles son los volúmenes de producción de quinua y de trigo en Ecuador? ¿Este volumen abastece la demanda nacional?

7.4

¿Para la elaboración de cereales para el desayuno cuál de los dos granos expandidos usted recomendaría? ¿Por qué?

VII. •

BIBLIOGRAFÍA

AYKROYD, W.R. & DOUGHT, J., El Trigo en la Alimentación Humana , 1° Edición, Editorial FAO. 1970 – Italia. Paginas 7.

•

http://www.ecuarural.gov.ec/ecuagro/páginas/PRODUCTOS/MANUALES/Manual_Quinua.htm#variedades

•


•


271

Anexo IV

ANEXO I – GUÍA PARA LA EVALUACIÓN SENSORIAL DE LOS CEREALES EXPANDIDOS La evaluación sensorial se ocupa de la medición y cuantificación de las características de un producto, ingrediente o modelo, las cuales son percibidas por los sentidos humanos. 1 A continuación se describen las propiedades sensoriales que deben ser analizadas en cada uno de los granos expandidos:

1. Color Se refiere al color de la superficie exterior de los granos expandidos, la cual debe ser lo más homogénea posible y no debe contener partes quemadas. En el cuadro 1 se encuentra el esquema propuesto para la calificación de las muestras con respecto al color.

2. Olor El olor corresponde a la percepción, por medio del olfato de las sustancias volátiles liberadas por la muestra. La escala de valores utilizada para este atributo se encuentra en el cuadro 2.

PEDRERO, D. L. & PANGBORN, R. M., Evaluación Sensorial de los Alimentos, 1ª edición, Editorial Alhambra Mexicana. 1996 - México. Pagina 15. 1

272

Anexo IV

Cuadro 1 – Escala de valores para la calificación del color de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS La mayoría de los granos presentan coloración característica del cereal expandido. (Para el arroz granos enteramente de color blanco o crema; para el morocho granos de color blanco o crema con pequeños puntitos de

3

color cafés que son restos del pericarpio; para el morochillo granos de color crema levemente amarillos con diminutos puntos de color café; para la quinua granos de coloración blanca o crema con una cinta delgada de color café a su rededor y para el trigo coloración blanca o crema con puntos de coloración café que corresponden a residuos del pericarpio). La mayoría de los granos presentan coloración crema oscura.

2

(Los granos de morocho, morochillo y trigo siempre presentan restos de pericarpio de color café en su superficie, la coloración crema oscura se observa en las partes del grano libre de pericarpio).

1 0

La mayoría de los granos presentan coloración café por efecto de un exceso de calor. La mayoría de los granos presentan coloración café oscuro o negro (granos quemados o tostados). Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

Cuadro 2 – Escala de valores para la calificación del olor de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Olor a grano tostado, característico del grano expandido.

2

Olor intenso a grano tostado.

1

Ligero olor a quemado o ligero olor a almidón crudo.

0

Intenso olor a quemado o intenso olor a almidón crudo. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

273

Anexo IV

3. Aroma El aroma es el principal componente del sabor de los alimentos. Las sustancias olorosas o aromáticas de un alimento se perciben después de haberse puesto en la boca. Dichas sustancias se disuelven en la mucosa del paladar y la faringe, y llegan a través de la trompa de Eustaquio a los centros censores del olfato. 1 En el cuadro 3 se encuentran los valores propuestos para la evaluación del aroma de los productos expandidos.

Cuadro 3 – Escala de valores para la calificación del aroma de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Aroma a grano tostado, característico del grano expandido.

2

Ligero aroma a quemado o ligero aroma a almidón crudo.

1

Intenso aroma a quemado o intenso aroma a almidón crudo.

0

Producto que por sus características no es posible probar. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

4. Sabor La determinación del sabor de un alimento es muy compleja, y combina tres propiedades: el olor, el aroma y el gusto. El sabor es lo que diferencia un alimento de otro, pues al probar un alimento con los ojos cerrados y la nariz tapada, solamente se podrá juzgar si es dulce, salado, amargo o ácido, mientras que al percibir el olor se puede decir de qué alimento se trata. El sabor también puede verse influido por el color y la textura. 2

1 ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Pagina 11. 2

ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Pagina 11.

274

Anexo IV Los valores propuestos para la evaluación del sabor de los productos expandidos se encuentran en el cuadro 4:

Cuadro 4 – Escala de valores para la calificación del sabor de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS

3

Sabor característico del grano tostado o cocido (ligeramente dulce).

2

Ligero sabor a quemado o ligero sabor a almidón crudo.

1

Intenso sabor a quemado o intenso sabor a almidón crudo.

0

Producto que por sus características no es posible probar Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

5. Textura La textura "es la propiedad sensorial de los alimentos que es detectada por los sentidos del tacto, la vista y el oído y que se manifiestan cuando el alimento sufre una deformación."1 La textura, al ser medida o evaluada sensorialmente, debe ser considerada en tres etapas 2: etapa inicial, que comprende la percepción en el primer mordisco; etapa intermedia, que es la sensación que se percibe durante la masticación y etapa final, percepción de los cambios producidos por la masticación y la sensación residual que deja el producto. La escala de valores propuesta para la evaluación de esta propiedad se encuentra en el cuadro 5.

1

ANZALDÚA, A., La Evaluación Sensorial de los Alimentos en la Teoría y la Práctica, 1° edición, Editora Acribia. 1.994 - España. Pagina 24. 2

LUZURIAGA, O., & LUZURIAGA, C., Guías de Laboratorio de Análisis de Alimentos , Instituto Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad. 2000 – Ecuador. Paginas 1 – 4.

275

Anexo IV

Cuadro 5 – Escala de valores para la calificación de la textura de los productos expandidos PUNTAJE 3

CARACTERÍSTICAS Producto crujiente, de fácil masticabilidad y muy poca adhesividad. Producto ligeramente suave, de masticabilidad moderada y ligera

2

adhesividad o producto ligeramente duro, de masticabilidad moderada y de difícil desintegración en la boca. Producto blando, cauchoso durante la masticación y con intensa

1

adhesividad o producto duro, difícil de masticar y que no se desintegra en la boca.

0

Producto que por sus características no es posible evaluar organolépticamente. Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

6. Grado de expansión Esta característica es evaluada, mediante la observación de la cantidad de granos sin expandir y de la forma de los granos expandidos. Los puntajes propuestos para su evaluación se encuentran en el cuadro 6.

276

Anexo IV

Cuadro 6 – Escala de valores para la calificación del grado de expansión de los productos expandidos PUNTAJE

CARACTERÍSTICAS La mayoría de los granos con buena expansión y que conservan la

3

forma del

grano original, pocos granos sobreexpandidos o

subexpandidos y muy pocos granos sin expandir. La mayoría de los granos muy expandidos (sobreexpandidos) o la

2

mayoría de los granos poco expandidos (subexpandidos), con pocos granos con buena expansión y muy pocos granos sin expandir.

1 0

La mayoría de los granos sin expandir, pocos granos subexpandidos muy pocos granos con buena expansión. No hay expansión de los granos Fuente: Vânia Paggi Elaborado por: Vânia Paggi

277

Apéndice I

APÉNDICE I – TABLAS DE CONVERSIONES UTILIZADAS EN LA INVESTIGACIÓN

Tabla 1 – Tabla para convertir diferentes unidades de medida al sistema internacional NAME

TO CONVERT FROM

TO

MULTIPLY BY

DIVIDE BY

hectare

m^2

1.000E+04

1.000E-04

Length

in

m

2.540E-02

39.3700

Mass

lb

kg

0.4535

2.2050

Power

hp

W

745.71

1.341E-03

Area

Fuente: http://www.imrtest.com/html/english_table2.html Elaborado por: http://www.imrtest.com/html/english_table2.html

Nota 1: Esta tabla fue reducida para expresar solamente las unidades de medidas utilizadas durante la investigación.

Nota 2: Los valores para la conversión de diferentes unidades de presión al Sistema Internacional de Unidades, se encuentran en la tabla 2.

278

Apéndice I

Tabla 2 – Tabla para conversión de presión To obtain Meters of

Multiply number of

By

water (d=1.0

Factor

gm/cm3)

2

Pounds/ inch (psi)

Inches of mercury (in Hg)

mm of 2

mercury or

Gram/cm

Torr

(gm/cm2 )

(mm Hg)

Millibars (mbar) (hPa)

Newton/ meter2 (Pascal) (Pa)

1

1.422334

2.895903

73.55592

100.0000

98.06650

9806.650

Pounds/inch2

0.7030696

1

2.036021

51.71493

70.30696

68.94757

6894.757

Inches of Mercury

0.3453155

0.4911541

1

25.40000

34.53155

33.86388

3386.388

0.01359510

0.01933678

0.03937008

1

1.359510

1.333224

133.3224

Gram/cm2

0.01000000

0.01422334

0.02895903

0.7355592

1

0.9806650

98.06650

Millibars

0.01019716

0.01450377

0.02952999

0.7500617

1.019716

1

100.0000

Meters of Water

mm of Mercury or Torr

Newton/m2

1.019716x10-4 1.450377x10-4 2.952999x10-4 7.500617x10-3 0.01019716 0.01000000

1

Fuente: http://www.paroscientific.com/convtable.htm

279

Apéndice II

APÉNDICE II– RESULTADOS DEL ANÁLISIS PROXIMAL DE LOS CEREALES EXPANDIDOS

280

sativa L.), MAÍZ (Zea mays L.), QUINUA (Chenopodium quinoa Willd) Y

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