1.1. Título del proyecto. “Estudio técnico para la producción de oleoresinas del género capsicum y evaluación de su calidad”. 1.2. Area en la que se inscribe. Tecnología química. 1.3. Responsable del proyecto: Bach. Pisconti Flores, Pablo Reynier. Bach. Yauri Caillahua, Aldo Smith. 1 CONTENIDO DE LA TESIS Indice. Resumen Introducción. CAPITULO I: GENERALIDADES. 1.1. Antecedentes. 1.2. Problema. 1.3. Objetivos. 1.4. Hipótesis y variables. 1.5. Importancia del estudio. CAPITULO II: MARCO TEORICO. 2.1. Oleoresinas. 2.1.1. Definición. 2.1.2. Características físicas. 2.1.3. Características fisicoquímicas. 2.1.4. Métodos de obtención. 2.2. Tecnologías para la obtención de oleoresinas. 2.2.1. Generalidades. 2.2.2. Tipo de tecnología. 2.2.3. Aparatos. 2.2.4. Planta para extracción de oleoresinas. 2 2.3. Métodos para la determinación de carotenos. 2.3.1. Métodos cualitativos. 2.3.2. Métodos cuantitativos. 2.3.3. Método empleado para medir la variabilidad. CAPITULO III: PARTE EXPERIMENTAL. 3.1. Materiales, reactivos y equipos. 3.2. Obtención de muestras. 3.3. Preparación de las muestras para el análisis. 3.4. Análisis de las muestras: 3.4.1. Sólidos totales. 3.4.2. Sólidos solubles 3.4.3. pH 3.4.4. Conductividad 3.4.5. Contenido de acido ascórbico. 3.4.6. Contenido de pigmentos carotenoides. 3.4.7. Contenido de ácido cítrico. 3.5. Estudios experimentales previos: 3.5.1. Determinación cualitativa de la oleoresina 3.5.2. Temperatura del proceso 3.5.3. Tiempo de calentamiento. 3.5.4. pH del líquido de gobierno. CAPITULO IV: DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 3 4.1. Resultados obtenidos: 4.2. Discusión de resultados: CONCLUSIONES. RECOMENDACIONES. BIBLIOGRAFIA. 4 INTRODUCCION El género capsicum es un producto originario de América y comprende alrededor de doscientas variedades. El fruto es una baya cuya forma puede variar entre cúbica, cónica o esférica; su interior es hueco y dividido en cuatro compartimentos, las semillas se alojan en los tabiques y cerca al tallo. En general, los frutos de este género se caracterizan por ser picantes, con algunas excepciones denominadas como “ajíes dulces”. Se utilizan para consumo fresco en ensaladas (o solo base para la elaboración de aderezos, ingrediente a nivel industrial para condimentos, fuente de ex- tractos para fines ambientales y medicinales), entre otros Considerando la importancia de los recursos naturales en la industria alimentaria y el amplio espectro de aplicación de los extractos de variedades de capsicum, se realiza una revisión del estado actual de su industrialización, específicamente en lo relacionado con las técnicas de extracción de oleorresinas y la composición de las mismas, en cuanto a los principios pungentes o picantes. 5 CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. La región Ica es una de las más importantes productoras de agroindustriales, entre los que figuran el ají páprika, una de las variedades del género capsicum, el mismo que se exporta como ají entero seco o como harina, productos que se ven afectados por el gorgojo y otras plagas que rápidamente lo deterioran, por lo que es preciso desarrollar un método para obtener las oleoresinas, las mismas que ofrecen múltiples ventajas entre las cuales está su aflicción directa en los alimentos. Esta situación problemática nos ha inducido a plantearnos la presente pregunta de investigación: ¿En que medida se puede hacer un estudio técnico para la producción de oleresinas a partir del género capsicum y evaluar su calidad? 1.2. OBJETIVOS DEL PROYECTO. 1.2.1. Objetivo General. Hacer el estudio técnico para la producción de la oleoresina a partir del género capsicum y evaluar su calidad. 6 1.2.2. Objetivos Específicos. 1.3. - Determinar el contenido de carotenos en la materia prima. - Determinar el pH del líquido de gobierno. - Establecer la temperatura del procesamiento. - Determinar la calidad del producto. HIPÓTESIS DE TRABAJO. Se puede hacer el estudio técnico para la producción de oleoresinas a partir del género capsicum y evaluar su calidad. 1.4. VARIABLES. 1.4.1. Variables Independientes: - Cantidad de oleoresinas en la materia prima. - Temperatura del procesamiento. - Tiempo de extracción. 1.4.2. Variable Dependiente. - 1.5. Calidad de la oleoresinas. JUSTIFICACIÓN. La presente investigación se justifica en tanto cuantitativamente se va demostrar que las características de los vegetales que contienen oleoresinas, no son las mismas, después del procesamiento que antes de este, lo que es lo mismo decir que el producto natural es diferente en composición química, en referencia al beta caroteno, que el alimento que 7 ha sido procesado y que durante este procesamiento ha sufrido las consecuencias de una alta temperatura y de reacciones químicas adicionales, las cuales afectan su molécula y transforman los carotenos en otras sustancias diferentes, que no poseen las mismas propiedades funcionales. 1.6. PRODUCTOS DEL PROYECTO. Oleoresinas del género capsicum. 8 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. LAS OLEORRESINAS Las oleorresinas son extractos de naturaleza oleosa, obtenidos de especias o diferentes plantas que proporcionan a los productos color, sabor y percepción picante. Presentan múltiples ventajas de manejo, dosificación, estandarización, almacenamiento y control microbiológico contra el producto en polvo. De acuerdo con la Comunidad Económica Europea (CEE) son “extractos de especias de los que se ha evaporado el disolvente de extracción, dejando una mezcla del aceite volátil y el material resinoso de la especia. En general, las oleorresinas se aplican en el mundo como ingrediente para aportar sabor y aroma. Variando la solubilidad, se aumenta la posibilidad de diversificar las aplicaciones y se usan también en la industria cosmética, farmacéutica, alimentación animal y en aplicaciones agrícolas. Las oleorresinas de ají picante, ajo, jengibre y páprika pueden ser usadas como saborizantes, aromas y colorantes para quesos, salchichas, mortadelas, chorizos, apanados, caldos de gallina, salsas, entre otros. Así mismo, se han desarrollado aplicaciones promisorias para productos fitofarmacéuticos. 9 Las oleorresinas presentan ciertas ventajas con respecto a otras presentaciones de aditivos que hay en el mercado, tales como: • Economía. Puede darse una tasa de reemplazo de hasta 100 kilogramos del producto en polvo, por uno o dos kilogramos de oleorresina, dependiendo de la concentración de esta última. • Uniformidad. Los ingredientes activos color, sabor y propiedades físicas son estandarizadas. • Natural. Es un producto totalmente natural libre de residuos de solvente y de pesticidas. • Pureza. Son productos libres de impurezas y materia extraña. • Esterilidad. No presentan contaminación microbiana. • Cumplimiento de las especificaciones. De la FDA y están clasificadas como GRAS (Generally Recognise as Safe), lo que permite su libre adición dentro de las formulaciones. • Mayor vida de anaquel. La alta concentración de las oleorresinas y el estar prácticamente libres de agua, asegura esta condición debido a la baja degradación por oxidación o pérdida de sabor, y se elimina el deterioro debido a plagas y microbios. 10 • Posibilidad de dilución. El extracto concentrado puede ser diluido para obtener diferentes concentraciones a fin de adecuar el producto a las necesidades de cada producto. 2.2. PROCESO DE EXTRACCIÓN DE OLEORRESINAS Considerando su carácter oleoso, es lógico pensar que las técnicas más apropiadas son aquellas que empleen solventes y, de hecho es así. Se emplea principalmente la lixiviación con solventes orgánicos como el hexano, acetato de etilo, acetona, con rendimientos de 2,9%, 4,2% y 6,1% respectivamente. Otras técnicas emplean tecnología de microondas combinada con solventes como acetona, dioxano, etanol, metanol y tetrahidrofurano controlando la temperatura en un máximo de 60ºC para prevenir la degradación de los carotenos y encontrando diferencias de selectividad dependiendo de los solventes Otros trabajos realizados en cuanto a extracción de oleorresinas han empleado una tecnología libre de solventes orgánicos y empleando bajas temperaturas, se trata de la extracción con fluidos supercríticos, específicamente con dióxido de carbono supercrítico (ScCO2), se logró trabajar a 40ºC, una presión de 120 bares con un tiempo de 4 horas de extracción; los resultados se evaluaron frente a extracciones tradicionales con solventes como n-hexano y arrojaron resultados más satisfactorios en cuanto a pureza, integridad de los carotenoides y concentración de los mismos en la oleorresina obtenida. 11 2.3. LAS OLEORRESINAS DE CAPSICUM Principalmente, las oleorresinas de capsicum están compuestas por diferentes carotenoides básicamente con propiedades pungentes (picantes) y pigmentantes. Los más importantes son la capsaicina (Figura 1), dihidrocapsaicina (Figura 2), capsantina (Figura 3) y capsorrubina (Figura 4); las dos primeras son responsables del principio térmico o pungencia y las otras dos de la coloración naranja o rojiza de los frutos. Se han realizado diferentes estudios tendientes a caracterizar las oleorresinas de numerosas variedades del género, los resultados siempre se orientan hacia el contenido de estos carotenoides y algunos volátiles que también la componen, sin embargo las condiciones de extracción son un parámetro crítico pues se pueden perder numerosos compuestos de alta volatilidad. 2.4. APLICACIONES DE LAS OLEORRESINAS DE CAPSICUM Se han encontrado numerosas aplicaciones de los diferentes extractos del ají picante, van desde el campo de la industria alimentaria, en control biológico, ambiental e incluso algunos casos de interés medicinal, como su posible incidencia en la reducción del riesgo de desarrollar cáncer de próstata induciendo la apoptosis de las células cancerosas 12 Figura 1. Estructura molecular de la capsaicina Figura 2. Estructura molecular de la dihidrocapsaicina Figura 3. Estructura molecular de la capsantina Figura 4. Estructura molecular de la capsorrubina 2.5. TÉCNICAS DE ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE OLEORRESINAS DE CAPSICUM La importancia de las oleorresinas radica en su alta concentración en principios activos, en el caso de las variedades del género capsicum el interés se centra en la capsaicina y la dihidrocapsaicina en cuanto a pungentes y en la capsantina y capsorrubina como colorantes. Es claro que éstos no son los únicos, pues hay numerosos compuestos volátiles tal como se ha demostrado en estudios de caracterización de variedades Capsicum annum L. en los que se diferenciaron betacaroteno, criptoxantina, zeaxantina, anteraxantina, violaxantina, neoxantina y obviamente capsaicinoides, capsantina y capsorrubina. 13 Los principales métodos de análisis empleados son la cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC), espectrometría de masas y en algunos casos cromatografía de gases, siendo el método HPCL el más empleado en caracterización del contenido de capsaicinoides en las diferentes variedades de capsicum . En cuanto a la determinación de la pungencia o principios térmicos, se emplea el método de los grados Scoville. Esta escala, ideada por Wilbur Scoville en 1912, consiste en someter una solución con el extracto del fruto y diluirla en agua con azúcar, el número de veces que la muestra debe diluirse para dejar de percibir la sensación picante es lo que se conoce como grados Scoville, este método resulta bastante impreciso por ser subjetivo, por lo cual se ha diseñado un método analítico que mediante análisis cromatográficos determina la concentración de capsaicina y la convierte en unidades Scoville estableciendo un factor de conversión de 1 ppm de capsaicina que equivalen a 15 grados de unidad Scoville (uS). En la tabla 2 se destacan algunas variedades de capsicum con su respectivo valor de pungencia en la escala Scoville. Tabla 2. Escala de pungencia de algunas variedades de capsicum Variedad Capsaicina pura Habanero Serrano Tabasco Jalapeño Pimentón Grados Scoville 16.000.000 150.000 – 325.000 10.000 – 20.000 50.000 – 100.000 2.500 – 10.000 0 – 100 14 2.6. LOS CAROTENOIDES. 2.6.1. Definición y características. Los carotenoides son los pigmentos responsables de la mayoría de los colores amarillos, anaranjados y rojos de frutos y verduras, debido a la presencia en su molécula de un cromóforo consistente total o principalmente en una cadena de dobles enlaces conjugados. Están presentes en todos los tejidos fotosintéticos, junto con las clorofilas, así como en tejidos vegetales no fotosintéticos, como componentes de cromoplastos, que pueden ser considerados como cloroplastos degenerados. Químicamente los carotenoides son terpenoides, formados básicamente por ocho unidades de isopreno, de tal forma que la unión de cada unidad se invierte en el centro de la molécula. En los carotenoides naturales sólo se encuentran tres elementos: C, H y O. El oxígeno puede estar presente como grupo hidroxilo, metoxilo, epoxi, carboxilo o carbonilo. Dentro de los carotenoides podemos distinguir dos grupos: los carotenos, que son hidrocarburos, y las xantofilas, que poseen oxígeno en su molécula. Los dobles enlaces conjugados presentes en los carotenoides son los responsables de la intensa coloración de los alimentos que contienen estos pigmentos. Así, por ejemplo, los colores naranja de la zanahoria y rojo del tomate, se deben a la presencia de β-caroteno y licopeno, respectivamente (Figura 1). Otros compuestos más saturados y de 15 estructura similar son incoloros, como les sucede al fitoeno y al fitoflueno (Figura 5) que también se presentan en algunas plantas comestibles. FIGURA 5 Estructuras químicas de β-caroteno y licopeno Debido a su estructura, los carotenoides están sujetos a muchos cambios químicos inducidos por las distintas condiciones de procesamiento que se emplean en la industria alimentaria. Por ello, desde un punto de vista nutricional, es de gran importancia conocer qué factores intervienen en la degradación de estos compuestos, ya que su pérdida, además de producir cambios en el color del alimento, conlleva una disminución de su valor nutritivo. 16 2.6.2. Estabilidad de carotenoides. Los carotenoides son pigmentos estables en su ambiente natural, pero cuando los alimentos se calientan, o cuando son extraídos en disolución en aceites o en disolventes orgánicos, se vuelven mucho más lábiles. Así, se ha comprobado que los procesos de oxidación son más acusados cuando se pierde la integridad celular, de forma que en alimentos vegetales triturados, la pérdida de compartimentación celular pone en contacto sustancias que pueden modificar estructuralmente, e incluso destruir los pigmentos. No todos los tipos de cocinado afectan en la misma medida a los carotenoides, de forma que la pérdida de estos pigmentos aumenta en el siguiente orden: cocinado con microondas < cocinado al vapor < hervido < salteado. Los carotenoides, excepto algunas excepciones, son insolubles en agua y por lo tanto las pérdidas por lixiviación durante el lavado y procesamiento de frutos son mínimas. Otros tratamientos empleados en las industrias alimentarias, como por ejemplo el tratamiento a alta presión, parecen no afectar significativamente a los niveles de carotenoides en diversos productos vegetales. El escaldado industrial de los alimentos puede producir pérdidas de carotenoides, si bien la inactivación enzimática que produce previene pérdidas posteriores durante el procesado y almacenamiento. En cambio, la congelación, la adición de antioxidantes y la exclusión del oxígeno (vacío, envases impermeables al oxígeno, atmósfera inerte) disminuyen las pérdidas durante el procesado y almacenamiento de los alimentos. 17 La destrucción de estos pigmentos reduce el valor nutritivo de los alimentos e induce una decoloración y una pérdida de sus características organolépticas. El grado de decoloración va a depender fundamentalmente de la presencia de agentes oxidantes en el medio (sobre todo oxígeno molecular) y de que se comunique energía suficiente para que la reacción de degradación tenga lugar. La energía se aporta en forma de luz o calor. La reacción de decoloración supone la pérdida de conjugación de la molécula y, en principio, no tiene por qué implicar la rotura del esqueleto hidrocarbonado, por lo que cualquier factor capaz de interrumpir la deslocalización electrónica existente, podría producir pérdida de color. Si las condiciones oxidantes son débiles y la energía suministrada no es suficiente, se vuelve a restaurar el orbital molecular con la posibilidad de que la estructura adopte la configuración cis o trans, en función de que haya habido rotación en el enlace. Si las condiciones son muy severas, el grado de degradación progresa, fragmentándose entonces el pigmento. En resumen puede decirse que los factores que influyen en la degradación de carotenoides en sistemas modelo son varios, como por ejemplo estructura del carotenoide, exposición a la luz, actividad de agua, temperatura, presencia de oxidantes o antioxidantes, presencia de sulfitos, etc. Estos estudios de estabilidad, sin embargo, son más complejos en los alimentos, debido a sus diferencias estructurales y de composición, diferentes tipos de procesados industriales, etc . 18 2.7. AJÍ PAPRIKA. 2.7.1. Generalidades. El páprika es hoy en día un cultivo de importancia en la costa peruana con una gran perspectiva en el crecimiento de sus áreas para el mercado de agro exportación, como producto no perecible. En la actualidad el Perú se ha reafirmado como un país exportador de Páprika seco, en los valles e irrigaciones de Barranca, Piura y Nepeña en el Norte y en el Sur Lima, Ica, Arequipa y Tacna , con un total de 4000 Ha aproximadamente en la campaña 2000- 2001 con producciones muy variadas, es decir entre 2000 Kg. a 6500 Kg. debido al nivel tecnológico empleado. Cabe señalar que los inicios del cultivo de páprika en forma agroindustrial en el Perú, se realizaron en la zona de Villacurí en el año 1994. Hoy la globalización genera gran competencia en el mercado internacional, es por eso que debemos concentrar nuestros esfuerzos por lograr un reconocimiento en términos de calidad y productividad para mantenernos en el mercado mundial. 19 NOMBRE CIENTIFICO Capsicumannuum L.var longum NOMBRE COMUN Paprika, Pimiento dulce, Pimiento morrón, Pimentón NOMBRE COMUN Bell pepper, Pod pepper, Sweet pepper Fructus Capsici Paprika Paprika Bell pepper, Pod pepper, Sweet pepper Papriko Harilik paprika Ruokapaprika, Paprika Piment annuel, Piment doux, Paprica de Hongrie, Piment doux d'Espagne German Paprika Greek Pipería Hindi Deghi Mitch Hungarian Paprika, Édes paprika, Piros paprika, Fûszerpaprika Icelandic Paprikuduft Italian Peperone, Paprica Papiamento Promenton, Promèntòn Portuguese Pimentão doce Polish Papryka roczna Romanian Ardei Spanish Paprika, Pimiento dulce, Pimiento morrón, Pimentón Swahili Pilipili hoho Swedish Paprika Tibetan Sipen ngonpo, Si pan sngon po pharm Danish Dutch English Esperanto Estonian Finnish French SINONIMOS FAMILIA LUGAR DE ORIGEN ETIMOLOGIA Solanácea Perú y México Kardos (1897) citado por Somos, menciona que Páprika obtiene su nombre botánico (Capsicum) de la palabra griega Kapso, Kaptein (picar, devorar) y además Kapsakes (vaina, cápsula). 2.7.2. Historia del páprika. El nombre Páprika tiene aparentemente su origen en la palabra Greco-Latina Peperi-Piper. Presumiblemente en el sur Slavo fue gradualmente cambiando de nombre de Peperke para finalmente llegar a Páprika. 20 Kardos (1897) citado por Somos, menciona que Páprika obtiene su nombre botánico (Capsicum) de la palabra griega Kapso, Kaptein (picar, devorar) y además Kapsakes (vaina, cápsula). Somos (1984) ORIGEN Y DISTRIBUCIÓN América es considerada el centro de origen de la páprika. De Candolle (1894) indica que el páprika fue sembrado en diversos lugares de Sudamérica antes del descubrimiento de América. Algunos autores han opinado que podría haber sido nativo de la India, sin embargo los reportes de mayor credibilidad (Jones and Rosa, 1928) indican que Perú y México cultivaron pimientos incluso antes de la aparición del hombre blanco. Posteriormente fue difundido en el norte de USA y luego del descubrimiento de América fue transferido a Europa y Asia para luego distribuirse alrededor del mundo. Hungría ha sido uno de los países que más ha desarrollado el Páprika desde su aparición a mediados del siglo XVI. Su desarrollo como un cultivo a gran escala se remonta a la época Napoleónica. Sin embargo su cultivo ha tenido una serie de altibajos en su desarrollo incluso la influencia de la I y II guerra mundial. Somos (1984) 21 2.7.3. Taxonomía y morfología La Páprika pertenece a la familia solanácea y su nombre científico más generalizado es el de Capsicumannuum L.var longum Maroto(1989) Cabe señalar que dada la complejidad taxonómica existente en general en pimientos es difícil establecer una clasificación homogénea que agrupe las distintas variedades. Existen diversas clasificaciones, algunos autores como Baile (1977) solo reconoce una especie (C. Nahum) que engloba toda la variabilidad genética. Otros autores, como Purseglove (1974) distinguen dos especies: Capsicum annuum L. Y Capsicum frutescens L. Este mismo autor llega a incluir siete variedades botánicas, dentro de C. annuum. Dada la complejidad taxonómica existente en el pimiento es difícil establecer una clasificación homogénea que agrupe a las distintas variedades. Maroto (1989). Por lo tanto desde un punto de vista practico existen tres grupos varietales: Variedades dulces. Variedades con sabor picante. Variedades para la obtención de oleorresinas. 22 2.7.4. Las características botánica: Planta anual herbácea, sistema radicular pivotante provisto y reforzado de un número elevado de raíces adventicias. Tallo de crecimiento limitado y erecto, con un porte que en término medio puede variar entre 0.5 – 1.5 m. Cuando la planta adquiere una cierta edad los tallos se lignifican ligeramente hojas lampiñas, enteras, ovales o lanceoladas con un ápice muy pronunciado (acuminado) y un pecíolo largo o poco aparente. Las flores poseen la corola blanquecina, aparecen solitarias en cada nudo y son de inserción aparentemente axilar. Su fecundación es claramente autógama, no superando el porcentaje de alogamía el 10% Fig.1. Vista desde lo alto de una siembra de Páprika 23 El fruto es una baya semicartilaginosa y deprimida de color rojo cuando esta maduro que se puede insertar pendularmente, de forma y tamaño muy variable. Las semillas, redondeadas y ligeramente reniformes, suelen tener 3-5 mm. de longitud se insertan sobre una placenta cónica de disposición central, y son de un color amarillo pálido. En un gramo pueden contener entre 150 y 200 semillas y su poder germinativo es de tres a cuatro años.(Maroto 1986) 2.7.5. Clima El cultivo del Páprika se desarrolla favorablemente en climas tropicales y semitropicales. Sus requerimientos en temperatura son fluctuantes. Germinación : Aunque el Páprika es una especie que no se considera que posea latencia seminal, sin embargo se observa con mucha frecuencia tras la siembra una tardanza mayor de lo normal en la emergencia. Rondle y Honma (1981) han indicado que en la rapidez y homogeneidad de la germinabilidad de las semillas de Pimiento, además de determinados agentes físicos (Temperatura y Humedad principalmente) tienen influencia otros aspectos como la variedad. Maroto(1989) 24 Temperaturas de la Germinación: Petoseed (1988) Mínima 13 C Optima 25 C Máxima 38 C Temperatura de Desarrollo Vegetativo: Se detiene 10C Mínimo 13C 20-25C en el día Optimo 16-18C en la noche Se hiela -1C Floración: Para que se produzca la floración, además de condiciones climáticas favorables se requiere de cierta madurez de la planta que en C.annuum L se da con la presencia mínima de 8-12 hojas verdaderas. Las bajas temperaturas nocturnas (8-10C) reducen la viabilidad del polen favoreciendo la formación de frutos partenocárpicos, con o sin semillas Noto (1984) señala que con temperaturas por debajo de 10C durante la floración, la fructificación, si se produce, es pertenocárpica y los frutos así formado son de pequeño tamaño. Villarnau y Gonzáles (1999) 25 Temperaturas de Floración Mínima 18-20C Optimo 25C Máxima 35C temperatura mayor producen caída de flores. En lo que se refiere a humedad el óptimo se encuentra entre 50 y 70C. Otros autores indican que el pimiento es muy sensible a las condiciones de baja humedad y alta temperatura que provocan una excesiva transpiración que se manifiesta en la caída de flores y frutos. SUELOS En cuanto al tipo de suelo preferentemente sueltos (arenosos), con baja conductividad eléctrica, bien aireados y sobre todo con buen drenaje. Excelente respuesta a la adicción de materia orgánica (30 TM como mínimo) Es muy importante el subsolado previo (si fuese necesario), para facilitar el drenaje y lavado de sales. El pH óptimo varia 6.5 a 7. Si bien es cierto el pimiento no tolera alta salinidad la calidad de agua a usarse por el sistema de riego nos permite mantener libre de sales el bulbo de riego, es así que nos existe un buen desarrollo del cultivo. Robles (1994) 26 2.7.6. Variedades recomendadas Las variedades de Páprika cultivadas actualmente en Perú, son los siguientes: o PÁPRI KING o PAPRI QUEEN o SONORA PAPRI KING: El fruto producido por esta variedad de páprika tiene una longitud promedio de 15.2 a 20.3 cm. El fruto es de paredes delgadas con un excelente color rojo y poco picante en la mayoría de las condiciones de cultivo, la capacidad para secado es muy buena. Papri King ofrece niveles ASTA 220/280 u. Petoseed (1990) PAPRI QUEEN: Produce frutos de paredes delgadas, de largo ligeramente menor que Papri King pero de hombro mucho más ancho; de buena capacidad de secado. Ofrece niveles 200/300 u ASTA con menos de 500 grados Scoville. Petoseed (1990) SONORA: Pimiento tipo Anaheim está caracterizado por excelentes cosechas de frutos grandes y uniformes. Produce frutos de (20.3 x 3.8 cm.) con dos celdas lisas y de paredes gruesas. Es una planta erecta, de tamaño mediano con madurez precoz. El fruto madura hacia el rojo oscuro y tiene muy altos niveles de ASTA es excelente para procesamiento con 300 a 600 Scoville. Petoseed (1990) 27 2.7.7. Periodo vegetativo (Siembra Directa) La duración del periodo vegetativo para Páprika desde el momento de la siembra hasta la primera cosecha es de 5 meses prolongándose la cosecha por 60 días. 2.7.8. Fertilización y aspectos agronómicos. ROL DE LOS NUTRIENTES NITRÓGENO El nitrógeno es el nutriente absorbido en mayor cantidad durante toda la vida de la planta de páprika. Bajo condiciones de soluciones nutritivas se ha comprobado que se obtiene el máximo crecimiento de plantas de Páprika cuando dicha solución contiene 50% de N-NO3 y 50% de N-NH4 . El fraccionamiento del nitrógeno es importante a fin de que se mantenga un adecuado nivel de este nutriente durante todo el ciclo de la planta. FÓSFORO Este nutriente es extraído en pocas cantidades por el cultivo de Páprika. Sin embargo, se ha demostrado que estimula el crecimiento radicular, sirve de regulador del vigor de la planta. Asimismo, tiene importancia en la floración del cultivo por la influencia de este nutriente en este proceso. 28 POTASIO Es otro de los nutrientes al igual que el nitrógeno que es requerido por la planta de páprika. El potasio interviene en los procesos de transporte de carbohidratos dentro de la planta, proceso muy importante durante la etapa de crecimiento y desarrollo del fruto. La diferencia en la respuesta de las diferentes fuentes de fertilizantes potásicos en el cultivo de Páprika, esta determinado por anión acompañante(cloruro, sulfato o nitrato) del potasio. Esta diferencia determina un balance nutricional diferencial en la absorción de otros nutrientes, que pueden tener efecto considerable en el rendimiento final del cultivo. CALCIO Existen diferentes desordenes fisiológicos en las hortalizas los cuales se deben a una deficiencia localizada de calcio en los tejidos. Normalmente la sintomatología es una necrosis de los tejidos jóvenes. La severidad de la deficiencia es influenciada por factores como compactación del suelo, riegos irregulares, rápido crecimiento y antagonismo catiónico. Con relación a este nutriente no es tanto por problemas de deficiencia que se puedan encontrar en el suelo sino por la inmovilidad en el floema, por tanto su dificultad de movilizarse hacia las zonas de mayor crecimiento. 29 MAGNESIO Las exigencias nutricionales de magnesio por el cultivo de Páprika son medianas. Sin embargo, se debe considerar que este nutriente es esencial para las fotosíntesis, proceso vital en la acumulación de substancias orgánicas. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA Los síntomas de deficiencia no deberían ser utilizados para determinar los requerimientos nutricionales debido a que en el momento en que se visualizan dichos síntomas, en la planta ya se desarrollaron cambios fisiológicos, bioquímicos y estructurales. En el caso del cultivo de páprika se ha determinado algunos síntomas de deficiencia, como son: Nitrógeno: La planta presenta una coloración pálida, los síntomas aparecen en las hojas básales y se mueven desde arriba desde estas. Es muy difícil encontrar esta sintomatología en explotaciones comerciales En almácigos es posible encontrarla, especialmente en épocas de verano como consecuencia de un excesivo riego para el control de temperatura. Tradecorp (2000). Las plantas presentan un crecimiento reducido y bajo contenido de clorofila. Ramírez (2000) Fósforo: Presentan manchas intervenales irregulares en las hojas bajas, de color marrón tabaco, fundamentalmente por el envés. La carencia se mueve de las hojas inferiores a los superiores, tal como en el caso del 30 nitrógeno. Puede también aparecer en invierno, como consecuencia de las bajas temperaturas, o como consecuencia excesiva de la aplicación excesiva de sulfato de potasio. Tradecorp (2000) Las plantas presentan un crecimiento radicular reducido y pobre floración. Ramírez (2000) Potasio: Los síntomas se presentan generalmente en las hojas inferiores, manifestando una clorosis de los bordes. Esta se mueve hacia el interior de la lamina y hacia la parte superior de la planta. Produce enanismo y gran defoliación de las hojas básales. A nivel foliar se observa un incremento de la concentración de magnesio. Tradecorp (2000), Clorosis y necrosis de las hojas viejas. Menor calidad de la cosecha. Ramírez(2000) Calcio: Presenta decoloraciones blanquecinas en el borde de las hojas jóvenes. Suele estar acompañada de una quemadura apical de los frutos. Su incidencia tiene un componente varietal y suele aparecer sobre todo, por desequilibrios hídricos como inadecuadas frecuencias de riego y/o problemas de salinidad en el suelo. Esta fisiopatía también se presenta como consecuencia de una alta relación K/Ca. También niveles elevados de nitrógeno amoniacal, provenientes del estiércol causan esta sintomatología .Tradecorp (2000) 31 El calcio por ser un elemento poco móvil dentro de la planta, es posible que cause problemas en la interpretación de resultados de un análisis foliar .Por esta razón, es imprescindible realizar un análisis de suelo para discernir si la carencia es producto por un nivel alto de salinidad o una relación K/Ca. Tradecorp(2000). Necrosis en los puntos de crecimiento o en las puntas de las hojas jóvenes. Ramírez (2000) Magnesio: La sintomatología aparece en las hojas bajas. Presenta una decoloración amarillenta internerval, que se mueve desde el centro de la lamina hacia los bordes y desde las hojas inferiores a las superiores. Suele estar inducida generalmente por acumulaciones de potasio en el suelo. Se debe tener mucho cuidado al diagnosticar esta deficiencia, pues es posible confundirla con una carencia de potasio, lo cual traería como consecuencia la completa defoliación del cultivo. Tradecorp (2000) Zinc: La carencia de este elemento se inicia en las hojas inferiores y medias. Presenta una clorosis internerval, similar a la del magnesio en sus inicios también se nota un retardo en el crecimiento, ya que este elemento forma parte de los mecanismos de las auxinas. Tradecorp (2000) STATUS NUTRICIONALES El análisis foliar es una herramienta que puede ser utilizada para determinar los requerimientos del cultivo. El análisis de planta indica el abastecimiento de nutriente como es determinado por la planta. El 32 contenido nutricional de las muestras puede ser comparado con rangos nutricionales críticos para determinar si la planta ha recibido un adecuado abastecimiento de nutrientes. El análisis de planta puede ser utilizado para comparar zonas "buenas” y “malas” dentro de un determinado campo. Ramírez(2000) A continuación se presenta rangos de niveles adecuados como guía en el análisis foliar para el cultivo de pimiento, los macronutrientes están expresados en porcentajes (%) : Nitrógeno Fósforo Potasio Calcio Magnesio Azufre 3.0 – 6.0 0.4 – 0.8 4.0 – 6.5 0.75 – 2.50 0.5 – 1.0 0.3 – 0.6 Ramírez (2000) Y en el caso de los micronutrientes en ppm: Zinc Manganeso Cobre Boro Hierro 30 – 60 60 - 200 30 – 75 100 - 250 15 - 50 Ramírez (2000) Como un guía para la toma de muestra foliar en pimiento se debe considerar: Estado de crecimiento : Parte de la planta Número de plantas : : A mitad del ciclo del cultivo Hojas recientemente maduras 40 – 50 Se debe considerar que la mayor absorción de nutrientes ocurre en las primeras 8 a 14 semanas de crecimiento y nuevamente después de la 33 primera cosecha. Por ello, altos niveles de nitrógeno son requeridos durante el estado inicial de crecimiento de la planta, con aplicaciones suplementarias después del estado inicial de fructificación. La misma tendencia ocurre con el potasio, es por ello que el fraccionamiento del mismo es adecuado para lograr un abastecimiento constante de estos nutrientes. Ramírez(2000) FERTILIZACIÓN BALANCEADA EN EL CULTIVO DE PÁPRIKA Bajo las condiciones de los suelos de Costa que son de textura ligera a media, de reacción alcalina, con niveles promedios medios a altos de conductividad eléctrica, pobres en materia orgánica, niveles bajos a medios de fósforo y medio a alto de potasio, un nivel de fertilización promedio estaría en el orden de: 240 – 140 – 260 Kg. de N, P2O5, K2O, 60 MgO y 40CaO por hectárea. La fuente de nitrógeno podría ser una fuente amoniacal: Urea (46% N), sulfato de amonio (21% N) sin embargo, para el resto del plan de fertilización la fuente ideal de nitrógeno es el Nitrato de Amonio (33,5% N), por la mayor velocidad de proporcionar el nitrógeno especialmente nítrico cuando el cultivo lo demanda en mayor proporción. Para el caso de la fuente de potasio, se debe considerar por la sensibilidad de cultivo de páprika a la salinidad de debe evitar utilizar el cloruro de potasio, quedando como fuentes alternativas el sulfato y 34 nitrato de potasio. Para el plan de fertilización, la fuente de potasio podría ser sulfato de potasio (50% K20). Como fuente de magnesio se tiene el sulfato de magnesio (16% MgO y 13%S). Se recomienda asimismo adicionar calcio en especial durante la etapa de fructificación del cultivo de páprika con la finalidad de evitar los problemas de desórdenes Fisiológicos, para ello se recomienda adicionar de 60 Kg. CaO/ha, la fuente recomendada es el nitrato de calcio (15,50-0-26%CaO). Como fuente de fósforo se tiene el ácido fosforico 85% La fertilización foliar de elementos mayores complementa la nutrición de la planta pero no sustituye la fertilización al suelo, por ello si deseamos realizar un programa de fertilización foliar debemos considerar lo siguiente: Durante el estado inicial , un elemento importante para el desarrollo de raíces es el fósforo. Durante el desarrollo de nuevos brotes y ramas, es fomentando por el nitrógeno. Para el estado de inicio o pre-floración el fósforo es el nutrientes que es requerido durante esta etapa. Durante el desarrollo y crecimiento de los frutos, el potasio juega papel importante en este proceso. 35 Finalmente, debemos considerar que las recomendaciones de fertilización son generales y para casos específicos se debe considerar lo reportado por el análisis de suelo. PREPARACIÓN DE TERRENO El terreno debe ser arado nivelado y subsolado si fuera el caso. Incorporar MO 30 T/ha, si es necesario aplicar yeso agrícola, ambos en forma localizada. Formación de camas de 90cm de ancho y 25cm de alto usando una plancha metálica, la cual aplana la superficie de la cama. También se puede preparar en terreno plano. Tender las cintas de riego y regar aproximadamente 10 días para descomponer la materia orgánica y lavar sales. (Autor ) SIEMBRA La siembra recomendada para sistemas de goteo es la siembra directa. Se recomienda colocar 3 semillas por golpe. Cuando las semillas hallan germinado y las plántulas tengan 810cm de alto se procede al desahije dejando 1 plántula por golpe. Asimismo donde no germinó se realiza el recalce con las plántulas desahijadas. Cabe destacar que la raíz en el momento del transplante debe estar completamente recta. Según el sistema de riego proporcionamos las siguientes densidades usadas: 36 Distancia líneas (MT) 1 2 2 1.5 1.5 1 Distancia plantas Hilera (MT) 0.25 Simple 0.30 Doble 0.25 Doble 0.30 Doble 0.25 Doble Una opción de prueba seria 0.30 Doble Densidad 40,000 33,300 40,000 44,444 53,333 66,666 Esta es sólo una sugerencia que estimamos debería probarse en pequeño número de hectáreas a fin de determinar el comportamiento del páprika en alta densidad, su manejo implicaría entre otras cosas el uso de soportes laterales con estacas. RIEGOS Los Riegos deben realizarse según con las condiciones edáficas (retentividad del suelo) y la Evapotranspiración (condiciones climáticas). Mes Horas Riego / Día Horas Acumuladas por Mes 1 2.5 - 3.5 75 - 105 2 3 - 4 90 - 120 3 3.5 - 4.5 105 - 135 4 4 - 5 120 - 150 5 3.5 - 4.5 105 - 135 6 3 - 4 90 - 120 7 2.5 - 3.5 75 - 105 TOTAL 660 - 870 Sistema Goteo * 2MT - Líneas * 0.3 - Goteros Volumen de agua a usar 11,000 M³ – 14,500 M³ durante 7 meses. 37 2.7.9. Cosecha y secado. La cosecha se realiza manualmente, cuando la planta presenta frutos ligeramente sobremaduros y de color rojo intenso y esta se inicia aproximadamente de 5to. mes después de la siembra. El fruto debe estar flácido con la punta algo arrugada, lo cual nos permite un secado uniforme. Robles (1994) Antes de alcanzar su completa maduración, los páprikas se presentan tersos y rojo brillante, pero no están totalmente maduros. Esto puede comprobarse al abrir los frutos y observar como las placentas están blanquecinas en lugar de rojas . Este tipo de pimientos deben ser evitados a la hora de la recolección, pues contienen de un 15% a un 20 % menos de colorantes naturales. Zapata (1992) Los frutos turgentes son propensos a pudriciones y demoran en el secado. El tiempo de secado es variable acorde al clima, pero se estima no mayor de 7 a 10 días acortándose el secado en los meses de verano. El color del páprika va cambiando de tonalidad de un rojo intenso en el momento de la cosecha a un rojo Concho de Vino al momento del secado. 38 Se recomienda que el área de secado sea una superficie limpia libre de cualquier tipo de contaminante (Excremento, Metales Pesados) y de preferencia que el secado se realiza sobre una superficie limpia (ESTERAS, MALLA RASCHELL) para que el producto no se impregne de partículas indeseables. La separación de todos aquellos frutos que presentan daños por insectos y/o enfermedades disminuyen la posibilidad de la presencia de aflatoxinas. El periodo de cosecha se extiende entre 45 - 60 días. Los porcentajes de primera están alrededor de 95% del total de la cosecha. 2.7.10. Rendimientos. El rendimiento suele oscilar entre 4000 a 4500 kilos de cáscara (pimiento abierto y desecado) por hectárea, que equivale a 25,000 a30,000 kilos de pimiento fresco. Zapata y Bañon (1992). Los rendimientos en la zona de villacuri y Pisco oscilan entre 5000 a 7000 kilos de páprika seco al 12% de humedad . 39 2.7.11. Costos. Los costos del cultivo de páprika en la zona sur del País son variables debido al nivel tecnológico empleado. En las zonas donde se siembra bajo goteo el costo por hectárea esta alrededor de 4000 US$ mientras que en áreas con riego por gravedad el costo del cultivo esta bordeando los 3000 a 3500 US$ por hectárea, este costo del cultivo nos permite alcanzar altos rendimientos . Los costos detallados del cultivo se muestran en los anexos tanto para siembra directa como para siembra con plantines 40 CAPITULO III PARTE EXPERIMENTAL 3.1. RECOLECCIÓN DE MUESTRAS. Las muestras de PAPRIKA empleadas para desarrollar la parte experimental de la tesis fueron adquiridas en las plantaciones de la Pampa Villacurí, se tuvo cuidado de que el fruto no esté malogrado, tenga un tamaño parejo y que todos ellos estén n buenas condiciones. Se recolectó un total de 10 kg. 3.2. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA EL ANÁLISIS. Las muestras recolectadas fueron traídas al laboratorio de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica, donde se procedió a lavarlas, con abundante agua corriente para eliminar de su superficie la tierra adherida, lo cual se logró rápidamente aplicando frotación manual sobre la cáscara. Una vez limpias se dejaron escurrir, para luego proceder al trozado. Con un cuchillo de acero inoxidable se procedió a trozar en finas láminas la pulpa, considerando en ellas la cáscara delgada. Luego los trozos se colocan en la estufa de aire, formando capas delgadas y se procedió a secarlos a una temperatura de 40°C, operación que duró 2 días, obteniendo finalmente un material duro pero que fácilmente se quiebra al presionarlo con la mano, lo que indica que está totalmente seco. 41 El ají seco se partió manualmente en pequeños trozos, que luego sirvieron para alimentar la tolva del molino de martillo y pulverizar hasta malla – 100, granulometría adecuada para llevar a cabo los ensayos correspondientes para caracterizar la muestra a emplear en la parte experimental. 3.3. ANÁLISIS PROXIMAL. Las muestras, se sometieron a ensayo para determinar su composición proximal. Dichos ensayos se basan en los métodos generales de análisis propuestos por la A.O.A.C. y que incluyen la determinación de la humedad por el método de la destilación azeotrópica, (debido a que el mango posee en su constitución una gran cantidad de agua, este resulta ser uno de los métodos más adecuados para determinar este componente), humedad por el método de la estufa de aire, determinación de grasas, determinación de fibras, determinación de proteínas, determinación de cenizas y determinación de carbohidratos, métodos que se describen a continuación: a. Determinación de humedad por el método de destilación azeotrópica. Fundamento: En la determinación de la humedad por destilación con tolueno, se coloca la muestra en un matraz y se cubre con tolueno; al aplicar calor la humedad de la muestra comenzará a evaporarse. Los vapores de agua y tolueno pasan a un condensador donde se 42 enfrían y licuan y luego ambas al estado líquido se colectarán en una trampa calibrada. En vista que el agua tiene mayor peso específico y que los líquidos no son miscibles, el agua se queda en el fondo de la trampa graduada y puede ser fácilmente medible mientras que el tolueno retorna al matraz de destilación. Aunque el tolueno es el líquido que con más frecuencia se usa, también es posible emplear otros líquidos (xileno, heptano) que tengan las mismas características (hervir a una temperatura más alta que el agua, tener un peso específico menor que el agua, y ser no miscible en ella). Materiales: Equipo de destilación: - Fuente de calor (hornillas regulables) - Trampa con columna de 10-25 mL de capacidad y uniones esmeriladas. - Condensador, de tubo recto y unión inferior esmerilada. - Tolueno, xileno o heptano purificados anhidros. Procedimiento: - Se realiza una destilación de tolueno en blanco para comprobar si está completamente libre de agua. Si el líquido colectado queda completamente claro durante 30 minutos de destilación, puede considerarse anhidro. 43 En el caso de que tome una coloración blanquecina o se colecte agua en la trampa, hay que extraer el agua antes de usar el tolueno, esto se logra pasando el líquido por una columna de sulfato de sodio anhidro. - Se pesa una cantidad de muestra suficiente que permita colectar una cantidad de agua que llene la trampa hasta más o menos 3/4 de su capacidad. La cantidad exacta de muestra dependerá del tamaño de la trampa y de un conocimiento previo del porcentaje aproximado de humedad en la muestra. Se pesa la muestra con una precisión de 0,1 g directamente al matraz. (Asegúrese de que todo el material de vidrio esté limpio y seco antes de usarse). Normalmente se hace el análisis en duplicado pero en algunos casos, es aconsejable hacerlo por triplicado o cuadriplicado, compensándose con ello la dificultad que pueda tenerse al tratar de tomar una muestra representativa. - Se echa tolueno al frasco en cantidad suficiente para cubrir la muestra, pero en exceso. Hasta este momento es de suma importancia proteger la muestra contra la posibilidad de evaporación o transpiración de agua; pero una vez 44 cubierta con tolueno, se puede dejar por varias horas sin destilar, sin que ello afecte el análisis. - Se unen el matraz, la trampa y el condensador y se ubica todo el aparato sobre la cocinilla, de tal manera que la trampa colectora este exactamente vertical. Antes de conectar las uniones de vidrio esmerilado es aconsejable frotarlas con un lápiz (N°2) y mojarlas con tolueno para facilitar su desconección posterior-mente. - A través del tubo condensador, desde la boca superior, se agrega una cantidad de tolueno suficiente para llenar la trampa. - Se calienta lentamente al principio hasta que la mayor parte del agua sea destilada, luego se incrementa el calor hasta terminar la destilación. Se continúa hasta obtener lecturas constantes de agua a intervalos de cinco minutos. Después de apagar las hornillas se enjuaga el tubo condensador con una pequeña cantidad de tolueno, si fuera necesario para hacer bajar las últimas gotitas de agua (Si el agua queda en el tubo en ésta forma, es signo que el tubo está algo sucio y necesita una limpieza). Normalmente la destilación se completa en un lapso de 30 a 90 minutos (es menos en el caso de heces). - Se deja el aparato conectado hasta que la trampa alcance la temperatura ambiente, luego se realiza la lectura con una precisión de 0,1 mL. Al mismo tiempo se hace una 45 lectura de la temperatura ambiente y se corrige el volumen de agua colectada por su densidad a esa temperatura. - El porcentaje de humedad y de materia seca en la muestra original se calcula así: Peso (g) de H2O colectada %H = ---------------------------------------- x 100 Peso (g) de la muestra % MS = 100% - %H b. Determinación de la Humedad. (Método de la estufa de aire). Se pesó un vidrio de reloj y se agregó a este 5 g de muestra, para luego colocarlos en una estufa a 110°C por 3 horas. Transcurrido este tiempo se retiró de la estufa y se dejó enfriar en el desecador. Se pesó y se repitió el procedi-miento por media hora a la misma temperatura, hasta obtener peso constante. Luego por diferencia de pesos se calculó el porcentaje de humedad y el porcentaje de materia seca de la muestra, con ayuda de las siguientes expresiones: Peso del agua %H = ----------------------------- x 100 Peso de la muestra % Materia Seca = 100 - % de la Humedad 46 c. Determinación de grasa total. (Método de Soxhlet). Para la determinación de grasa por este método se debe usar muestra deshidratada por cualquier método indicado por la AOAC, pero en lo posible, la muestra debe ser previamente secada a peso constante a 110°C. por un período de 3 horas y enfriada posteriormente en una campana que contenga una sustancia deshidratante. Poner a secar en una estufa a 110°C el matraz que va a usar. Luego de una hora, sacar el matraz de la estufa y ponerlo a enfriar en una campana. Pesar el matraz frío. Pesar 10 g de muestra secada como se indica más arriba, empaquetándola en un pedazo de papel filtro Whatman N°2. Seguidamente, conectar la fuente de calor. El solven-te (hexano) al calentar se evapora y asciende a la parte superior del equipo. Allí se condensa por refrigeración con agua y cae sobre la muestra, regresando posteriormente al matraz por sifón, arrastrando consigo la grasa, el ciclo es cerrado, y la velocidad de goteo del hexano debe ser de 45-60 gotas por minuto. El proceso dura 3 horas. El matraz debe sacarse del aparato cuando contiene poco hexano (momentos antes de que éste sea sifoneado desde la cámara extractora). Evaporar el hexano 47 remanente en el matraz en una estufa y enfriarla en una campana que contenga sustancias deshidratantes. Cálculos: %G d. Peso de la grasa = ------------------------------ x 100 Peso de la muestra Determinación de las Cenizas. (Método de la mufla eléctrica). Se coloca un crisol limpio y tarado con 2 g de muestra desgrasada en el horno de mufla a 600°C durante 12 horas. Después se traslada el crisol a un desecador para enfriar a temperatura ambiente, cuando está frío, se pesa el crisol tan pronto como sea posible para prevenir la absorción de humedad. Se repite la operación las veces que sean necesarias para tener peso constante, luego se calcula el porcentaje de cenizas con la fórmula siguiente: Peso de la ceniza % = ----------------------------- x 100 Peso de la muestra e. Determinación de Proteínas. (Método microKjeldahl). Principio. Se digesta la muestra en ácido sulfúrico, utilizando sulfato de cobre pentahidratado como catalizador sulfato de potasio como elevador del punto de ebullición, para liberar el nitrógeno de la 48 proteína y retener el nitrógeno como sal de amonio. Se añade NaOH concentrado para liberar amonía-co, el cual es destilado y recolectado en solución de ácido bórico y luego titulado. Equipo. - Matraces de digestión Kjeldahl. De vidrio duro, con un espesor moderado y bien reconocido. Capacidad total de aproximadamente 100 mL. - Matraces de destilación del mismo tipo con capacidad para 500 mL y cuello esmerilado que se adapta a un sistema que posee un embudo dosificador de NaOH y una trampa para evitar el arrastre del hidróxido de sodio durante la destilación. Conectar el extremo superior del bulbo al tubo condensador mediante una tubería de caucho. Utilizar un matraz Erlenmeyer de 125 mL, graduado para recolectar el destilado. Colocar la salida del condensador de tal manera que se asegure la absorción total de NH3 destilado en ácido bórico. - Bureta de destilación clase A o equivalente. Reactivos: - Acido sulfúrico al 98% libre de nitrógeno. - Catalizador de sulfato de cobre y sulfato de potasio libre de nitrógeno. - Solución de hidróxido de sodio al 50% p/p libre de nitrato. 49 - Solución indicadora de rojo metilo. Disolver 0,2 g de rojo metilo y diluir a 100 mL en etanol al 95%. - Solución de ácido bórico al 2%. Preparación de la muestra. Se pesó 1 g del catalizador conteniendo 0,05 g de sulfato de cobre y 0,95 de sulfato de potasio y se echó en el matraz de digestión limpio y seco. Se agregó 0,3 g de la muestra y finalmente se agregó 4 mL de ácido sulfúrico puro para análisis de 98% de concentración y 1,84 g/mL de densidad. Digestión. Se colocó el matraz en una posición inclinada sobre el calentador dentro de la campana extractora. Se comenzó a calentar a fuego lento de tal forma que no forme espuma en el cuello del matraz Kjeldahl. A esa temperatura se dirigió aproximadamente 20 minutos o hasta que apare-cieron los humos blancos, luego se incrementó el calor. Una vez que la muestra se aclaró (hasta que alcanzó un color azul-verde claro), se siguió hirviendo durante 1 hora y media a máxima temperatura. Al término de la digestión, la muestra digestada debe estar clara y libre de material sin digestar. Se dejó enfriar la muestra digestada hasta temperatura ambiente aproximada-mente durante 25 minutos. Luego se agrega 50 mL de agua destilada y se agitó con 50 movimientos giratorios para mezclar, luego se adicionó 50 mL más. Se dejó enfriar la mezcla antes de destilarla. Destilación. Se conectó el agua corriente al condensador del equipo. Se añadió 50 mL de ácido bórico con indicador rojo metilo en un Erlenmeyer de 125 mL graduado, el cual se colocó en la punta del condensador de tal forma que el terminal de éste último éste inmerso en el líquido. Se dejó caer el hidróxido de sodio que se ha llenado en el embudo dosificador y se calentó el contenido del matraz hasta que se haya destilado todo el amoníaco (mayor o igual a 125 mL de destilado). Una vez alcanzado este volumen se bajó el Erlenmeyer y se dejó drenar el líquido por la punta del condensador. Se desconectó el calentador. Titulación. El destilado se pasó a un Erlenmeyer de mayor capacidad (250 mL) y se tituló con ácido sulfúrico 0,1N hasta coloración roja inicial Cálculo. El porcentaje de proteínas presente en el mango se calcula con la fórmula: Vol H2SO4 x N x Meq.N x F % P = ------------------------------------- x 100 P muestra Donde: Vg = ml. de H2SO4 gastados. 51 N = Normalidad del ácido. Meq N = Miliequivalente del nitrógeno (0,014) f. Pm = Peso de la muestra. F = Factor de la muestra. Determinación de la Fibra Cruda Se pesó un gramo de muestra y se echó en un vaso de 600 mL para que hierva durante 30 minutos con 200 mL de H 2SO4 al 1,25 %. Durante la ebullición hay que cuidar de que no descienda el nivel del líquido por evaporación constante, agregando pequeñas porciones de agua destilada caliente al vaso. Luego filtrar y lavar con agua destilada caliente hasta neutralizar la acidez. El residuo sólido se puso nuevamente en el vaso de 600 mL, se añadió 200 mL de NaOH 1,25 % y se mantuvo en ebullición por 30 minutos más (cuidando durante todo este tiempo que el nivel del líquido no descienda por evaporación). Filtrar al vacío en una cápsula de cerámica porosa lavando con agua destilada caliente. Luego poner a la estufa por 2 horas y pesar (P1) . Luego se coloca a mufla para eliminar la materia orgánica y se pesa nuevamente (P2). Cálculos: P1 - P2 %F = ----------------------------- x 100 Peso de la muestra 52 g. Determinación de carbohidratos. Los carbohidratos presentes en la muestra de ají paprika, se determinaron por diferencia, sumando los valores de las determinaciones anteriores y restando de 100. %Carb. = 100 - (%H + %G + %P + %F + %C) 3.4. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ÓPTIMOS PARA EXTRAER LA OLEORRESINA. Ya que La oleorresina es una sustancia altamente sensible, a la cual la afectan el calor, el oxígeno del aire, el pH del medio, etc. Entonces para la extracción de este es preciso tener una serie de cuidados, a fin de no desmejorar su calidad; por ello previamente a la extracción definitiva se realizaron una serie de ensayos tendientes a establecer los parámetros adecuados para dicha extracción. Los ensayos realizados constituyen varios, en un número no menor de cinco para cada una de las operaciones estudiadas y fueron los siguientes: 3.4.1. Determinación de la temperatura óptima de secado. Uno de los parámetros que más influyen en la extracción de oleorresina es la temperatura ya que al elevarla inmediatamente comienza la descomposición del caroteno, por ello nos vimos precisados a determinar la mínima temperatura, que permita secar el ají sin afectar el caroteno presente en la pulpa. Para ello, se trozó el ají en rodajas finas que se colocaron sobre una bandeja y se llevaron a la estufa de secado a varias temperatura de ensayo: 40, 50, 60, 70 y 80°C. Una vez 53 seco el material se procedió a la extracción y finalmente se cuantificó el caroteno presente en la muestra secada a esa temperatura, con ayuda del espectrofotómetro Spectronik-D20, a una longitud de onda de 475 nm. Estos ensayos nos permitieron establecer que la temperatura más adecuada para el secado del mango es de 50°C, la cual no afecta a los carotenos y se puede obtener un máximo de ellos. 3.4.2. Determinación del tiempo de secado. La exposición de la oleorresina, durante mucho tiempo a temperaturas moderadas, también afecta su constitución, haciendo de que este se descomponga formando otros compuestos químicos diferentes, lo que se manifiesta durante los ensayos de reconocimiento como una disminución en su contenido. Para evitar este inconveniente, se controló el tiempo de secado a la temperatura seleccionada, de tal forma que sea la mínima y reporte una humedad de equilibrio tal que no afecte la extracción del caroteno. Los tiempos estudiados fueron de: 12, 16, 20, 24, 28 y 32 horas. 3.4.3. Evaluación del porcentaje de humedad del ají durante el secado a la temperatura seleccionada, con relación al tiempo. Para que la extracción sea eficiente y no haya formación de emulsiónes agua-colorante o agua- solvente, es preciso retirar toda el 54 agua que contiene el ají, hasta dejar la mínima permisible, que se denomina agua o humedad de equilibrio. Durante el secado a 50°C, y a evaluación del tiempo también se tuvo en consideración el porcentaje de humedad que quedaba en el material seco para el análisis. Los ensayos se hicieron en relación al tiempo de secado y dichos tiempos fueron los mismos que del caso anterior es decir: 12, 16, 20, 24, 28 y 32 horas. Los resultados indicaron que en 24 horas de secado ininterrumpido se logra una humedad de 4,16%, con la que se puede proceder a la extracción sin ningún problema. 3.4.4. Influencia del tamaño de la partícula en la cantidad de caroteno a obtenerse. Cuanto mayor es la superficie de contacto entre la partícula sólida y el solvente, más eficiente es la extracción ya que el solvente con mayor rapidez puede ingresar a la célula vegetal y disolver el caroteno y luego arrastrarlo hacia la fase de menor concentración o lavar y disolver el caroteno que queda parcialmente libre al romper las células durante la molienda. Para estos ensayos se tomaron en cuenta los siguientes tamaños de partículas: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 y 5,0 mm. Según los ensayos realizados se pudo comprobar que trabajando con partículas de un tamaño promedio de 0,5 mm y menores a ella la extracción es mucho más eficiente y más rápida. 55 3.4.5. Relación muestra sólida:solvente. Con el fin de lograr una extracción eficiente en la cual el solvente no se sature rápidamente, evitando de esta manera una extracción total de la oleorresina; o que haya una excesiva cantidad de solvente que luego de la extracción demande un mayor gasto de energía y tiempo para recuperar el solvente y dejar libre el colorante, se hicieron ensayos tendientes a establecer cual es la mínima cantidad de solvente para llevar a cabo la extracción con excelentes resultados; para ello se ensayaron relaciones peso/volumen de: 1:2; 1:3; 1:4; 1:5; 1:6 y 1:7, indicando los resultados que una relación de 1:5 es la óptima para este tipo de extracción, lo que quiere decir, que 100 g de la muestra sólida se extrae con 500 mL de solvente que para este caso se ha empleado el éter de petróleo, ya que por su selectividad hacia el caroteno, es el más adecuado. 3.4.6. Influencia del tiempo de maceración en la cantidad de caroteno extraído. El método de extracción empleado exige la previa maceración de la muestra sólida para ayudar a la extracción bajo temperaturas ambiente, para determinar el tiempo mínimo necesario para una máxima extracción bajo esas condiciones, se llevaron a cabo ensayos controlando el tiempo de maceración en relación con la cantidad de carotenos extraídos en cada uno de ellos. Los tiempos ensayados fueron de: 2, 4, 6, 8, 10 y 12 horas. 56 Las pruebas realizadas nos indican que con 10 horas de maceración se logra extraer una cantidad de carotenos que alcanza los 671 mg/100 g. 3.4.7. Tiempo de extracción. La extracción se debe de realizar también en caliente a la temperatura de ebullición del solvente éter de petróleo, es decir entre los 45 y 48°C, entonces se precisa determinar el tiempo mínimo que permite una extracción máxima de los carotenos. Los tiempos ensayados fueron de: 10, 20, 30, 40 y 50 minutos. Según los resultados obtenidos se ha seleccionado 30 minutos como el tiempo óptimo para la extracción en caliente. 3.5. OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE LA OLEORRESINA. La extracción de la oleorresina a partir del ají páprika, a nivel experimental se llevó a cabo de acuerdo al siguiente procedimiento: RECOLECCIÓN. El ají empleado en la extracción del caroteno se recolecto en las Pampas Villacurí. Los ajíes ya maduros de un color rojo, fueron colocados en una cesta para luego trasladarlos al laboratorio de la Facultad de Ingeniería Química. SELECCIÓN. Ya en el laboratorio los ajíes se seleccionaron eliminando aquellos que presentaban magulladuras, estaban picados, o eran demasiado pequeños. 57 LAVADO. El ají seleccionado se lava con abundante agua para eliminar la suciedad que trae del campo. Para optimizar el lavado se procede a frotar la cáscara del fruto con la mano o con un paño. Luego se escurre el agua de lavado. TROZADO. Una vez limpio el ají este se troza en finas rodajas separando las pepas. La operación se lleva a cabo con ayuda de un cuchillo de acero inoxidable y la razón de los trozos delgados es para ayudar a que la evaporación del agua sea más rápida. SECADO. Las rodajas finas resultantes del trozado se colocan en una bandeja de porcelana y se llevan a la estufa la cual se gradúa a una temperatura de 50°C. Allí se deja durante 24 horas, obteniéndose un material seco que se rompe fácilmente al presionar con la mano. MOLIENDA. La pulpa seca del ají se muele en un molino de martillo, reduciéndola a un tamaño promedio de 0,5 mm, para lograr este tamaño de partícula se selecciona la malla del molino.. 58 MACERACIÓN. Del material molido se toman 100 g y se colocan en un matraz redondo agregándole los 500 mL de éter de petróleo y colocándolo luego en un soporte. Sobre el matraz con ayuda del esmeril se adapta un tubo refrigerante de reflujo el cual se carga con agua corriente y se deja allí durante 10 horas para que por maceración el solvente extraiga el colorante, mediante ósmosis. EXTRACCIÓN EN CALIENTE. Terminada la maceración se procede a calentar la carga del matraz por media hora a una temperatura de ebullición del solvente (45-48°C). Al término de la media hora, se retira la cocinilla y se deja enfriar el equipo para luego desmontarlo y retirar la mezcla del matraz. FILTRADO. Una vez frío el equipo, se desmonta y se filtra el contenido del matraz para separar la parte sólida del extracto líquido, en el filtro con una pequeña porción del solvente limpio se lavan los sólidos para arrastrar el colorante que queda en su superficie. El sólido agotado se desecha. SEPARACIÓN. El extracto etéreo se lleva a destilación para recuperar el solvente y concentrar la oleorresina que se recibe, en calidad de extracto concentrado. El solvente recuperado se devuelve al frasco del reactivo o se vuelve a emplear en otra extracción. 59 3.6. ANÁLISIS Y CONTROL DE CALIDAD DE LA OlEORRESINA. IDENTIFICACIÓN. Los espectros en la región visible de los carotenoides son muy característicos entre 400 y 500 nm, con un pico mayor alrededor de los 475 nm, que es particular para el caroteno. ENSAYO DE CARR-PRICE. A una alícuota del extracto etéreo se le adiciona 1 mL del reactivo de Carr-Price. La aparición de una coloración verde azulada indica la presencia del caroteno. El reactivo de Carr-Price se prepara disolviendo 20 gramos de cloruro de antimonio en 100 mL de cloroformo o tetracloruro de carbono. 60 CAPITULO IV TRATAMIENTO DE DATOS 4.1. RESULTADOS OBTENIDOS. a. Del análisis de la materia prima. TABLA 4.1 COMPOSICIÓN PORCENTUAL DEL AJÍ PÁPRIKA COMPONENTE CANTIDAD Agua, % 83,53 Carbohidratos, % 13,44 Fibra, % 0,71 Proteínas, % 0,58 Grasa, % 0,30 Cenizas, % 1,56 Caroteno, mg /100 g 855 Fuente: Elaboración propia de los autores. 61 b. De los estudios previos. TABLA 4.2 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DE SECADO DEL AJÍ SOBRE LA CANTIDAD DE OLEORRESINA OBTENIDA. TEMPERATURA, °C CAROTENO, mg/100 g 40 842 50 842 60 832 70 821 80 794 Fuente: Elaboración propia de los autores. 62 TABLA 4.3 INFLUENCIA DEL TIEMPO DE SECADO DEL AJÍ SOBRE LA CANTIDAD DE OLEORRESINA OBTENIDA. TIEMPO, Horas CAROTENO, mg/100 g 12 843 16 843 20 843 24 842 28 836 32 835 Fuente: Elaboración propia de los autores. Temperatura De operación: 50°C 63 TABLA 4.4 RELACIÓN ENTRE EL TIEMPO DE SECADO Y LA HUMEDAD RESIDUAL DEL AJI TIEMPO DE SECADO, Horas % DE HUMEDAD 12 16,25 16 12,01 20 7,27 24 4,16 28 3,91 32 3,74 Fuente: Elaboración propia de los autores. Temperatura De operación: 50°C Muestra tomada : 100 g 64 TABLA 4.5 INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN LA EXTRACCIÓN DE LA OLEORRESINA TAMAÑO DE PARTÍCULA, mm OLEORRESINA, mg/100 g 0,5 842 1,0 825 1,5 812 2,0 802 3,0 783 4,0 750 5,0 729 Fuente: Elaboración propia de los autores. Muestra tomada : 100 g 65 TABLA 4.6 RELACIÓN ENTRE EL MATERIAL SÓLIDO Y EL SOLVENTE DURANTE LA EXTRACCIÓN RELACIÓN, p/v OLEORRESINA, mg/100 g 1:2 625 1:3 698 1:4 752 1:5 842 1:6 842 1:7 842 Fuente: Elaboración propia de los autores. Muestra tomada : 100 g 66 TABLA 4.7 INFLUENCIA DEL TIEMPO DE MACERACIÓN SOBRE LA EXTRACCIÓN DE LA OLEORRESINA TIEMPO DE MACERACIÓN, Horas OLEORRESINA, mg/100 g 2 352 4 405 6 479 8 525 10 671 12 671 Fuente: Elaboración propia de los autores. Muestra tomada : 100 g Volumen del solvente: 500 mL Temperatura de ensayo: 50°C. 67 TABLA 4.8 TIEMPO MÍNIMO DE EXTRACCIÓN EN CALIENTE TIEMPO DE EXTRACCIÓN, Min OLEORRESINA, mg/100 g 10 811 20 820 30 842 40 800 50 727 Fuente: Elaboración propia de los autores. Muestra tomada : 100 g Volumen del solvente: 500 mL Temperatura de ensayo: 45-48°c 68 C. De los parámetros óptimos para la extracción de la oleorresina a partir del ají páprika. TABLA 4.9 PARÁMETROS OPTIMOS PARA LA EXTRACCIÓN DE LA OLEORRESINA PARÁMETRO MAGNITUD Temperatura de secado del AJÍ, °C 50 Tiempo de secado, Horas 24 Humedad residual del ají, % 4,16 Tamaño de partícula, mm 0,5 Relación sólido-solvente 1:5 Tiempo de maceración, horas 10 Tiempo mínimo de extracción en caliente, min 30 Cantidad de muestra sólida, g 100 Volumen de solvente, mL 500 Solvente utilizado: éter de petróleo Fuente: Elaboración propia de los autores. 69 d. Del análisis de la oloerresina obtenida. TABLA 4.10 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LA OLEORRESINA ANÁLISIS RESULTADO Longitud de onda, λ, nm 475 Reacción de Carr-Price Positiva Aspecto Liquido Consistencia Aceitoso Color Amarillo Olor Inodoro Sabor Insípido Fuente: Elaboración propia de los autores. 70 4.2. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS. El estudio experimental para la extracción de oleorresinas a partir del ají páprika, permitieron determinar por ejemplo cual es la composición del ají, el cual según los resultados promedios dados en la tabla 4.1, indican que poseen una cantidad apreciable de carotenos que alcanza los 855 miligramos para cada 100 gramos de muestra seca. La tabla 4.2. muestra los resultados de los ensayos hechos para establecer la mínima temperatura que permita obtener un máximo de oleorresinas, sin producir en ellos descomposición alguna. Como se puede observar la temperatura de 50°C permite obtener un máximo de este producto igual a 842 mg/100 g de pulpa. Si la temperatura aumenta entonces comienza una masiva degradación de los carotenos y su contenido en la pulpa disminuye. Se pudo comprobar que a una temperatura moderada de 50°C, el tiempo influye en la degradación de los carotenos, como podemos ver en la tabla 4.3, en donde se puede apreciar que conforme el tiempo se prolonga la degradación de los carotenos es mínima pero progresiva. En el secado del ají si bien es cierto es primordial controlar el contenido de los carotenos y evitar a toda costa su degradación, también es importante considerar el contenido de humedad ya que el agua a altas temperatura forma emulsión con los lípidos y el solvente, por ello se tubo que determinar la mínima humedad en el ají que según los reportes 71 debe de ser no mayor de 4,16. Este porcentaje de humedad se consigue después de 24 horas de exposición al calor a una temperatura de 50°C. La tabla 4.5. nos muestra los resultados de ensayos de muestras con partículas de diferentes tamaños, para establecer con cual de ellas se puede obtener mayor cantidad de oleorresinas. En ella se puede ver que con partículas de 0,5 mm se extrae una gran cantidad de oleorresinas. La relación material sólido- solvente, es de vital importancia en la extracción sólido-líquido ya que cantidades menores de solvente rápidamente se saturan y o permiten extraer la oleorresina en su totalidad, perdiéndose colorante. Y si se emplean cantidades mayores se va ha tener el inconveniente de un mayor gasto de combustible o energía para recuperar el solvente; a parte de que el caroteno se va ha descomponer estando mayor tiempo expuesto a altas temperaturas durante la destilación. La tabla 4.6 nos nuestra estos resultados. A fin de no descomponer los carotenos se macera primero el ají seco y pulverizado, durante 10 horas tal como se muestra en los resultados de la tabla 4.7. Esta maceración permite apurar la extracción en caliente a la vez de que reduce el tiempo de exposición a temperaturas altas. Después de macerar la extracción en caliente es más rápida y eso permite obtener un colorante de alta calidad y de alto contenido. La tabla 4.8 no muestra el tiempo mínimo que debe estar el extracto expuesto a 72 ebullición, después de este tiempo se inicia una descomposición masiva del colorante y por tanto su cantidad y calidad disminuyen. Los análisis al caroteno (oleorresina) obtenido nos indican que es un producto similar al que se encuentra en el mercado y por tanto se puede emplear para uso alimentario. 73 CONCLUSIONES 1. A partir del ají páprika se ha obtenido oloerresina en una cantidad de 842 mg por cada 100 gramos de pulpa seca y pulverizada. 2. Los parámetros adecuados para obtener la oleorresina a partir del ají páprika son los siguientes: Secado del mango: 50°C Tiempo de secado: 24 horas Humedad residual : 4,16% Tiempo de maceración: 10 horas Relación muestra-solvente: 1:5 Tiempo de extracción en caliente: 30 minutos. 3. La oleorresina obtenida es de calidad apreciable, similar a los extractos que se expenden en el mercado. 74 RECOMENDACIONES Se recomienda hace el correspondiente estudio de pre-factibilidad para establecer si es o no rentable la instalación de una planta piloto para la obtención de oleorresinas a partir del ají páprika que se produce en el departamento de Ica. 75 BIBLIOGRAFÍA 1. CHWARTZ, M. et al. Deshidratación solar de pimiento y extracción de oleorresinas. Santiago de Chile: Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Agronómicas, 2006. 2. CAPSICUM. En: WIKIPEDIA: La Enciclopedia Libre. [online] s.l. Wikipedia, 2006. 3. COMISIÓN DE LAS COMUNIDADES EUROPEAS. 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