Universidad de Chile Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química Econut Ltda. PATROCINANTE Señor Eduardo Castro Montero Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química DIRECTOR Señor Eduardo Castro Montero Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química “DESARROLLO DE NUECES (Juglans Regia) DE LA VARIEDAD SEMILLA CALIFORNIA RECUBIERTAS CON MIEL” MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN ALIMENTOS DE LA UNIVERSIDAD DE CHILE ANDREA NICOLE JÁUREGUI BERHO Santiago – Chile DICIEMBRE 2006 CIRCULACIÓN RESTRINGUIDA DICIEMBRE 2008 AGRADECIMIENTOS Agradezco sinceramente a todas aquellas personas que me ayudaron directa o indirectamente en la realización de esta memoria, gracias por el apoyo y los conocimientos entregados A mis padres, por ser un ejemplo de vida y por el apoyo incondicional que siempre han depositado en mí. Les doy las gracias, porque siempre han confiado en mis capacidades haciéndome sentir segura. A mis profesores, en especial a Don Eduardo Castro por su apoyo, sus oportunos comentarios y su inmejorable disposición para atenderme, a la Señora Ana María Estévez por su oportuno comentario, a la Señorita Lilian Abougoch y Señora Andrea Bunger por sus conocimientos y buena disposición. Al personal de los laboratorios del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química por su constante supervisión y ayuda. A mis amigos por enseñarme y recordarme constantemente lo necesario e importante que me hace tenerlos. A mis compañeros, por todos los conocimientos entregados, ustedes fueron muy importantes para sacar adelante mi carrera, ya que siempre me apoyaron cuando tuve alguna dificultad y ofrecieron su ayuda incondicional, de verdad muchas gracias. A Claudia Araya, por la confianza depositada en mí, por su voluntad y su disposición para atenderme. A Verónica Dueik, gracias por todos los conocimientos entregados durante el desarrollo de esta memoria. Y por supuesto a Dios, por estar siempre conmigo y darme fuerza cuando me sentí insegura o tuve alguna dificultad. ii TABLA DE CONTENIDO PORTADA……………………………………………………………………………...…………i AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………..…………ii TABLA DE CONTENIDOS…………………………………...…………………..……………iii ÍNDICE DE TABLAS……………………….……………………………………........………vii ÍNDICE DE FIGURAS Y ECUACIONES……………………………………..................…viii RESUMEN…………………………………………………………………………….…………1 SUMMARY……………………..……………………………..…...……………………..……..2 INTRODUCCIÓN…..………..………..………………….………………………….....………3 CAPÍTULO I: ANTECEDENTES GNERALES……………………………………………….5 1.1. Antecedentes generales de la nuez……………………..……………………...5 1.1.1. Taxonomía y morfología de los frutales de nuez……..…………….5 1.1.2. Composición de la nuez……………………………...………..………5 1.1.3. Clasificación de la nuez……………………..………….…………..…8 1.1.4. Antecedentes económicos de la nuez………………..……………...8 1.2. Antecedentes generales de la miel………………………………..…..………10 1.2.1. Definición de miel………………………………………..……………10 1.2.2. Clasificación de la miel…………...……………………..……………10 1.2.2.1. Clasificación según el origen…………………..…………10 1.2.2.2. Clasificación según el método de extracción utilizado……………………………………………………………….10 1.2.3. Composición química de la miel………………………………….…11 1.2.4. Acidez de la miel………………………………………………………12 1.2.5. Hidroximetilfurfural……………………………………………………12 1.2.6. Color de la miel………………………………………………..………12 1.2.7. Aroma y sabor de la miel………………………………………..…...13 1.2.8. Higroscopicidad de la miel………………………………………...…13 1.3. Factores de deterioro en nueces…………………………………………..…..14 1.3.1. Rancidez oxidativa…………………………………………………....14 1.4. Recubrimientos comestibles……………………………………………………15 1.4.1. Definición…………………………………………..……………….….15 iii 1.4.2. Aplicación y evaluación de los recubrimientos comestible………15 1.5. Material de envase………………………………………………………………..15 1.6. Diseños factoriales………………………………………………………………..16 CAPÍTULO II: OBJETIVOS……………………….……………..…………….…...…….…16 2.1. Objetivo general……………………….…...…………………….………..….…16 2.2. Objetivos específicos……….…………………...……………..……..……..….16 HIPÓTESIS DEL ESTUDIO………………...………...…………………………………..…17 CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS………………….……………..…………..…18 3.1.Lugar de trabajo…………………………………………………..……….….….18 3.2. Materiales………………………………………………………..…….…………18 3.2.1. Materias primas………………………………………..……..……….18 3.2.2. Reactivos químicos pro análisis……………………..……………..18 3.2.3. Equipos…………………………………………………..….…………19 3.2.4. Otros materiales………………………………………..….………….20 3.3. Métodos……………………………………………………….........…………….20 3.3.1. Desarrollo del producto………………………………....……………20 3.3.2. Proceso de elaboración de nueces recubiertas con miel…….…..21 3.3.2.1. Recepción de materia prima………….……………..……21 3.3.2.2. Selección y limpieza de materia prima……………..……21 3.3.2.3. Pesaje de materia prima……………………………..……21 3.3.2.4. Preparación del almíbar……………………………...……22 3.3.2.5. Inmersión de las nueces en el almíbar……………....….22 3.3.2.6. Secado de las nueces recubiertas………………….……22 3.3.2.7. Envasado y almacenamiento del producto final……..…22 3.3.3. Optimización de proceso de elaboración de nueces recubiertas con miel……..………………………………………….23 3.3.4. Métodos analíticos para determinar el análisis proximal de las nueces recubiertas optimizadas………….…………………..……………23 3.3.4.1. Determinación del contenido de lípidos totales……..….24 3.3.4.2. Determinación del contenido de proteínas totales…..…25 3.3.4.3. Determinación del contenido de humedad…………...…25 iv 3.3.4.4. Determinación del contenido de cenizas totales…….…25 3.3.4.5. Determinación del contenido de carbohidratos totales..25 3.3.5. Análisis microbiológicos…………………..………………………….25 3.3.6. Análisis sensorial...……………………………………………………25 3.3.6.1. Test de aceptabilidad con consumidores..……………...25 3.3.6.2. Test de diferencias contra control………………………..26 3.3.7. Análisis de la estabilidad oxidativa mediante la medición del índice de peróxidos a través del tiempo….…….………..………..26 3.3.8. Análisis de las características texturales…………………….…….26 3.3.9. Determinación de la actividad de agua……………………….……27 3.3.10. Determinación del color……………………………………..….…..27 CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIONES……………………….……………..…28 4.1 Determinación de las variables del proceso…………..……………..……….28 4.2. Optimización del proceso de elaboración de nueces recubiertas………….28 4.2.1. Diseño experimental plan 24 factorial……….……………………...28 4.2.2. Análisis estadísticos del diseño experimental……………..……....30 4.3. Resultados del proceso de elaboración nueces recubiertas………....…….33 4.4. Caracterización del producto óptimo…………………………………….…….33 4.4.1. Resultado del análisis proximal aplicado a las nueces recubiertas...………………………………………………………...33 4.4.2. Resultado del análisis microbiológico aplicado a las nueces recubiertas…………..……………………………………………….35 4.4.3. Perfil descriptivo sensorial...…………………………………………35 4.4.4. Test de aceptabilidad con consumidores………………………….36 4.4.4.1. Color...………………………………………………………37 4.4.4.2. Brillo…………………………………………………………38 4.4.4.3. Aroma...……………………………………………………..38 4.4.4.4. Textura...……………………………………………………38 4.4.4.5. Sabor..………………………………………………………39 4.5. Material de envase....….………………………………………………………..39 4.6. Estudio de deterioro del producto en el tiempo………………………………39 4.6.1. Cinética de oxidación de lípidos…………………………………….39 4.6.2. Análisis texturales aplicados a las nueces recubiertas…………..44 v 4.6.3. Actividad de agua……………………………………………..……..46 4.6.4. Análisis de color aplicado a las nueces recubiertas…….……..…46 4.6.5. Resultado del test de diferencias contra control…………………..47 CAPÍTULO V: CONCLUSIONES.…………………………………………………………..49 BIBLIOGRAFÍA.……………………………………………...……………………….……….51 ANEXOS…………………………………………………………………………..……………56 ANEXO 1 Test descriptivo con escala lineal no estructurada de 10 cm. ANEXO 2 Test de aceptabilidad con escala hedónica ANEXO 3 Test de diferencias contra control ANEXO 4 Actividad de agua en alimentos ANEXO 5 Especificaciones técnicas del material de envase vi INDICE DE TABLAS Tabla Nº 1 Ácidos grasos contenidos en el aceite de nuez…………………………....6 Tabla Nº 2 Composición proximal de la nuez (g/100 g de alimento)……………….…7 Tabla Nº 3 Constituyentes principales de la miel de abejas…….……………..……..11 Tabla Nº 4 Composición proximal de la miel de abejas…………………………..…..12 Tabla Nº 5 Variables fijas del proceso……………………………………..……………20 Tabla Nº 6 Diseño experimental plan factorial 24…………………...……….…...……24 Tabla Nº 7 Límites de las variables significativas del proceso……………………….28 Tabla Nº 8 Resultados del diseño experimental plan factorial 24………...……....… 29 Tabla Nº 9 Análisis de varianza ANOVA para la calidad total del producto...….….30 Tabla Nº 10 Resultados de la optimización mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR) para la aceptabilidad general del producto........…32 Tabla Nº 11 Composición proximal de las nueces recubiertas…………….………….34 Tabla Nº 12 Análisis microbiológicos aplicados a las nueces recubiertas……………35 Tabla Nº 13 Evolución del índice de peróxido en las nueces recubiertas a través del tiempo a 3 temperaturas……………………..………..………..40 Tabla Nº 14 Parámetros cinéticos…………………………………………………..…….42 Tabla Nº 15 Predicción del Q10 para el valor de índice de peróxido de las nueces recubiertas durante el almacenamiento……………………..…...44 Tabla Nº 16 Variación de la textura de las nueces recubiertas durante el almacenamiento a tres temperaturas…………..………………………44 Tabla Nº 17 Resultado de la actividad de agua ……….……………………...…..…….46 Tabla Nº 18 Color de la materia prima, almíbar y producto final ………… Tabla Nº 19 ………..46 Resumen del test de diferencias aplicado a las nueces recubiertas, para un intervalo de confianza del 95 %.............................47 vii ÍNDICE DE FIGURAS Y ECUACIONES Figura Nº 1 Clasificación de las nueces......................................................................8 Figura Nº 2 Evolución de las exportaciones de nueces sin cáscara ($US FOB)….....9 Figura Nº 3 Evolución de las exportaciones de nueces sin cáscara (kg neto)……....9 Figura Nº4 Diagrama general del proceso de elaboración de nueces recubiertas……………….........………………………....…......….23 Figura Nº 5 Gráfico de pareto para la calidad total del producto………….……..…...31 Figura Nº 6 Gráfico de superficie de respuesta para la calidad total del producto.…31 Figura Nº 7 Diagrama de bloques del proceso de elaboración de nueces recubiertas…………………………………………………………...33 Figura Nº 8 Perfil descriptivo de las nueces recubiertas……………………...……….36 Figura Nº 9 Test de aceptabilidad con consumidores aplicado a las nueces recubiertas…....................………………………………………….37 Figura Nº 10 Gráfico del índice de peróxidos de las nueces recubiertas a 3 temperaturas durante 63 días …………..………………………………..41 Figura Nº 11 Relación entre la constante cinética k y la temperatura…………………43 Figura Nº 12 Variación de la textura de las nueces recubiertas durante el almacenamiento a 3 temperaturas………………………………………45 Ecuación Nº 1 Calidad total del producto………………………………..……...….30 Ecuación Nº 2 Reacción de 1º orden………………..………………………..…….42 Ecuación Nº 3 Ecuación de Arrhenius………………………………………..…….42 Ecuación Nº 4 Q10...............................................................................................43 viii RESUMEN Este trabajo tuvo como objetivo desarrollar nueces recubiertas con miel para otorgarle mayor valor agregado a las nueces de descarte de exportaciones de la empresa Econut. Las variables de proceso obtenidas, una vez realizadas los ensayos preliminares fueron: contenido de miel y glucosa en el almíbar, tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar y temperatura de secado de las nueces recubiertas. Estas variables se optimizaron mediante un diseño experimental factorial 24. Los valores óptimos fueron: 70 % de miel y 30 % de glucosa en el almíbar, 12 horas de inmersión de las nueces en el almíbar en reposo y 60º C de temperatura de secado de las nueces recubiertas; en estas condiciones, se obtuvo una respuesta sensorial (calidad total del producto) de 8,8, mediante un panel entrenado de 12 jueces utilizando una escala lineal no estructurada de 10 cm. Mediante ensayos preliminares se determinaron como variables fijas del proceso, una concentración de almíbar de 75º Brix, un tiempo de proceso térmico de inmersión de las nueces en el almíbar de 5 minutos a 80º C y un tiempo de secado de las nueces recubiertas de 6 horas. La caracterización del producto optimizado arrojó los siguientes resultados: lípidos totales 70,11%, proteínas 10,3%, carbohidratos 15,51%, humedad 2,7 %, cenizas 1,4% y análisis microbiológicos <10 ufc/g. El producto obtenido se evaluó sensorialmente mediante una escala hedónica con 50 consumidores, obteniendo una alta aceptabilidad en todos los atributos evaluados. Se determinó como material de envase un film de polipropileno biorientado metalizado (BBOPP) termosellable de 0,3 mm. de espesor, debido a que posee una barrera a la humedad y a los gases, permitiendo alargar la vida útil del producto. Se determinó la cinética de deterioro del producto envasado en bolsas BBOPP, mediante la medición del índice de peróxidos en el tiempo, a 20, 30 y 40º C. La velocidad de reacción se ajustó a una cinética de primer orden, con una energía de activación (Ea) de 1453,08 cal/mol y un Q10 de 1,04 para el rango 20-30º C y 1,02 para el rango 30-40º C. Los valores del índice de peroxido fueron muy bajos, por lo que puede decir que la vida útil del producto es mayor de 2 meses. 1 SUMMARY DEVELOPMENT OF HONEY COVERED WALNUTS (JUGLANS REGIA) OF CALIFORNIA SEED VARIETY. This work had since objective to develop honey covered walnuts in order to give more added value to the no export walnuts of Econut Company. The process variables after the preliminaries tests were: contents of honey and glucose in the syrup, immersion time of walnut in the syrup and drying temperatures of the covered walnut. These variables were in a factorial experimental design 24 and were chosen the following optimal values based on optimized sensorial response. The optimal values were: 70 % honey and 30 % glucose in the syrup, 12 hours of immersion of the walnuts in the syrup and drying temperature of 60º C. On behalf preliminaries tests fixed process variables were chosen. A syrup concentration at 75° Brix, thermal process immersion time of 5 minutes at 80° C for the walnuts in the syrup and a drying time of 6 hours for the covered walnuts. The optimized product characterization were the following: 70,1% total lipids, 10,3% proteins, 15,5% carbohydrates, 2,7% moisture, 1,4% ash and microbiological test <10 ufc/g. The final product was sensorially evaluated by 50 potential consumers with a hedonic scale. The result indicated good acceptance of the assessed attributes. As a packaging material was chosen a metalized bioriented polypropylene film (BBOPP) thermo sealed 0,3 mm thickness, due to the moisture and gas barrier as well as to add useful shelf life to the product. On behalf the time peroxide value measurement, the kinetics deterioration of the packaged product was determinate in the BBOPP bags at 20, 30, and 40° C. The reaction rate was adjusted to a first order kinetics, with an activation energy (Ea) of 1453,08 cal/mol and Q10 of 1,04 for ranges between 20-30°C and 1,02 for ranges between 30-40°C. Due to very low peroxide level values founds we can to assure that useful life of the product is over two months. 2 INTRODUCCIÓN Actualmente las exigencias del consumidor se orientan hacia alimentos saludables y de consumo rápido, con un alto contenido de nutrientes, donde el aspecto el sabor y la textura deben tener un atractivo que saque de la monotonía que siempre acompaña la alimentación habitual. El desarrollo de nuevos productos alimenticios debe adaptarse a las nuevas tendencias de consumo de la población. De esta forma al desarrollar productos que respondan a las nuevas tendencias de consumo de alimentos más saludables, se pueden utilizar los excedentes de las exportaciones de las nueces. Las nueces son un importante componente de la dieta mediterránea, las cuales han sido consideradas como uno de los mejores factores de prevención de las enfermedades coronarias. Están constituidas aproximadamente en un 60% de ácidos grasos insaturados, bajo contenido de hidratos de carbono, con 0% de colesterol lo que puede influir en varios proceso fisiológicos y bioquímicos, incluyendo la regulación de la presión arterial, metabolismo de la glucosa, metabolismo lipídico y deformidad de eritrocitos (Amaral, 2003). El consumo mundial de nueces ha tenido un crecimiento constante durante los últimos 13 años, mostrando algunos cambios en las formas de consumo. Tanto en Estados Unidos, como en Europa ha aumentado la demanda por nueces sin cáscara, y además se ha visto una tendencia creciente hacia el consumo de productos naturales, sin agentes químicos en su limpieza o blanqueado. En Latinoamérica, el consumo de producto sin cáscara presenta la misma tendencia (Miranda, 2005). Las nueces se destinan principalmente al consumo directo fresco o a la industria. La industrialización de esta especie en el país es muy escasa, limitándose a la utilización artesanal en confites y pastelería. No existen industrias que las utilicen como materias primas para otorgarles mayores posibilidades de comercialización en el 3 mercado nacional e internacional. Existen en general, pocas vías de utilización de ellas a disposición de la agroindustria nacional (Estévez et al, 1999). Las materias primas que se consideran básicas para la elaboración de confites y golosinas son los denominados azúcares comestibles. El resto de ingredientes utilizados a los que se puede aplicar el calificativo de materia prima son agua potable, frutos secos, miel, azúcares, gelatinas alimenticias, aceites y grasas comestibles, leche y huevos, así como cualquier otro que esté autorizado para la elaboración de este tipo de productos. La lista, por tanto, no tiene carácter limitativo (Hidalgo, 2002). La investigación orientada al desarrollo de películas y recubrimientos comestibles ha sido intensa en los últimos años debido a los retos de carácter técnico que involucra el desarrollo de películas funcionales. Los recubrimientos comestibles tienen la característica de estar elaborados con materiales naturales como proteínas, lípidos y polisacáridos. Dependiendo de su composición, las propiedades funcionales de las películas o recubrimientos finales varía, por lo que el conocimiento de la forma en que cada componente interactúa física y/o químicamente, ofrece la posibilidad de diseñar películas o recubrimientos con características estructurales y de barrera específicas para su aplicación en alimentos (Bosquez y Veron, 2005). 4 I. ANTECEDENTES GENERALES 1.1. Antecedentes generales de la nuez 1.1.1. Taxonomía y morfología de los frutales de nuez La nuez es el fruto del nogal (Juglans Regia). Pertenece a la familia de las juglandáceas que contiene unas 59 especies de árboles, todos ellos con hojas pinnadas De todas ellas el que más destaca es el nogal común (Estévez et al, 1999; Rojas, 2000). El nogal, es un árbol vigoroso de 24 a 27 m de altura, cuyo tronco puede alcanzar de 3 a 4 m de diámetro. Copa ramosa, extendida, de forma esférica comprimida. Tronco derecho, cubierto con una corteza cenicienta y gruesa, en las ramas jóvenes, lisa y de color rojo oscuro y en las viejas, agrietada y parda. Tiene raíces notablemente extendidas, tanto en sentido horizontal como vertical (Rojas, 2000). Las flores masculinas están dispuestas en amentos largos, de 6 a 8 cm, casi siempre solitarios, de color verde pardusco e insertas en la parte superior de las ramillas nacidas el año anterior, que en la floración están desprovistas de hojas. Las flores femeninas son solitarias o agrupadas en un número de una a cinco, en espigas terminales encima de los ramillos del año corriente y son llevadas por un pedúnculo corto y grueso. El receptáculo floral lleva un pequeño perigonio con tres o cuatro dientecitos; ovario ínfero adherente, con un óvulo, terminado por dos estilos cortísimos (Rojas, 2000). El fruto es una drupa, con mesocarpio carnoso y endocarpio duro, arrugado en dos valvas, y el interior dividido incompletamente en dos o cuatro celdas; semilla con dos o cuatro lóbulos y muchos hoyos (Aldunce, 1994). 1.1.2. Composición de la nuez El contenido de humedad de las nueces, al momento de la cosecha, varía entre 10 y 30%. Para darles estabilidad y posibilidades de almacenamiento, las nueces deben secarse hasta un contenido de humedad entre un 5 y 8% (Estévez, 1991). . Esta semilla destaca por poseer un alto contenido de lípidos que varía de un 64 a un 72 %. Los principales ácidos grasos de la nuez son de tipo insaturado, tales 5 como el linoleico (ω 6) con un 58.3% del total de los ácidos grasos y el linolénico (ω 3) con un 13,8 %. La proporción entre ácidos grasos saturados y polinisaturados que contiene la nuez es de 1 a 7, proporción difícil de encontrar en otros alimentos naturales. Este alto contenido de aceites es responsable de la rancidez oxidativa, que es uno de los problemas más serios que afecta la calidad de las nueces y lo que limita su utilización en el consumo fresco e industrial (Gutiérrez, 2004). El ácido linoleico y el ácido oleico, son un tipo de grasa esencial. Son insaturados porque, al carecer de dos átomos de hidrógeno, poseen en su lugar dos átomos de carbono adicionales, y son esenciales porque no puede producirlos el organismo, por lo que deben obtenerse a través de los alimentos (Estévez, 1991) En la tabla Nº1 se muestra la cantidad de ácidos grasos presentes en el aceite de nuez de la variedad semilla California. Tabla Nº 1: Ácidos grasos contenidos en el aceite de nuez. Acidos grasos % Esteres Metílicos Ac. Palmítico (C16:0) 7,5 ± 0,08 Ac. Palmitoleico (C16:1) 0,2 ± 0,02 Ac. Esteárico (C18:0) 2,6 ± 0,02 Ac. Octadecaenoico (C18:1w9t) Trazas Ac. Oleico (C18:1w9c) 15,9 ± 0,23 Ac. Elaídico (C18:1w 7c) 1,1 ± 0,04 Ac. Linoleico (C18:2w6) 58,3 ± 0,71 Ac. Octadecadienoico isómero) Ac. Linolénico (C18:3 w3) Ac. Eicosanoico (C20:0) (C18: 2 0,2 ± 0,02 13,8 ± 0,00 Trazas Ac. Eicosaenoico (C20:1) 0,2 +/- 0,01 Fuente: Memoria de título Ingeniero en Alimentos, Extracción de aceite de nuez (Juglans regia L.) variedad semilla California, con etanol. (Gutiérrez, 2004). 6 Según Feldman (2002), el alto contenido de lípidos de carácter poliinsaturados, trae importantes beneficios para la salud, como son la baja en los triglicéridos, reducción del colesterol, precención de la formación de coágulos en las arterias y disminución de la presión arterial. Las proteínas presentes tienen un importante contenido de arginina relacionada también con la prevención de enfermedades cardiovasculares. Por su parte, la cantidad de fibra presente ayuda al tránsito intestinal y previene varios tipos de cáncer como el de colón (Amaral, 2003). Es buena fuente de vitaminas B1, B2, B3 y especialmente B6. Esta vitamina interviene en el buen funcionamiento del cerebro, así como en la producción de glóbulos rojos en el cerebro. Dentro del contenido de vitaminas del grupo E, se destaca el ácido fólico, el cual es habitualmente deficitario en el organismo del ser humano y es necesario para sintetizar el ARN y el ADN; previene la anemia, el cansancio y la pérdida del apetito. Por último cabe destacar el contenido de minerales saludables tales como el calcio, magnesio, potasio y sodio, necesarios para desarrollar y mantener el esqueleto y el control de la presión arterial (Solá y Masana, 2002). En la tabla Nº 2 se muestra la composición proximal de la nuez. Tabla Nº 2: Composición Proximal de la Nuez (g/100g de alimento) 674,0 14,5 11,1 5,9 63,8 Contenido calórico (kcal) Proteínas (g) Carbohidratos (g) Fibra (g) Contenido graso total (g) 5,2 monoinsaturados (g) 11,6 insaturados 44,2 poliinsaturados (g) Colesterol (mg) 0 Vitamina E (mg)* 2,92 Fitoesteroles (mg)* 72,0 Fuente: Tabla de Composición de Alimentos, USDA, 2002. saturados (g) Ácidos grasos 7 1.1.3. Clasificación de la nuez La nuez sin cáscara para su comercialización se puede clasificar en 2 tipos: color y tamaño, los cuales se ven afectados por distintos factores entre los que destacan la madurez del fruto, la variedad, forma de secado y tiempo de almacenamiento. (Gutiérrez, 2004). De acuerdo al color, como se aprecia en la figura Nº 1, las nueces se clasifican en cuatro categorías: extra light, light, light ámbar y ámbar. Figura Nº1: Clasificación de las nueces Extra light Light Light Ámbar Ámbar Fuente: Clasificación de las Nueces para su Comercialización, Chile Nut, 2006. 1.1.4. Antecedentes económicos de la nuez Para las nueces de nogal existen dos mercados muy diferentes, el mercado de las nueces sin cáscara y el mercado de las nueces con cáscara. La primera implica un mayor valor agregado y es muy exigente en cuanto a la calidad del producto. El segundo es menos exigente en calidad y se comporta como un mercado de commodity, en el cual el factor relevante es el tamaño de la nuez (ChileNut, 2006). Desde 1997 a la fecha las exportaciones de nueces han evidenciado un crecimiento continuo, con muy buenos precios y mejores proyecciones (Figura Nº2 y Nº3). El incremento de las plantaciones, que se estima cubrirían hoy unas 10000 hectáreas, sumado a la introducción de nuevas variedades de mayor rendimiento y calidad, permite prever un importante aumento de la oferta, la que podría empinarse hasta las 26000 a 30000 toneladas hacia el bicentenario (Agroeconómico, 2006) Prácticamente toda la producción nacional actual se destina a los mercados externos, generando el año 2005 retornos FOB cercanos a los US$ 45 millones de los cuales 31,6 millones correspondieron a nueces sin cáscara, obteniéndose un precio promedio 8 por kilo de US $ 7,79. Brasil fue el principal destino en términos de valor, seguido de Italia, Alemania, España y Suiza, países que en conjunto absorbieron el 74% de las compras (Agroeconómico, 2006). La región Metropolitana concentra más del 50% de los huertos, distribuyéndose el resto principalmente entre las regiones Sexta, Quinta y un menor porcentaje en las regiones Cuarta y Séptima (Agroeconómico, 2006). Figura Nº2: Evolución de las Exportaciones de Nueces sin Cáscara ($US FOB) Evolución de las Exportaciones de Nueces sin Cáscara 35000000 31598600 30000000 USD FOB 25000000 20628920 20000000 17202933 16127064 14108146 15000000 14435443 14105417 14023189 13151664 10000000 5000000 0 1997 1999 1998 2002 2001 2000 Tiem po (Años) 2003 2004 2005 Fuente: Revista Agroeconómico Nº 92, Abril 2006. Figura Nº3: Evolución de las Exportaciones de Nueces sin Cáscara (kg Neto) 4500000 Evolución Anual de las Exportaciones de Nueces sin Cáscara 4.056.958 4000000 3500000 3.295.371 3.224.420 kg N 3000000 2.729.651 2500000 2.225.490 2.400.947 1.912.419 1.934.501 2.046.152 2000000 1500000 1000000 500000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Tiem po (Años) 2003 2004 2005 Fuente: Revista Agroeconómico Nº 92, Abril 2006. 9 1.2. Antecedentes generales de la miel 1.2.1. Definición de miel La miel se define como un producto alimenticio líquido espeso o cristalino, azucarado, producido por las abejas mielíficas mediante la recolección del néctar de las flores, de las secreciones procedentes de partes vivas de las plantas o de secreciones de insectos, sobre ellas enriqueciéndolas con secreciones propias de su cuerpo, transformándolas, almacenándolas en los panales de la colmena y dejándolas madurar allí (Gonzalvez, 1990). Según el Reglamento Sanitario de los Alimentos, la denominación de “miel” o “miel de abeja” o “miel virgen” está sólo y exclusivamente reservada para designar el producto natural elaborado por la abeja Apis mellífera L, con el néctar de las flores y exudados de plantas aromáticas (RSA, 2003). 1.2.2. Clasificación de la miel De acuerdo a la Norma Chilena 616 E of 68 (INN, 1999 b) la miel de abejas se puede clasificar según el origen y el método de extracción. 1.2.2.1. Clasificación según el origen Tipo I: Miel de flores: La miel que procede principalmente del néctar de flores, tiene un color que varía casi de incoloro a amarillo y pardo amarillento y posee un contenido de azúcar invertido superior o igual a 70% excepto la miel de trébol (Trifolium sp.) cuyo contenido de azúcar invertido es superior a 65%. Esta miel es levógira. Tipo II. Miel de mielada: La miel que procede principalmente de plantas caducas (miel de hojas) o de exudaciones de plantas, especialmente coníferas, de color variable entre pardo claro y casi negro, tiene un olor resinoso particular y el contenido de azúcar es igual o superior a 60%. Esta miel es dextrógira. 1.2.2.2. Clasificación según el método de extracción utilizado Clase A o miel centrifugada: Producto que se obtiene de los panales no incubados, por ejemplo de una máquina de extracción llamada centrífuga. Clase B o miel a presión: Producto que se obtiene por compresión de los panales no incubados. 10 Clase C o miel sobrecalentada: Producto que para su extracción ha sido calentado a una temperatura superior a los 45˚ C. 1.2.3. Composición química de la miel La miel se compone esencialmente de diferentes azúcares disueltos en agua (Tabla Nº3). Sobre el 95% de los sólidos presentes en la miel corresponden a carbohidratos, dentro de los cuales, los más importantes corresponden a los clasificados dentro del grupo de los monosacáridos, predominantemente glucosa y fructosa. Puede contener sacarosa, maltosa, melicitosa y otros oligosacáridos (incluidas las dextrinas) (Graham, 1993). La miel contiene además en menor proporción sustancias tales como proteínas, aminoácidos, enzimas, ácidos orgánicos, minerales, polen, así como vestigios de hongos, levaduras y otras partículas sólidas que resultan del proceso de obtención de la miel. El mineral predominante corresponde al potasio, representado aproximadamente un tercio de la ceniza, le sigue en importancia el sodio, cloro, magnesio, fierro, cobre, manganeso, cloro, fósforo y azufre (White, 1994, Bianchi, 1990; Crane, 1990). Tabla Nº3: Constituyentes principales de la miel de abeja. (g/100g de alimento). Constituyentes Mayores Agua Glucosa Fructosa Sacarosa Disacáridos (Maltosa) Componentes Menores Ácidos Totales Minerales N2 (en aa y proteínas) Fuente: CRANE, 1990. gramos 13,4-26,6 20,4-44,4 0,0-7,6 2,7-16 0,1-8,5 gramos 0,17-1,17 0,02-1,03 0,00-,013 11 Tabla Nº4: Composición proximal de la miel de abeja (g/100g de alimento) 291,0 Contenido calórico (kcal) 0,0 Proteínas (g) 79,1 Carbohidratos (g) 0,0 Fibra (g) 0,0 Contenido graso total (g) 20,6 Humedad (g) 0,3 Cenizas (g) Fuente: Tabla de Composición Química de los Alimentos Chilenos, (Schmidt Hebbel et al, 1992). 1.2.4 Acidez de la miel La acidez de la miel es valorada en unidades de reacción química, como cantidad de miel que está disponible para reaccionar, expresada en meq / Kg. de ácido glucónico por kilogramo de miel (Gómez, 1996). La característica de sabor de la miel esta relacionada en gran parte por su acidez. El pH de la miel varía entre 3,4 a 6,1 con un valor promedio de 3,9. Este nivel de acidez, probablemente contribuye a la estabilidad de la miel contra el ataque microbiológico. 1.2.5 Hidroximetilfurfural (HMF) Este parámetro es utilizado para determinar el grado de deterioro de la miel en el almacenaje y permite detectar la adulteración de la miel con azúcar invertida. Este compuesto se forma por la acción del calor sobre la glucosa de la miel (Cornejo, 1993). 1.2.6 Color de la miel El color de la miel está relacionado con la fuente floral y su procesamiento. Varía desde amarillo pálido-ámbar a oscuro rojizo. Dado que es un producto natural, el color de la miel fresca, extraída de la misma fuente planta, varía de acuerdo a factores climáticos, durante el flujo de la miel y la temperatura a la cual maduró en la colmena (Molina, 1988). 12 Según Bianchi (1990), el color es una propiedad óptica de la miel, resultante de los diferentes grados de absorción de la luz y de distintas longitudes de onda, por parte de los constituyentes de la miel. El factor más importante es el contenido de minerales de la miel, o de cenizas, las mieles claras tienen un contenido en minerales bajo, del orden del 0,1%, mientras que las mieles oscuras tienen porcentajes más altos, llegando el caso de las mieles de mielato de roble – encina a superar a veces el 1% (máxima legal permitido para estas mieles). La mayoría de las mieles color ámbar, ni muy claras ni muy oscuras, se sitúan alrededor del 0,3% (Gómez, 1996). 1.2.7. Aroma y sabor de la miel Se ha adscrito el sabor de la miel al contenido de azúcares, ácido glucónico y prolina. Existe una gran variedad de aromas y sabores dados a los diferentes azúcares, aminoácidos, ácidos, taninos y otras sustancias no volátiles que contribuyen al sabor en la miel. En determinadas mieles el sabor puede deberse a glucósidos o alcaloides, compuestos específicos de la fuente planta (Molina, 1988). Según Crane (1990), los ácidos orgánicos presentes en la miel otorgan el sabor típico de cualquier tipo miel, siendo el ácido glucónico el más importante. Todas las sustancias que dan el aroma a la miel son volátiles y se evaporan rápidamente con altas temperaturas, algunas de estos son: metanol, etanol, formaldehído, acetaldehído, propionaldehido, etc. 1.2.8. Higroscopicidad de la miel Por ser una solución altamente concentrada de azúcar, la miel es muy higroscópica. Al estar expuesta al aire ganará o perderá humedad dependiendo de la temperatura, el contenido de humedad del aire y de la Humedad Relativa (presión de vapor del agua en el aire). Para cada miel, existe una HR. en la cual no gana ni pierde humedad, llamado “Equilibrio de humedad relativo”, éste varía con el contenido de humedad y la composición de la miel. Debido a la alta viscosidad de la miel, la humedad absorbida en la superficie difunde muy lentamente a través de la masa (Molina, 1988). 13 1.3. Factores de deterioro en nueces Los cuatro agentes que originan los cambios más drásticos en la estructura de la materia grasa de las nueces son el oxígeno del aire, la elevada temperatura, la humedad presente en el alimento y la humedad relativa del ambiente; estos agentes son los que producirán deterioro en la materia grasa como son el deterioro oxidativo, deterioro térmico y deterioro hidrolítico, los cuales están interrelacionados (Masson, 1998). 1.3.1. Rancidez oxidativa La oxidación de los lípidos es una de las principales causas de deterioro de los alimentos, ocasionada por el ataque del oxígeno sobre alguno de sus componentes. Esto representa una gran amenaza para la industria alimentaria, ya que da lugar a la aparición de sabores y olores desagradables, provenientes de la formación de compuestos volátiles, lo que deriva en una pérdida de calidad comercial, organoléptica y sanitaria del alimento, haciendo que estos no sean aceptados por el consumidor o que reduzcan su vida útil (Fenema, 1993; Sánchez, 1998). Una alternativa de envasar en condiciones de bajo oxígeno puede ser el uso de un recubrimiento comestible continuo alrededor de cada nuez, de manera de reducir la concentración de oxígeno dentro de la nuez y retrasar la rancidez oxidativa. De esta manera, la concentración de oxígeno residual dentro de la nuez dependería de la permeabilidad de la cobertura al oxígeno y de la velocidad de consumo de oxígeno dentro del tejido (Maté y otros, 1996). Debido a que la descomposición de los lípidos por oxidación tiene gran importancia tanto desde el punto de vista de la aceptabilidad como la calidad nutritiva de los productos alimenticios, es importante valorar su intensidad. Para esto se han diseñado muchos métodos, dentro de los cuales uno de los más utilizados es el índice de peróxidos (Masson y Mella, 1985). 14 1.4. Recubrimientos comestibles 1.4.1. Definición Un recubrimiento comestible se define como una capa delgada de material comestible que se aplica y forma directamente sobre el alimento. Son claras, flexibles y transparentes. Sus propósitos son disminuir la migración de humedad, oxígeno, CO2, aromas y lípidos; y mejorar la integridad mecánica o mantener características de los alimentos. De esta manera se puede extender la vida útil y la calidad de los alimentos, retardando y disminuyendo los cambios en aroma, sabor, textura y apariencia (Guilbert y Biquet, 1995). 1.4.2. Aplicación y evaluación de los recubrimientos comestibles La aplicación del recubrimiento se puede obtener por distribución con pincel, pulverización, inmersión seguida de escurrido, centrifugación o fluidización. Cuando es necesario el escurrido, se practica en caliente para disminuir la viscosidad de la envoltura, y se realiza a través de escurrido centrífugo o ventilación forzada. La solidificación de la película se obtiene por secado o enfriamiento. Es importante regular las condiciones de esta operación para no obtener coberturas de espesor irregular con superficie agrietada (Guilbert y Biquet, 1995). La tecnología de preparación del recubrimiento, la técnica de aplicación y el espesor de la cobertura van a influir sobre las propiedades finales del recubrimiento. Las propiedades mecánicas y de barrera de los recubrimientos comestibles son muy sensibles a las características físicas del medio ambiente, temperatura y humedad relativa, por lo que es de suma importancia controlar las condiciones ambientales antes y durante el ensayo (Guilbert y Biquet, 1995). 1.5. Material de envase Para elegir el material de envase, se debe elegir un film, que proteja al alimento de todos los factores que puedan afectar la vida útil y las características sensoriales del producto. Según Hernández y Giacin (1998) hoy en día se utilizan ampliamente los plásticos para el envasado de los alimentos, debido a su bajo coste y funcionalidad, además poseen un amplio intervalo de características en términos de permeabilidad a los gases, velocidades de transmisión de vapor de agua, elasticidad, dureza, etc. 15 La permeabilidad de un material plástico es función directa de dos factores claves. El primero es la forma en que las cadenas de polímero están unidas entre sí y el tipo de atracción que se establece entre polímero y permeante; cuanto mayor sea la cohesión interna y menor la atracción por el permeante, mejor barrera será el material en cuestión. El segundo factor es el volumen libre que queda entre las cadenas. La difusión del penetrante a través del polímero se realiza alcanzando los espacios que las cadenas dejan libres y pasando de una a otra cavidad mediante saltos activados (Hernández y Giacin 1998). 1.6. Diseños factoriales Los diseños factoriales o complejos se utilizan cuando hay más de una variable independiente, cada variable recibe el nombre de factor y su principal acción es que sirven para valorar el efecto de la interacción, es decir, saber el efecto combinado de las distintas variables. Estos diseños permiten hallar un óptimo de una superficie de respuesta. II. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General Estudiar la factibilidad de desarrollar nueces (Juglans Regia) de la variedad Semilla California proveniente de la Región Metropolitana de Chile, con un recubrimiento comestible en base a miel y glucosa, para otorgar mayor valor agregado a las nueces de descarte de las exportaciones de la empresa Econut Ltda. 2,2. Objetivos Específicos a) Determinar las variables que influyen en las condiciones óptimas del proceso de obtención de nueces recubiertas a base de miel y glucosa: - Concentración de almíbar utilizado para el recubrimiento. - Niveles de mezcla de miel/glucosa en el almíbar utilizado para el recubrimiento. - Temperatura y tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar. - Temperatura y tiempo de secado de las nueces recubiertas. 16 b) Realizar un diseño estadístico experimental mediante la metodología de superficie de respuesta para optimizar la formulación del producto. c) Caracterizar el producto óptimo por análisis proximal, con el fin de determinar la cantidad de lípidos, proteínas, carbohidratos, humedad, cenizas y actividad de agua. d) Definir el material de envase del producto final. e) Determinar la calidad microbiológica del producto final. f) Determinar las características texturales del producto final mediante pruebas de compresión. g) Estudiar la vida útil del producto final envasado mediante la estabilidad oxidativa en el tiempo (índice de peróxidos). h) Evaluar sensorialmente por consumidores las nueces recubiertas mediante un test de aceptabilidad. HIPOTESIS DEL ESTUDIO El recubrimiento de nueces, tiene un efecto de control sobre los procesos deteriorativos del fruto y además posee características sensorialmente aceptadas por el consumidor. 17 III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Lugar de trabajo Esta investigación se realizó en el laboratorio de Procesos del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile. Los análisis sensoriales se realizaron en el laboratorio de Evaluación Sensorial y laboratorio de Procesos del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile. 3.2. Materiales 3.2.1. Materias Primas 9 Nuez Semilla California, envasada en bolsas de polietileno de alta densidad de 0,9 mm de espesor, con capacidad de 3 kg bajo atmósfera modificada (mezcla N2/CO2 en la proporción 80%/20%), cosecha 2006 proporcionada por ECONUT Ltda., proveniente del predio ubicado en la Comuna de Paine, Región Metropolitana. 9 Glucosa microcristalina, envasada por Espinoza y Arancibia Ltda., Comuna de Santiago, Región Metropolitana. 9 Miel de abejas, envasada por Espinoza y Arancibia Ltda., Comuna de Santiago, Región Metropolitana. 3.2.2. Reactivos Químicos pro análisis 9 Ácido Acético glacial. 9 Ácido Sulfúrico Glacial. 9 Ácido Sulfúrico 0,1 N. 9 Agua destilada. 9 Cloroformo glacial. 9 Indicadores: almidón al 1%, fenoftaleína al 1% y rojo de metilo 9 Hidróxido de Sodio 0,1 N. 9 Hidróxido de Sodio al 30%. 18 9 Metanol glacial. 9 Sulfato de Cobre. 9 Sulfato de Potasio. 9 Sulfato de Sodio. 9 Tiosulfato de Sodio 0,1 N. 9 Yoduro de Potasio. 3.2.3. Equipos 9 Agitador eléctrico, marca Hobart 200 A., USA. 9 Balanza Analítica, marca Precisa, 125 A, Oerlikon A 6, Switzerland. 9 Balanza Granataria, marca Precisa 1620 D, Oerlikon, Switzerland. 9 Baño termorregulado, marca Heidolph, modelo WB 2000, Germany. 9 Batidora, marca Bamix, modeloGastro 200/AC/DC/ 220 V, Switzerland. 9 Bomba de vacío, marca Marelli,serie blu, modelo IE C34-5, 1,5 kW/220 V. Italia. 9 Campana de Extracción. 9 Desecador. 9 Equipo universal de ensayo de materiales Lloyd Instruments, modelo LR5K, 1993. 9 Equipo Munsell Macbeth Executive, modelo Nº BRX-320DC, Serie 82459, 220 V/ 720W, Maryland. 9 Equipo Novasina, Termoconstanter, modelo Th/RTD-200, calibrado a 25ºC, Switzerland. 9 Estufa de Secado marca Hearus, Eléctrica sin circulación de aire, modelo UT 600/220 V, Germany. 9 Estufa de Secado marca Hearus, Eléctrica con circulación de aire, modelo TU60/001970/300ºC, Germany. 9 Estufa de Secado marca Heraus, Eléctrica sin circulación de aire, modeloUT620/350ºc/380 V, Germay. 9 Equipo Digestor de Proteínas marca Büchi 323, Destilation Unit, Switzerland. 9 Mufla, marca Heraeus, modelo MR 170, 220 V, Germany. 9 Picadora, marca Moulinex, modelo D-56 BL, France. 9 Refractómetro, marca Cole Palmer, Intrument Co., modelo 02940-32, EA, 0-90º Brix. 19 9 Rotavapor Marca Heidolph, modelo AC 570 -42000-00, serie 109514903, 230V/50hz/46W , Germany. 9 Sellador de bolsas, marca Montesa, modelo TA, Nº 3232, 220 V, 250 W, Chile. 9 Termómetro Laser, Thermometer Wioh Range Non-Contacted, EXTECH Instruments. 9 Cocina a gas, marca Frigas. 3.2.4. Otros materiales 9 Material de plástico (bandejas, fuentes, recipientes). 9 Material de porcelana (cápsulas, embudo buchner). 9 Material de vidrio (vasos pp, matraces aforados y erlenmeyer, probetas graduadas, embudos, balones, pipetas graduadas y aforadas, buretas, varillas de vidrio). 9 Material de acero inoxidable (ollas, rejillas, cápsulas). 9 Cucharas de madera. 9 Papel filtro común. 9 Cajas de PVC. 9 Papel aluminio. 9 Toalla Nova. 9 Envase de polipropileno biorientado metalizado de 0,3 mm de espesor. 3.3. Métodos 3.3.1. Desarrollo del producto La primera operación consistió en determinar las variables que fueran significativas en el proceso de elaboración de nueces recubiertas. Para ello se realizaron distintas pruebas preliminares, donde se establecieron como variables a estudiar en la formulación del producto: la proporción de miel y glucosa en el almíbar utilizado para el recubrimiento, el tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar una vez aplicado el proceso térmico, la temperatura de secado de las nueces recubiertas y el pretratamiento (escaldado de las nueces antes del recubrimiento). Además fue necesario determinar previamente como óptima, antes de realizar el diseño experimental, la concentración de almíbar en grados brix, el tiempo y la temperatura de inmersión de las nueces en el almíbar durante el proceso térmico, y el 20 tiempo de secado de las nueces recubiertas, de acuerdo a lo establecido por Estévez, (2006). En la tabla Nº 5, se muestran las variables fijas del proceso de acuerdo a lo establecido por Estévez (2006). Tabla Nº 5: Variables fijas del proceso. Variable Valor Concentración de almíbar (ºBrix) 75 Tiempo de inmersión aplicando calor (min) 5 Temperatura de inmersión (ºC) 80 Tiempo de Secado (h) 6 3.3.2. Proceso de elaboración de nueces recubiertas con miel El proceso de elaboración de nueces recubiertas con miel, se muestra esquemáticamente en la figura Nº4 y se detalla a continuación: 3.3.2.1. Recepción de materia prima Las nueces se recibieron en bolsas de polietileno de alta densidad de 0,9 mm de espesor con 3 kg de contenido, envasadas bajo atmósfera modificada (80% CO2/20% O2), las cuales se almacenaron en cajas de PVC, en un lugar limpio y seco a temperatura ambiente. La miel y la glucosa se recibieron en frascos plásticos sellados, con capacidad de 1kg, los cual se almacenaron en un lugar limpio y seco, a temperatura ambiente. 3.3.2.2. Selección y limpieza de materia prima. Se seleccionaron las nueces que no presentaban daños mecánicos y con un color relativamente uniforme. Estas se limpiaron en forma manual, sacando las impurezas que pudieran estar presentes, tales como restos de hojas, ramas, etc. Luego una parte se escaldó y el resto se dejó sin escaldar, para poder realizar el estudio. 3.3.2.3. Pesaje de materia prima. Se pesó una cantidad suficiente de nueces en una balanza granataria. Estas, se introdujeron en un recipiente, para su posterior utilización. Se pesó una cantidad determinada de miel y glucosa en una balanza granataria, de acuerdo a las formulaciones determinadas para preparar el almíbar. 21 3.3.2.4. Preparación del almíbar. Establecidas las proporciones de miel y glucosa, se preparó el almíbar agregando suficiente agua destilada para ajustar el jarabe a 75 ºBrix, de acuerdo a lo establecido por Estévez (2006). Todos los ingredientes se introdujeron en un depósito de acero inoxidable, el cual se colocó en una cocina a 80 ºC, con el fin de prevenir el deterioro de las materias primas y conservar así sus características nutritivas. Se fue moviendo la mezcla hasta su completa homogenización. Con un refractómetro, se comprobó la cantidad de sólidos solubles presente en el almíbar. 3.3.2.5. Inmersión de las nueces en el almíbar Una vez preparado el almíbar, se introdujeron las nueces en el depósito, manteniendo la temperatura a 80ºC. Estas se fueron removiendo lentamente en el almíbar durante 5 minutos, con el fin que toda la superficie de las nueces quedará recubierta por el almíbar. Cuando se cumplieron los 5 minutos. Se apagó el fuego, se tapó el depósito, se dejaron las nueces inmersas en el almíbar y se fueron sacando cada 6 horas, con el fin, de que las nueces quedarán recubiertas de almíbar lo más homogéneamente posible. 3.3.2.6. Secado de las nueces recubiertas. Cumplido el período de inmersión, se escurrieron las nueces con un colador, hasta que no pasará más almíbar por la malla. Luego se dejaron en una rejilla de acero inoxidable, una a una, evitando el contacto entre ellas. La rejilla con las nueces se dejó en una estufa de secado con circulación de aire por 6 horas de acuerdo a lo establecido por Estévez (2006) a distintas temperaturas de secado. 3.3.2.7. Envasado y almacenamiento del producto final El producto final óptimo obtenido, fue envasado en bolsas de polipropileno biorientado metalizado, de 0,3 mm de espesor y sellados herméticamente. Se colocó 50 g de producto en cada bolsa, las cuales se almacenaron a tres temperaturas distintas: 20, 30 y 40 ºC, con el fin de realizar el estudio de vida útil. 22 Figura Nº 4: Diagrama de bloques general del proceso de elaboración de nueces recubiertas. Recepción de la materia prima Selección y Limpieza de la Materia Prima Pesaje de la Materia Prima Preparación del almíbar utilizado para el recubrimiento Inmersión de las Nueces en el almibar Secado de las nueces recubiertas Envasado y almacenamiento del producto 3.3.3. Optimización del proceso de elaboración de nueces recubiertas con miel Una vez establecidas las variables, se desarrolló el diseño experimental mediante un plan factorial 24, utilizando 4 variables en 2 niveles usando 16 corridas experimentales, según la metodología de superficie de respuesta MSR mediante el programa Stat Graphics Plus 4.0, con el fin de obtener el óptimo dentro de una serie de ensayos. Para optimizar el producto se utilizó un panel semientrenado con 12 jueces, los cuales eran consumidores habituales de frutos secos, utilizando un test descriptivo con escala lineal no estructurada de 10 cm (ANEXO1). En la tabla Nº 6 se muestra el diseño experimental plan factorial 24. 23 Tabla Nº6: Diseño Experimental factorial 24 Variables Independientes Pruebas A B C D Pretratamiento % t inmersión nueces Tº secado miel/glucosa (h) Nueces (ºC) 1 1 1 1 1 2 -1 1 1 1 3 1 -1 1 1 4 -1 -1 1 1 5 1 1 -1 1 6 -1 1 -1 1 7 1 -1 -1 1 8 -1 -1 -1 1 9 1 1 1 -1 10 -1 1 1 -1 11 1 -1 1 -1 12 -1 -1 1 -1 13 1 1 -1 -1 14 -1 1 -1 -1 15 1 -1 -1 -1 16 -1 -1 -1 -1 3.3.4. Métodos analíticos para determinar el análisis proximal de las nueces recubiertas optimizadas 3.3.4.1. Determinación del contenido de lípidos totales De acuerdo al método oficial A.O.C.S. Ab 3-49 (1993) se realizó la extracción de aceite mediante el método Bligh and Dyer, para lo cual se ajustó el método a la humedad del producto. En este método se determina la cantidad de materia grasa por extracción con cloroformo, evaporación y determinación gravimétrica del residuo. 24 3.3.4.2. Determinación del contenido de proteínas totales De acuerdo al método oficial A.O.A.C Ab 2-49 (1993), se realizó la determinación del contenido de proteínas mediante el método de Kjeldal, en el cual se digiere la muestra a su composición elemental y el amonio liberado, es cuantificacdo por titulación el cual es convertido a proteína cruda multiplicado por un factor de 5,7. 3.3.4.3. Determinación del contenido de humedad De acuerdo al método oficial A.O.C.S. Ab 2-49 (1993) y a la norma chilena Nch 534 of 85, se determinó el contenido de humedad. Se realizó el secado de las nueces recubiertas molidas en estufa a 105 ºC, hasta peso constante. 3.3.4.4. Determinación del contenido de cenizas De acuerdo al método oficial A.O.C.S. Bc 5-49 (1993), se determinó el contenido de cenizas, calcinando las muestras, en mufla a una temperatura de 550 ºC, previa calcinación con llama directa de un mechero. 3.3.4.5. Determinación del contenido de carbohidratos totales La determinación de carbohidratos totales, se realizó por diferencia de peso, una vez calculado todos los componentes de las nueces recubiertas, de acuerdo al método propuesto en la Guía de Análisis de Alimentos de la Universidad de Chile (Masson, 2006). 3.3.5. Análisis microbiológicos Los análisis microbiológicos exigidos por el reglamento sanitario de los alimentos para productos de confitería, son el recuento de hongos y levaduras (RSA, 2003). Estos se realizaron en un laboratorio externo, de acuerdo al método ISO 7954:1987. 3.3.6. Análisis sensorial 3.3.6.1. Test de aceptabilidad con consumidores Se midió la aceptabilidad del producto optimizado con 50 consumidores, los cuales debían cumplir como requisito que consumieran frutos secos al menos una vez a la semana. Para realizar el test se utilizó una escala hedónica de 1 a 9 (ANEXO 2). 25 3.3.6.2. Test de diferencias contra control Durante el almacenamiento se utilizó un test de diferencias contra control con 8 jueces entrenados, para evaluar diferencias significativas entre los atributos sensoriales: aroma, brillo, pegajosidad, sabor, dulzor y rancidez (ANEXO 3). El control correspondía a una muestra recién preparada, la cual fue comparada, con muestras almacenadas a tres temperaturas: 20 ºC, 30ºC y 40ºC. Este test se realizó al inicio del estudio de vida útil, en la mitad del estudio, y al final del estudio. Este tipo de test se aplica a muestras homogéneas que presenten pequeñas diferencias. El análisis se efectuó planteando las siguientes hipótesis de trabajo: H0 : A = B, las muestras son iguales al control. → H0 = 0. H1 : A ≠ B, las muestras presentan diferencias con el control. → H1 ≠ 0. Siendo H0 “hipótesis nula” y H1 “hipótesis alternativa”. 3.3.7. Análisis de la estabilidad oxidativa mediante la medición del índice de peróxidos a través del tiempo Las nueces recubiertas optimizadas se almacenaron a tres temperaturas: 20 ºC, 30 ºC y 40ºC, en bolsas de polipropileno biorientado metalizado de 0,3 mm, bajo condiciones normales de sellado. La estabilidad oxidativa se determinó mediante el índice de peróxidos de acuerdo al método oficial A.O.C.S. Cd. 8-53 (1993). 3.3.8. Análisis de características Texturales Se analizó las características texturales de las nueces recubiertas mediante una prueba de compresión a temperatura ambiente, la que se efectuó en el Equipo Universal de ensayo de materiales Lloyd Instruments Limited modelo LR5K. El equipo Lloyd, antes de comenzar el estudio se debió estandarizar, para obtener la velocidad de corte necesaria. Se utilizó un cabezal de 5 [kN] equipado con una celda de corte Kramer, con cuchillas de corte a una velocidad de 100 mm/min. Para ello se cubrió toda la celda, con una capa de nueces recubiertas, las cuales fueron cortadas por los cuchillos, registrándose fuerza máxima de corte en Newton y deformación en mm. 26 3.3.9. Determinación de la actividad de agua La actividad de agua se define como la relación entre la presión de vapor del agua contenida en un producto y la presión de vapor del agua de una atmósfera saturada de humedad: aw= p/p0 (Chirife, 1983). En este estudio la aw se determinó mediante el equipo Novasina, a una temperatura de 25 ºC. Este consiste básicamente en un sensor (higrómetro de conductividad) que contiene un material higroscópico, (cloruro de litio), una cámara para la muestra y un potenciómetro. La conductividad del material higroscópico cambia de acuerdo a la humedad relativa de la cámara donde esta contenida la muestra, la cual ha sido previamente molida y homogeneizada. 3.3.10. Determinación del color El color de las nueces recubiertas se determinó mediante el método de Munsell. Este método consiste en un sistema, en el cual, cualquier color dado, se expresa como una combinación de letras y números (H V/C) en términos de su tono o calidad de color (H), valor o luminosidad (V) y chroma o cantidad de color (C) según lo evaluado visualmente mediante los diagramas de colores de Munsell (Vinagre, 2006). 27 IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. Determinación de las variables del proceso Después de realizar los ensayos preliminares, se determinaron los límites de las variables a estudiar para realizar el diseño experimental. Estos límites se muestran en la tabla Nº 7. Tabla Nº7: Límites de las variables significativas del proceso de elaboración de nueces recubiertas. Variable Proporción Miel/glucosa Tiempo Mínimo(-1) Máximo (+1) 70 %/30% 80%/20% 6h 12 h 60ºC 80ºC Sin escaldado Con escaldado de inmersión de las nueces recubiertas en reposo Tº de secado de las nueces recubiertas Pretratamiento 4.2. Optimización del proceso de elaboración de nueces recubiertas 4.2.1. Diseño experimental Para optimizar el proceso de elaboración de nueces recubiertas, se utilizó un diseño factorial 24, basándose en las variables mencionadas anteriormente (Tabla Nº 7), organizadas de acuerdo al diseño experimental señalado en la Tabla Nº 6, y considerando el proceso señalado en la figura Nº 4. Cada formulación fue evaluada por un panel semientrenado de 12 jueces utilizando un test descriptivo con escala lineal no estructurada de 10 cm (ANEXO 1). Como variable respuesta se utilizó el promedio obtenido por los jueces para el atributo la calidad total del producto Los resultados de los experimentos se resumen en la Tabla Nº 8: 28 Tabla Nº 8: Resultados del Diseño Experimental, Plan Factorial 24. Variables Independientes Variable Respuesta Pruebas A B C D R Pretratamiento % t inmersión Tº secado Calidad miel/glucosa nueces (h) nueces (ºC) Total 1 CE 80/20 12 80 6,2 2 SE 80/20 12 80 6,4 3 CE 70/30 12 80 7,6 4 SE 70/30 12 80 4,6 5 CE 80/20 6 80 4,8 6 SE 80/20 6 80 7,2 7 CE 70/30 6 80 7,2 8 SE 70/30 6 80 7,4 9 CE 80/20 12 60 7,2 10 SE 80/20 12 60 8,6 11 CE 70/30 12 60 8,8 12 SE 70/30 12 60 5,2 13 CE 80/20 6 60 5,0 14 SE 80/20 6 60 6,2 15 CE 70/30 6 60 6,6 16 SE 70/30 6 60 7,8 Donde: A = pretratamiento; CE: con escaldado, SE: sin escaldado. B = porcentaje de miel glucosa en el almíbar a 75 ºBrix. C = tiempo de inmersión en horas de las nueces en el almíbar después de aplicado el tratamiento térmico. D = temperatura de secado en ºC de las nueces. R = Calidad total del producto. 29 4.2.1. Análisis estadístico del diseño experimental Los resultados del estudio, fueron tratados estadísticamente mediante el programa Statgraphics Plus 4.0, mediante un análisis de varianza ANOVA, el cual se presenta en la tabla Nº 9 para la variable “calidad total del producto”. Se estableció que las variables: %miel/glucosa, tiempo de inmersión y temperatura de secado son significativas, ya que presentan un p value ≤ 0,05, con un intervalo de confianza del 95%. Tabla Nº 9: Análisis de varianza ANOVA para la calidad total del producto. Variable B: % miel/glucosa C: tiempo de inmersión D: Tº de secado Valor F 93,43 90,04 5,73 Valor P 0,0000 0,0000 0,0356 R2= 94,8004%. R2 ajustado= 92,9097%. Este análisis de varianza indica que el modelo factorial obtenido tiene un buen ajuste ya que el R2 ajustado indica que explica un 92,9% de la variabilidad total del proceso. La calidad total del producto, respecto a las variables señaladas anteriormente se expresa en la siguiente ecuación: Ecuación Nº1: Calidad total = 3,3225 - 0,40875* B + 0,40125*C - 0,10125*D - 0,1425* CD. Donde: B = % miel/glucosa en el almíbar. C = tiempo (h) de inmersión de las nueces en el almíbar. D = temperatura (ºC) de secado de las nueces recubiertas. 30 Figura Nº 5: Gráfico de Pareto para la calidad total del producto. Proporción Miel/Glucosa en el almíbar (%) Tiempo de Inmersión (h) Temperatura de secado (ºC) t inmerisión- Tºsecado 0 2 4 6 8 10 Efectos estandarizados En el gráfico de Pareto presentado en la figura Nº 5, se muestran los efectos de las variables significativas, proporción de miel/glucosa en el almíbar, tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar, temperatura de secado de las nueces recubiertas y la interacción tiempo de inmersión y temperatura de secado. Todos estos efectos fueron significativos ( P ≤ 0,05). Figura Nº 6: Gráfico de superficie de respuesta para la calidad total del producto. 8,8 8 Calidad total 7,2 (puntos) 6,4 5,6 4,8 12 9 70 75 Proporción miel/glucosa en el almibar (%) 80 6 Tiempo de inmersion (h) 31 El gráfico de superficie de respuesta presentado en la figura Nº 6, muestra el efecto del tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar y el porcentaje de miel/glucosa en el almíbar sobre la calidad total del producto en los distintos experimentos del diseño experimental. Se observa que ambos factores afectan la calidad del producto por parte de los jueces, siendo el porcentaje miel/glucosa en el almíbar más influyente sobre la respuesta sensorial. Al aumentar el porcentaje de miel y disminuir el de glucosa en el almíbar, y al disminuir el tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar y disminuye la calidad total del producto. Del mismo modo, al disminuir el porcentaje de miel y aumentar el de glucosa, y al aumentar el tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar, aumenta la calidad total del producto. Tabla Nº 10: Resultados de la optimización mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR) para la calidad total del producto Variable % miel/glucosa Tiempo inmersión (h) Tº secado (ºC) Mínimo (-1) 70/30 6 60 Máximo (1) 80/20 12 80 Óptimo 70/30 12 60 32 4.3. Resultados del proceso de elaboración de nueces recubiertas Las condiciones de proceso una vez realizados los ensayos preliminares y la optimización del producto se muestra a continuación en la figura Nº 7. Figura Nº 7: Diagrama de bloques del proceso de elaboración de nueces recubiertas Recepción de la materia prima (nueces, miel y glucosa) Selección y Limpieza de la materia prima (lavado de nueces con agua clorada) Pesaje de la materia prima (nueces, miel y glucosa) Preparación del almíbar utilizado para el recubrimiento (70% miel, 30% glucosa a 75 ºBrix) Inmersión de las nueces en el almíbar (5 min a 80ºC, reposos 12 h) Secado de las nueces recubiertas (6 h a 60ºC) Envasado y almacenamiento del producto (bolsas BBOPP de 0,3 mm de espesor almacenadas a 20, 30 y 40 ºC) 4.4. Caracterización del producto óptimo 4.4.1. Resultado del análisis proximal aplicado a las nueces recubiertas Las determinaciones analíticas realizadas a las nueces recubiertas, se realizaron mediante métodos descritos anteriormente. Los resultados obtenidos se presentan a continuación en la Tabla Nº 11. 33 Tabla Nº 11: Composición proximal de las nueces recubiertas NUTRIENTES g nutriente/ 100 gramos de producto k calorías 734,23 Proteínas 10,30 ±0,74 Lípidos totales 70,11±0,29 ENN 15,51±0,00 Cenizas 1,41±0,02 Fibra dietaria - Humedad 2,67±0,04 Los resultados obtenidos en el análisis proximal se realizaron en triplicado. Al comparar estos resultados con los establecidos en la literatura (USDA, 2002), se observa que las nueces recubiertas estudiadas, tienen un aporte de calorías, carbohidratos y lípidos mayor que las nueces sin recubrimiento, y un contenido de humedad y proteínas menor que las nueces sin recubrimiento. El mayor contenido de lípidos y el menor contenido de proteínas se debe probablemente a que las nueces varían de un cultivo a otro y entre distintas cosechas. El mayor contenido de carbohidratos en las nueces recubiertas se debe probablemente a que la película de recubrimiento esta constituida casi en su totalidad por carbohidratos. Por otra parte el menor contenido de humedad en el producto, comparado con las nueces sin recubrimiento, se debe probablemente a que las nueces recubiertas durante el proceso son secadas en estufa. El contenido de cenizas es similar al de las nueces sin recubrimiento. No se pudo determinar experimentalmente el contenido de fibra dietaria, debido a que no se contaba con el kit enzimático requerido para la determinación. . 34 4.4.2. Resultados del análisis microbiológico aplicado a las nueces recubiertas. Los análisis microbiológicos se aplicaron al producto terminado y se realizaron en el laboratorio Analab. Los resultados se muestran a continuación en la tabla Nº 12: Tabla Nº 12: Análisis microbiológico realizado a las nueces recubiertas ANÁLISIS RESULTADOS Recuento de hongos < 10 UFC/g Recuento de levaduras <10UFC/g Donde: UFC/g = unidad formadora de colonia por gramo. <10UFC = no hubo desarrollo en la dilución 1:10. Los resultados de los análisis microbiológicos obtenidos muestran que las nueces recubiertas son un producto alimenticio seguro para el consumo, ya que los resultados obtenidos están muy por debajo de los límites establecidos por el Reglamento Sanitario de los Alimentos. 4.4.3. Perfil descriptivo sensorial Una vez obtenido el producto óptimo, se aplicó un test descriptivo a las nueces recubiertas con 12 jueces semientrenados mediante una escala lineal no estructurada de 10 cm, (0= ausencia o intensidad mínima del descriptor y 10 = intensidad máxima del descriptor). Se evaluaron los siguientes atributos: aroma, brillo, crujencia, apariencia general, intensidad de sabor y calidad total. Los resultados del análisis se muestran en la figura N º8 35 Figura Nº 8: Perfil descriptivo de las nueces recubiertas oprtimizadas. Perfil descriptivo Aroma Calidad Total 8.8 Sabor 10 7.6 8 6 4 2 0 6.4 7.9 7.3 Brillo Crujencia 9.4 Apariencia En la figura Nº 8 se observa que todos los atributos evaluados tuvieron un alto puntaje sensorial en base a la escala lineal no estructurada. El atributo mejor evaluado fue la apariencia general del producto con un puntaje sensorial de 9,4. Este atributo considera todo lo que visualmente se percibe del alimento, como es el tamaño, el color, la uniformidad y la presencia de defectos. Su importancia radica en que es la primera impresión que el consumidor tiene del producto (Guerrero, 2000). 4.4.4. Test de aceptabilidad con consumidores Las nueces recubiertas optimizadas, se evaluaron antes de comenzar el estudio de vida útil mediante un test de aceptabilidad para saber si el producto es rechazado o aceptado por los consumidores. Para ello, se utilizaron 50 consumidores mediante una escala Hedónica de 9 puntos (ANEXO2). Los atributos evaluados fueron: color, brillo, aroma, textura y sabor. Los resultados obtenidos se muestran a continuación: (Figura Nº 9). 36 Figura Nº 10: Resultados del test de aceptabilidad con consumidores aplicado a las nueces recubiertas TEST DE ACEPTABILIDAD APLICADO A LAS NUECES RECUBIERTAS Promedio de Aceptabilidad 9.00 8.00 7.00 7,3 7,6 7,3 7,2 7.7 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 Color Brillo Aroma Textura Sabor Los jueces no entrenados evalúan con distintos valores ciertos atributos de acuerdo al grado de conocimiento de estos o a su gusto personal. Por esta razón para realizar este tipo de análisis de aceptabilidad con consumidores se requiere un número elevado de personas, para que los resultados sean representativos. Lo ideal es que éstos sean consumidores habituales de productos de confitería (Valdivieso, 2003). En este estudio los consumidores debían cumplir como requisito, que consumieran frutos secos al menos una vez a la semana. En la figura Nº 9 se observa que las nueces recubiertas tuvieron una buena aceptación por parte de los consumidores, ya que en todos los atributos medidos, la mayoría de las respuestas se ubicó entre los niveles me gusta (7) y me gusta extremadamente (9). 4.4.4.1. Color El color es una característica fundamental para la aceptabilidad de un producto, ya que debe cumplir con las expectativas del consumidor. Normalmente la primera impresión que se tiene acerca de un alimento es de origen visual y en gran parte, la voluntad de aceptar o rechazar un alimento depende de su color (Hurtado, 2000). 37 Según Costell (1988), el color constituye un parámetro de calidad, ya que el consumidor espera un color determinado para cada alimento, cualquier desviación de este color puede producir disminución en la demanda, además es importante para la sensación gustativa y olfativa. En este estudio, el color de las muestras en general, fue bastante parejo. En la figura Nº 10 se muestra que este atributo tuvo un promedio de aceptabilidad por parte de los consumidores de 7,3, lo que indica que se encuentra entre los niveles “me gusta” y me gusta mucho”, de la escala hedónica. 4.4.4.2. Brillo El brillo del producto es un parámetro que se relaciona directamente con la película de recubrimiento. En el caso de las nueces recubiertas, se diseñó un recubrimiento que fuera brillante, proporcionado por la presencia de glucosa, ya que este parámetro otorga un efecto positivo sobre el producto, aumentando su aceptabilidad por parte de los consumidores. En la figura Nº 9 se muestra que este atributo tuvo un promedio de aceptabilidad de 7,6, lo que indica que este atributo se encuentra entre los niveles “me gusta” y me gusta mucho”, de la escala hedónica. 4.4.4.3. Aroma El aroma es la fragancia del alimento que permite la estimulación del sentido del olfato (Guerrero et al, 2000). En el caso de las nueces recubiertas, el aroma del producto, correspondía principalmente a los compuestos aromáticos de la miel. En la figura Nº 10 se muestra que este atributo tuvo un promedio de aceptabilidad por parte de los consumidores de 7,3, lo que indica que este atributo se encuentra entre los niveles “me gusta” y me gusta mucho”, de la escala hedónica. 4.4.4.4. Textura La percepción de la textura depende principalmente de la deformación del alimento al aplicarle presión y/o determinadas propiedades estructurales estimadas por el tacto o por la vista, en algunos casos. Sin embargo, la mejor valoración de la textura será por medio de las sensaciones experimentadas en la boca (Guerrero, 2000). En la figura Nº 9 se muestra que este atributo tuvo un promedio de aceptabilidad por parte de los consumidores de 7,2, lo que indica que se encuentra entre los niveles “me gusta” y me gusta mucho”, de la escala hedónica. 38 4.4.4.5. Sabor El sabor se define como una propiedad determinada de una sustancia que se percibe a través de una combinación de sensaciones olfativas, gustativas, táctiles y de movimiento que permiten al consumidor identificar un alimento y formarse un criterio favorable o desfavorable (Guerrero, 2000). En la figura Nº 9 se muestra que este atributo tuvo un promedio de aceptabilidad por parte de los consumidores de 7,1, lo que indica que se encuentra entre los niveles “me gusta” y me gusta mucho”, de la escala hedónica. 4.5. Material de envase De acuerdo a lo señalado en los antecedentes generales sobre material de envase, se eligió un film de polipropileno biorientado metalizado termosellable, de 0,3 mm de espesor, debido a que este material es apto para todo tipo de alimentos de confitería, como es el caso de las nueces recubiertas. Las especificaciones técnicas del envase e muestran en el ANEXO 5. 4.6. Estudio de deterioro del producto en el tiempo 4.6.1. Cinética de oxidación de lípidos Para establecer la cinética de oxidación de lípidos se estudió el índice de peróxidos de las nueces recubiertas, las cuales estaban envasadas herméticamente en bolsas termosellables de polipropileno biorientado metalizado de 0,3 mm de espesor. El estudio se realizó a 3 temperaturas de almacenamiento (20ºC, 30ºC y 40ºC) a través del tiempo. Cada medición se realizó en duplicado. En la tabla Nº 13 se ve la evolución del índice de peróxidos a lo largo del tiempo a las 3 temperaturas señaladas anteriormente. 39 Tabla Nº13: Evolución del índice de peróxidos en las nueces recubiertas a través del tiempo a 3 temperaturas. Tiempo (días) 0 7 14 28 35 49 63 Índice de peróxido (IP) (meq O2/kg grasa) a 20ºC 0,5 ±0,00 0,5 ±0,09 0,6±0,01 0,6±0,04 0,9±0,04 1,0±0,06 1,3±0,07 Índice de peróxido (IP) (meq O2 /kg grasa) a 30ºC 0,6±0,009 0,6±0,12 0,7±0,07 0,9±0,08 1,1±0,09 1,2±0,10 1,4±0,08 Índice de peróxido (IP) (meq O2 /kg grasa) a 40ºC 0,7±0,08 0,7±0,04 0,8±0,00 0,9±0,02 1,2±0,06 1,4±0,02 1,8±0,06 Se observa en la tabla anterior que todas las mediciones realizadas, presentaron un índice de peróxido bajo, ya que según lo establecido por el Reglamento Sanitario de los Alimentos, los límites de índice de peróxidos establecidos para la comercialización de un producto alimenticio se encuentran entre 2,5 meq O2/ kg grasa y 10 meq O2 /kg grasa, lo que indica que las nueces hasta el día 63 no presentaron un gran deterioro oxidativo. Esto puede deberse a que el recubrimiento comestible le otorgó al producto una protección, debido probablemente a que las cadenas poliméricas se deben haber encontrado estrechamente unidas en forma ordenada, formando una estructura de red de puentes de hidrógeno. De este modo, el uso del recubrimiento comestible podría tener un efecto de control sobre la velocidad de deterioro del producto. Otro factor que puede haber ayudado a evitar el deterioro del producto es el material de envasado, el cual pone una barrera al oxígeno, a la luz, a los gases, a la humedad y además conserva las características sensoriales del producto. Con los resultados obtenidos durante el estudio de cinética de oxidación de lípidos, se puede decir que las nueces recubiertas con miel tienen una vida útil mayor a 2 meses. Para estimar el tiempo exacto, se debería continuar el estudio de cinética de oxidación de lípidos en el tiempo Se observa que a mayor temperatura de almacenamiento, el índice de peróxido es más alto, lo que implica que a mayor temperatura, la cinética de deterioro aumenta. La tabla Nº 12 es graficada con el fin de obtener la cinética de oxidación de lípidos. (Figura Nº 10). 40 Figura Nº 10: Gráfico del índice de peróxidos de las nueces recubiertas a 3 I.P. (meq O2/kg grasa) temperaturas durante 63 días. 10 8 20ºC 6 30ºC 4 40ºC 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tiempo (días) Muchos de los procesos desarrollados en los alimentos pueden asimilarse a cinéticas de reacción de primer orden, con la excepción principalmente de algunas de las reacciones de pardeamiento no enzimático, la inhibición del enranciamiento y los procesos de pérdida de calidad desarrollados en los alimentos congelados (Labuza, 2005). Estos modelos moleculares, establecen que las reacciones ocurren a través de mecanismos en cadenas controladas por la formación de radicales libres con tres estados: iniciación, propagación y terminación. En la etapa de iniciación las reacciones mono y bimoleculares serían las responsables de los cambios oxidativos a través de la descomposición de los hiperperóxidos. Al comienzo de la etapa de iniciación la baja concentración de peróxidos favorece una reacción monomolecular, mientras que cuando la concentración de peróxidos alcanza un valor crítico la reacción que predomina es de tipo bimolecular (Labuza, 1982). En el gráfico presentado anteriormente (Figura Nº 10), se observa que las curvas se ajustan a una ecuación lineal (monomolecular). Esto puede deberse a que el tratamiento térmico no generó suficientes radicales libres necesarios para iniciar la fase bimolecular. 41 La ecuación que describe el modelo de primer orden se muestra a continuación: Ecuación Nº2: Reacción de primer orden ln (IP/IP0) = -kt, donde: IP=: índice de peróxido a tiempo t. IP0 = índice de peróxido inicial. k = constante cinética. Tabla Nº 14: Parámetros cinéticos Temperatura (ºC) k (día-1) R2 20 0,0134 0,923 30 0,0148 0,975 40 0,0157 0,985 En la Tabla Nº 14, se observa que la constante cinética es directamente proporcional a la temperatura. Esto coincide con lo descrito por Labuza (2005), que indica que la rapidez de las reacciones químicas aumenta conforme se eleva la temperatura. De este análisis se puede decir, que el producto en estudio tendrá una cinética de deterioro menor cuando se almacene a una temperatura más baja. Los valores obtenidos de las constantes cinéticas, para las diferentes temperaturas de almacenamiento, se grafican en la Figura Nº 11 para obtener la energía de activación, según la ecuación de Arrhenius: Ecuación Nº3: Ecuación de Arrhenius: ln k = ln A – Ea . 1 R T , Donde: Ea= energía de activación (cal/mol). R = constante universal de los gases. T = temperatura absoluta en ºK. 42 ln K( día-1) Figura Nº 11: Relación entre la constante cinética k y la temperatura. -4,1 0,00315 0,0032 0,00325 0,0033 0,00335 0,0034 0,00345 -4,15 -4,2 -4,25 y = -730,9x - 1,814 2 R = 0,9827 -4,3 -4,35 1/T (ºK) Se observa en la figura Nº 8 que las nueces recubiertas siguen una cinética de deterioro de primer orden con un R2 de 0,9827. A partir de la pendiente de la recta, se obtuvo una energía de activación (Ea) de 1453,08 cal/mol. Para obtener una representación gráfica de alta exactitud se necesitan conocer las constantes de velocidad a más de 3 temperaturas. Desde el punto de vista estadístico deberían utilizarse al menos seis temperaturas diferentes, pero debido al costo del análisis y a la dificultad de disponer de estufas a seis temperaturas distintas, es corriente usar menor número de temperaturas (Labuza, 1982). Este modelo fue adecuado, para el periodo de tiempo estudiado. Sin embargo, no se puede predecir que pasará con el producto en periodos largos de almacenamiento, ya que se podrían producir reacciones bimoleculares, que cambiarían la cinética de deterioro del producto. Con la energía de activación calculada, se puede predecir el número de veces que cambia la velocidad de reacción por cada 10ºC de aumento de temperatura mediante el Q10, lo que equivale a un cambio en la vida útil del alimento cuando se incrementa en 10 ºC su temperatura de almacenamiento. (Savage, 1999). El Q10 se presenta en la siguiente ecuación y los resultados se muestran en la Tabla Nº 15: Ecuación Nº 4: Ea . 10 R T1T2 Q10 = e 43 Tabla Nº 15: Predicción del Q10 para el valor del índice de peróxido de las nueces recubiertas durante el almacenamiento. Ea (cal/mol) Q10 20-30 ºC Q10 30-40 ºC 1453,08 1,04 1,02 Según Labuza (2005), el Q10 esperado para la oxidación de lípidos están en un intervalo de 1,5 a 4. Los resultados de Q10 obtenidos, son más bajos que los establecidos por Labuza, debido probablemente a que la energía de activación encontrada es más baja que la establecida por la literatura para este tipo de lípidos. Con el valor de Q10 obtenido, se puede decir, que la velocidad de deterioro de lípidos en las nueces recubiertas se modifica una vez cuando se varía la temperatura de almacenamiento en 10ºC para los intervalos 20-30ºC y 30-40ºC. 4.6.2. Análisis texturales aplicados a las nueces recubiertas Haciendo uso del equipo Lloyd se determinó la textura como la fuerza máxima a ejercer por superficie de producto (N/cm 2) para comprimir y extrusionar las nueces recubiertas. Esta prueba experimental se suele utilizar para analizar la textura en alimentos deshidratados (Seow et al, 1995). Los resultados de estos análisis se realizaron en duplicado y se muestran a continuación en la Tabla Nº 16: Tabla Nº 16: Variación de la textura de las nueces recubiertas durante el almacenamiento a 3 temperaturas. F máx (N) a F máx (N) a F máx (N) a Tiempo (días) 20ºC 30ºC 40ºC 0 1247 ± 72 1099±77 1449±113 7 1319 ±159 1148±101 1583±15 14 1604 ±130,5 1640±54 1578±93 28 1648±41 1434±85 1354±294 35 1711±25 1904±72 1494±79 49 1776±95 1735±72 1698±87 63 1697±120 1798±112 1588±125 De estos valores se observa que en las tres temperaturas de almacenamiento hubo variaciones de la textura. 44 Estos resultados son graficados, para ver si existe una ecuación que se ajuste con los datos obtenidos. (Figura Nº 7). Fuerza máx (kN) Figura Nº 12: Variación de la textura de las nueces recubiertas durante el almacenamiento a 3 temperaturas. 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 20ºC 30ºC 40ºC 0 10 20 30 40 50 60 70 Tiempo (días) En el gráfico se observa, que la fuerza necesaria para comprimir y extrusionar el producto tiene un comportamiento variable que no permite realizar un ajuste de ecuación, debido a que el producto presenta una gran variabilidad entre unidades. Sin embargo, es posible observar que la fuerza máxima va aumentando en el tiempo a las 3 temperaturas estudiadas, pero tiende a estabilizarse. 45 4.6.3. Actividad de agua Se midió la actividad de agua aw de las nueces recubiertas al inicio del estudio de vida útil y al final del estudio. Las pruebas se realizaron en duplicado. Los resultados obtenidos se muestran a continuación en la Tabla Nº 17: Tabla Nº17: Resultado de la actividad de agua aw. Tiempo aw. tiempo inicial (0 días) 0,455 ± 0,001 Tiempo final (63 días) 0,455 ± 0,0005 La actividad de agua esta directamente relacionada con la humedad del producto. En este caso las nueces recubiertas presentaron una humedad de 2,7% y valores de aw inferiores a 0,5, lo que indica que en el producto no puede haber proliferación microbiológica (ANEXO 4). Los valores mínimos de aw para diferentes microorganismos son los siguientes: bacterias aw >0,9, levaduras aw>0,85, hongos filamentosos aw > 0,80 (Chirife, 1983). 4.6.4. Análisis de Color aplicado a las nueces recubiertas El color de las nueces recubiertas no sufrió modificaciones durante todo el estudio, debido probablemente a los factores explicados anteriormente (características de la película del recubrimiento, producto estable desde el punto de vista de deterioro oxidativo y barrera que otorga el material de envase). Los resultados del análisis de color aplicado al producto mediante el método de Munsell a tiempo cero, se muestran a continuación en la tabla Nº 18: Tabla Nº18: Color de la materia prima, almíbar y producto final. Producto Nuez sin recubrimiento Almíbar Nuez recubierta Color (H V/C) 10 YR 6/8 7,5 YR 4/6 7,5 YR 5/6 46 Donde: H = calidad de color, el cual indica el tono. C = cantidad de color o crhoma, el cual indica la pureza. V = valor del color, el cual indica la luminosidad. 4.6.5. Resultados del test de diferencias contra control Se aplicó un test de diferencias contra control con 8 jueces entrenados, para ver si existían diferencias estadísticamente significativas entre el control (muestra recién preparada) y muestras almacenadas en el tiempo a 3 temperaturas de almacenamiento (20, 30 y 40ºC). Los resultados del análisis se muestran a continuación en la Tabla Nº 19: Tabla Nº 19: Resumen del test de diferencias aplicado a las nueces recubiertas, para un intervalo de confianza del 95 %. Temp. Tiempo Aroma Brillo Pegajosidad Sabor Dulzor Rancidez ºC (semanas) 20 1 NO NO NO NO NO NO 20 4 NO SI NO SI NO NO 20 8 NO NO SI SI NO NO 30 1 NO NO NO NO NO NO 30 4 SI SI SI NO NO NO 30 8 SI NO SI SI SI NO 40 1 NO NO NO SI NO NO 40 4 NO NO SI SI NO NO 40 8 SI NO SI SI SI NO Donde: SI = existen diferencias estadísticamente significativas entre el control y la muestra evaluada. (P value < 0,05). NO = no existen diferencias estadísticamente significativas entre el control y la muestra evaluada. (P value > 0,05). 47 En la Tabla Nº 19 se observa que en la primera semana de almacenamiento a 20 y 30 ºC no existen diferencias significativas en ninguno de los atributos analizados. Sin embargo, a 40 ºC, existen diferencias significativas para el atributo sabor. En la mitad del estudio, es decir, en la semana Nº 4, a 20 ºC hubo diferencias significativas en los atributos brillo y sabor, a 30 ºC hubo diferencias significativas en los atributos aroma, brillo y pegajosidad y a 40 ºC hubo diferencias significativas en los atributo pegajosidad y sabor. Finalmente al final del estudio, es decir en la semana Nº 8, a 20 ºC hubo diferencias significativas en los atributos sabor y pegajosidad, a 30 y 40 ºC hubo diferencias significativas en los atributos aroma, sabor, pegajosidad y dulzor. De este análisis se puede decir que los atributos que presentaron mayores diferencias significativas fueron la pegajosidad y el sabor. Además, el único atributo que no presentó diferencias significativas durante el almacenamiento a ninguna temperatura analizada fue la rancidez. Esto es congruente, ya que los análisis de estabilidad oxidativa arrojaron valores de índice de peróxidos bajo los límites establecidos por el Reglamento Sanitario de los Alimentos. 48 V. CONCLUSIONES • Fue posible desarrollar un recubrimiento comestible a base de miel y glucosa, el cual se aplicó sobre las semillas de nueces en mitades, obteniendo una buena respuesta sensorial. • En la optimización del producto obtenido, la variable respuesta calidad total, depende estadísticamente de las variables % miel/glucosa en el almíbar, tiempo de inmersión de las nueces en el almíbar en reposo, temperatura de secado de las nueces recubiertas y la interacción entre el tiempo de inmersión y la temperatura de secado. • El diseño experimental tuvo como resultado de la optimización lo siguiente: 70% de miel y 30% de glucosa en el almíbar a 75 ºBrix, un tiempo de 12 horas de inmersión de las nueces en el almíbar en reposo una vez aplicado el tratamiento térmico, el cual fue 5 minutos de inmersión a 80 ºC y una temperatura de secado de 60 ºC durante 6 horas. • Los análisis proximales de las nueces recubiertas, permitieron concluir que el producto es altamente nutritivo con un aporte energético de 734,2 kcal por cada 100 g de producto, con un nivel elevado de lípidos (70,11%), la mayoría de carácter insaturado y alto contenido de proteínas (10,3 %), lo que lo hace un producto con propiedades beneficiosas para la salud. • Por contener un bajo contenido de humedad (2,7%) y actividad de agua (0,455), se concluye que este producto es seguro desde el punto de vista microbiológico. • De acuerdo a los análisis realizados al producto óptimo durante el estudio de estabilidad oxidativa, se concluye que el producto tiene una vida útil mayor a 2 meses, debido a que el índice de peróxidos arrojó resultados bajos, menores a los establecidos por el Reglamento Sanitario de los alimentos, en todos los análisis realizados. • La cinética de deterioro para el producto es de primer orden, lo que concuerda con la literatura citada. • Al variar la temperatura de almacenamiento de las nueces recubiertas en 10 ºC, es decir, de 20 a 30ºC y de 30 a 40ºC, la velocidad de deterioro de los lípidos presentes en ésta aumenta una vez. • El análisis sensorial de aceptabilidad aplicado a las nueces recubiertas determinó que el producto tuvo una alta aceptación por parte de los 50 consumidores en todos los atributos medidos: color, aroma, brillo, textura y sabor. • El análisis de diferencias contra control aplicado a las nueces con un panel entrenado, indicó que en el tiempo la pegajosidad y la intensidad de sabor aumentan. Se concluye además que la rancidez no varía en el tiempo, lo que reafirma el hecho de que este producto es muy estable desde el punto de vista de estabilidad oxidativa de lípidos. 50 BIBLIOGRAFÍA • AGROECONÓMICO (2006) “Nueces Chilenas, Un Negocio Rentable y con Gran Potencial”, 92 (4): 23-27. • Aldunce (1994) “Efecto de la Temperatura de Almacenamiento sobre la calidad de tres cultivares de nueces”, Tésis Ingeniero Agrónomo, Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, Universidad de Chile, Santiago, Chile. • Amaral (2003) “Determination of Sterol and Fatty Acid Compositions, Oxidative Stability and nutricional Value of Six Walnuts (Juglans Regia) Cultivars Grown in Portugal”, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51 (3) 7698-77702. • A.O.A.C. (1993) Official Methods of Analysis Association of Official Analytical Chemists International, 16th Edition, Gaithersburg, USA. • A.O.C.S. 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Instrucciones: Por favor deguste las muestras que se presenta continuación y califíquelas con una línea vertical de acuerdo a las escalas adjuntas según la intensidad de cada atributo sensorial. Aroma No característico Característico Brillo: opaco brillante Crujencia: Nada crujiente crujiente Apariencia General Muy mala muy buena Sabor Sin sabor excesivo Calidad total Muy mala muy buena MUCHAS GRACIAS!! 56 ANEXO 2 TEST DE ACEPTABILIDAD CON ESCALA HEDÓNICA NUECES RECUBIERTAS CON MIEL Nombre:........................................... Fecha:.......................................... Instrucciones: Por favor deguste la muestra que se presenta a continuación y marque con una X el lugar que mejor identifica su nivel de agrado o desagrado. Reacción Color Aroma Brillo Textura Sabor 1. Me disgusta extremadamente 2. Me disgusta mucho 3. Me disgusta 4. Me disgusta levemente 5. No me gusta ni me disgusta 6. Me gusta levemente 7. Me gusta 8. Me gusta mucho 9. Me gusta extremadamente MUCHAS GRACIAS!! 57 ANEXO 3 TEST DE DIFERENCIAS CONTRA CONTROL NUECES RECUBIERTAS CON MIEL Nombre:............................................................ Fecha:............................................... Instrucciones: • Evalúe el control primero y antes de cada muestra codificada. • Para cada muestra, califique GRADO Y DIRECCIÓN de diferencia con el control en cada atributo. • Alguna(s) de la(s) muestra(s) pueden ser similar(es) al control. MUESTRA…………..CON RESPECTO AL CONTROL: AROMA: -5 -4 Mucho menos BRILLO: -5 -4 Mucho menos intenso -3 -2 Algo menos -1 -3 -2 Algo menos intenso -1 0 Igual al control -2 Algo menos intenso -1 0 Igual al control PEGAJOSIDAD: -5 -4 -3 Mucho menos intenso 0 Igual al control +1 +2 Algo más +3 +4 +5 Mucho más +1 +2 Algo más intenso +3 +4 +5 Mucho más intenso +1 +2 Algo más intenso +3 +4 +5 Mucho más intenso 58 Ahora por favor pruebe el control y luego la muestra y evalúe los siguientes atributos: Intensidad de SABOR: -5 -4 -3 -2 Mucho Algo menos menos intenso intenso DULZOR: -5 -4 -3 -2 Mucho Algo menos menos ácido acido RANCIDEZ -5 -4 Mucho menos intenso -3 -2 Algo menos intenso -1 0 Igual al control -1 0 Igual al control -1 0 Igual al control +1 +1 +1 +2 Algo más intenso +3 +4 +5 Mucho más intenso +2 Algo más ácido +3 +4 +5 Mucho más ácido +2 Algo más intenso +3 +4 +5 Mucho más intenso MUCHAS GRACIAS!! 59 ANEXO 4 60 ANEXO 5 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MATERIAL DE ENVASE 61