MOMENTOS DE Universidad de la AMAZONIA Momentos de Ciencia 9:(2), 2012 CIENCIA Propiedades reológicas y calidad de la composición de pulpas de Theobroma grandiflorum (Copoazú) y Theobroma bicolor (Maraco) Sánchez-Tovar Vladimir * Estudiante Maestría en Ciencias Biológicas. Universidad de la Amazonia Recibido 10 de octubre de 2012; Aceptado 13 de diciembre 2012 Resumen El Copoazú (Theobroma grandiflorum) y el Maraco (Theobroma bicolor) son frutos típicos de la amazonia y la orinoquía. Las semillas de estos cacaos son susceptibles de ser transformadas a chocolate, de igual manera la pulpa puede ser almacenada bajo congelación o refrigeración, lo cual permite su utilización posterior, bien sea para comercialización o para la elaboración de otros productos derivados de este fruto. El comportamiento reológico y propiedades fisicoquímicas (pH, °Brix, pectina, sólidos insolubles) de pulpas de Copoazú (Theobroma grandiflorum) y Maraco (Theobroma bicolor) almacenadas durante tres meses a diferentes temperaturas (-8, -12 y -20 ºC) fue evaluado. Los parámetros reológicos se obtuvieron mediante la utilización de un viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos Basic Plus de Fungilab. Los datos de esfuerzo cortante vs. gradiente de deformación fueron ajustados al modelo de ley de potencia (Ostwald de Waele), obteniendo un comportamiento de flujo de tipo seudoplástico (R2 > 0.90). Palabras claves: Copoazú (Theobroma grandiflorum), Maraco (Theobroma bicolor), Almacenamiento, comportamiento reológico, pulpa. Abstract Copoazú (Theobroma grandiflorum) and maraco (Theobroma bicolor) are typical fruits of the Amazon and Orinoco. The seeds of these cocoas are likely to be transformed into chocolate, just as the pulp can be stored under freezing or refrigeration, allowing its subsequent use, whether for marketing or for the manufacture of other products derived from this fruit. The rheological behavior of slurries Copoazú (Theobroma grandiflorum) and Maraco (Theobroma bicolor) stored for three months at different temperatures (-8, -12 and -20 ° C) was evaluated using a concentric cylinder viscometer Basic Plus of Fungilab. Data vs shear deformation gradient were adjusted to the power law model (Ostwald de Waele), obtaining a flow behavior of pseudoplastic type (R2 > 0.90). Key Words: Copoazú (Theobroma grandiflorum), Maraco (Theobroma bicolor), Storage, rheological behavior Introducción En los diferentes países que componen la región amazónica existen identificadas más de 200 especies promisorias (Cárdenas & Camacho 2000). Además, la demanda de productos nativos y exóticos es cada vez mayor, en especial para los productos alimenticios, creando la necesidad de una mejor comprensión de su procesamiento y las propiedades físicas y químicas de los mismos. Adicionalmente, la comercialización de la fruta juega un papel importante en la vida social y las perspectivas de empleo en los países en desarrollo cómo Colombia. Entre estas especies identificadas cómo promisorias, el género Theobroma es uno de los más antiguos y con mayor potencial para su uso local, regional y mundial. El Conocimiento de las propiedades reológicas de las pulpas de los frutos es importante para la estimación de su calidad, la comprensión de la textura, la correlación con la evaluación sensorial, la ingeniería de procesos, específicamente en la escogencia de la bomba para el sistema de transporte, el diseño de equipos requeridos para su transformación (intercambiadores de calor y evaporadores) y requisitos de mezcla (BarbosaCanovas; Kokini; Ma & Ibarz 1996). Muchos de los alimentos fluidos no presentan el comportamiento reológico simple Newtoniano, es decir que sus viscosidades son independientes del gradiente de deformación y de la velocidad de corte o de cizallamiento. Para la comprensión del comportamiento de este tipo de fluidos, se hace necesario la utilización de modelos matemáticos más complejos. Uno de estos modelos reológicos *Autor para Correspondencia: [email protected] 176 Sánchez-Tovar / Momentos de Ciencia 9(2) 2012, pp: 176 -181 de mayor uso es el de Ostwald-de-Waele o también denominado de ley de potencia (Ec. 1), ya que encaja bien con los datos experimentales (Branco & Gasparetto 2003): (1) τ=K*γn Donde τ es el esfuerzo cortante (Pa), γ es el gradiente de deformación (s-1), K es el índice de consistencia y n es el índice de flujo (ambos índices adimensionales). La viscosidad aparente de las pulpas se calculó para cada pareja de valores de gradiente de deformación y esfuerzo cortante, mediante la ecuación (2), según la cual: (2) ŋ= τ/γ En donde es la viscosidad aparente (Pa.s), es el esfuerzo cortante (Pa) y gradiente de deformación (s-1). En este trabajo se evaluó el comportamiento reológico y las propiedades fisicoquímicas (pH, °Brix, pectina, Sólidos insolubles) de pulpas de Copoazú (Theobroma grandiflorum) y Maraco (Theobroma bicolor) almacenadas durante tres meses a diferentes temperaturas (-8, -12 y -20 ºC). Metodología Preparación de las muestras Se obtuvieron los frutos de Copoazú del centro de investigaciones Macagual y los de Maraco en la granja productiva Maguaré, ambos sitios ubicados cerca al municipio de Florencia Caquetá, se seleccionaron los frutos que se encontraban con igual grado de maduración (recién caídos al suelo), los frutos se lavaron y se desinfectaron con solución de hipoclorito de sodio (100 ppm de Cl), posteriormente se abrieron y se extrajo de ellos la pulpa mediante el corte con tijeras limpias. Este procedimiento se realizó hasta obtener 15 kg de pulpa tanto de Maraco cómo de Copoazú, posteriormente se empacaron en bolsas de polietileno con sello hermético de un kilogramo de capacidad, se separaron en lotes de cinco kilogramos, se rotularon y se sometieron al proceso de congelación rápida a las temperaturas 8, -12 y -20 ºC, para las dos primeras temperaturas se emplearon neveras caseras con regulación de temperatura, para la tercera se empleó una nevera de tipo industrial, estas temperaturas se verificaron mediante el uso de un termómetro de mercurio previamente calibrado. Determinación de parámetros fisicoquímicos Se realizaron las siguientes pruebas para las pulpas de Copoazú y Maraco antes y después de su almacenamiento: pH: La determinación del pH se llevó por el método potenciométrico, utilizando un pH-metro Schott CG 824. Pectina: El contenido de pectina fue determinado según el Método de Ruck, descrito por Bernal (1994). Sólidos insolubles: El contenido de sólidos insolubles fue determinado según el método A.O.A.C. descrito por Fischer (1971). Contenido de sólidos solubles (ºBrix): La determinación de los sólidos solubles (ºBrix) fue realizada con un refractómetro manual marca Atago HSR500 con escala de medición entre 0 y 90 ºBrix. Ensayos reológicos Los ensayos fueron llevados a cabo utilizando un viscosímetro rotacional Basic Plus de Fungilab. Los parámetros reológicos de las pulpas en estudio se midieron a 21oC antes y después de ser sometidas al proceso de congelamiento. Durante los tiempos de almacenamiento estas debieron ser descongeladas y homogeneizadas cuidadosamente para su medición. Los ensayos reológicos se realizaron para cada muestra en corridas ascendentes y descendentes de gradiente de deformación, obteniendo datos de velocidad angular (0,3 a 100 rpm) vs. viscosidad aparente (cp) con torques entre el 15% y 100%. Análisis estadístico El análisis de los datos obtenidos fue realizado con el programa Statgraphics 5.1 para Windows . El análisis de varianza ANOVA fue aplicado según un diseño factorial completamente al azar, tomando cómo fuentes de variación tiempo y temperatura de almacenamiento, de esta se pudo determinar la existencia de diferencias significativas entre los resultados (Box 1989; Koehler 1999). Resultados Análisis fisicoquímicos 177 Sánchez-Tovar / Momentos de Ciencia 9(2) 2012, pp: 176 -181 respectivamente, durante el periodo de estudio para las tres temperaturas de almacenamiento (Figura 1 a la 4). Pulpa maraco Se encontró que para las tres temperaturas y los tres tiempos de almacenamiento, los sólidos insolubles presentaron un comportamiento similar al de las pulpas de copoazú (tendencia a disminuir durante el tiempo de estudio) con respecto a su valor inicial (Figura 5). Lós sólidos solubles decrecieron en todo el tiempo establecido en este estudio, excepto para la temperatura de almacenamiento de -20 ºC que presentó un incremento cercano al 4% con respecto al valor inicial en el tercer mes de almacenamiento (Figura 6). 14 1,46 1,44 Sólidos solubles (° Brix) Sólidos insolubles (%) Pulpa de Copoazú Se encontró que para las tres temperaturas y los tres tiempos de almacenamiento, los sólidos insolubles (Figura 1), presentaron una tendencia a disminuir durante el tiempo de estudio, excepto para el almacenamiento a -20 ºC que durante el primer mes se incrementó ligeramente (2,5 %) con respecto al valor inicial. Lós sólidos solubles (Figura 2) y el contenido de pectina (Figura 3) presentaron poca variación durante las condiciones establecidas para el estudio El Ph de las pulpas decreció cerca a un 10% con respecto al valor inicial, durante el segundo mes de almacenamiento para todas las temperaturas (Figura 4). La variación de los sólidos insolubles, sólidos solubles, contenido de pectina y pH 10 0 -8 -12 -20 1,42 1,40 1,38 1,36 1,34 1,32 Figura 1. Variación de los sólidos insolubles de la pulpa de Copoazú almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 6 4 2 0 -8 -12 - 20 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) Figura 3. Variación del contenido de pectina de la pulpa de Copoazú almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Tiempo de almacenamiento (meses) 3,5 Figura 2. Variación de los sólidos solubles de la pulpa de Copoazú almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. pH Pectina (% Pectato de calcio) 8 0 0 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 0 -8 -12 - 20 12 0 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 0 -8 -12 - 20 0 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) Figura 4. Variación del contenido de pH de la pulpa de Copoazú almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 178 Sánchez-Tovar / Momentos de Ciencia 9(2) 2012, pp: 176 -181 El contenido de pectina después del primer mes de almacenamiento disminuyó para todas las temperaturas (Figura 7). El pH de las pulpas de maraco se incrementó cerca de un 10% con respecto al valor inicial durante el tercer mes de almacenamiento para todas las temperaturas de trabajo (Figura 8). Las Figuras 5 a la 8 presentan la variación de los sólidos insolubles, sólidos solubles, contenido de pectina y pH respectivamente, durante el periodo de estudio para las tres temperaturas de almacenamiento. maraco obedecen al modelo de ley de potencia en los distintos tiempos y temperaturas de almacenamiento. Los reogramas obtenidos (todos con alto grado de correlación R2 > 0,9), indicaron un comportamiento de flujo de tipo seudoplástico como lo muestran los valores de los índices n y K (Figuras 9,10,11y12), que concuerda con lo enunciado para pulpas de frutas por diferentes autores (Pelegrine et al. 2000; Vidal & Gasparetto 2000; Steffe 1996; Barbosa-Cánovas et al.,1993; Ibarz & Lozano 1992; Fito et al., 1983). Para los tres tiempos de almacenamiento, se pudo observar durante los dos primeros meses una tendencia lineal de disminución del índice de flujo en las tres temperaturas de trabajo, después del Determinaciones reológicas Se encontró que las pulpas de Copoazú y de 0 -8 -12 - 20 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4 3,9 7,2 7 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) 0 -8 -12 - 20 4,6 4,4 4,2 pH Pectina (% Pectato de calcio) 7,4 Figura 6. Variación de los sólidos solubles de la pulpa de Maraco almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas 0 -8 -12 - 20 0,4 7,6 0 Figura 5. Variación de los sólidos insolubles de la pulpa de Maraco almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas 0,5 7,8 6,8 0 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) 0,6 0 -8 -12 - 20 8 Sólidos solubles (°Brix) Sólidos insolubles (%) 4,6 0,3 4 3,8 0,2 3,6 0,1 3,4 3,2 0 0 0 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) Figura 7. Variación de los sólidos solubles de la pulpa de Maraco almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 1 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) Figura 8. Variación de los sólidos solubles de la pulpa de Maraco almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 179 Sánchez-Tovar / Momentos de Ciencia 9(2) 2012, pp: 176 -181 Para las pulpas de T. bicolor el efecto de la temperatura de almacenamiento sobre los parámetros reológicos fue el inverso al presentado por las pulpas de T. grandiflorum ( a menor temperatura de almacenamiento, mayores son los valores en los índices de comportamiento del flujo, a mayores tiempos de almacenamiento los índices de consistencia tienden a disminuir de una manera proporcional a su valor inicial. Las pulpas de T. grandiflorum y T. bicolor almacenadas durantes tres meses a diferentes temperaturas (-8, -12 y -20 ºC), presentaron un comportamiento de flujo de tipo seudoplástico, al ajustar los valores de esfuerzo cortante vs. gradiente de deformación al modelo de ley de potencia o de Ostwald de Waele. 1,0 0,8 0,6 0,4 -20 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 1 0 3 1 2 Tiempo de almacenamiento (meses) 2 3 Tiempo de almacenamiento (meses) Figura 9. Variación del índice de flujo de la pulpa de T. grandiflorum almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. Figura 10. Variación del índice de consistencia de la pulpa de T. grandiflorum almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. Tiempo de almacenamiento (meses) 0 -12 -8 0 0,2 Índice de Consistencia (k) 1,4 1,2 0 -8 -12 - 20 Tiempo de almacenamiento (meses) Indice de comportamiento del fluido (n) segundo mes continuó la reducción excepto para la temperatura de -8 °C que presentó un ligero aumento en dicho índice. Su valor siempre fue menor de uno (n< 1) excepto para los tiempos de almacenamiento dos y tres meses que fue ligeramente mayor a este valor. El índice de consistencia tuvo una tendencia de disminuir con el tiempo de almacenamiento, excepto para la temperatura de trabajo de -20 °C donde su valor se incrementó permanentemente. Para las pulpas de T. grandiflorum se encontró que a menor temperatura de almacenamiento, menores son los valores en los índices de consistencia y a menor temperatura de almacenamiento mayor son los valores del índice de flujo 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 -8 -12 -20 0 3 1 2 Indice de comportamiento del fluido (n) Figura 11. Variación del índice de flujo de la pulpa de T. bicolor almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 0 -8 -12 - 20 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 3 0 2 Índice de Consistencia (k) Figura 12. Variación del índice de consistencia de la pulpa de T. bicolor almacenada durante tres meses a diferentes temperaturas. 180 Sánchez-Tovar / Momentos de Ciencia 9(2) 2012, pp: 176 -181 Los índices de comportamiento de flujo y de consistencia en pulpas de T. grandiflorum no dependen de los parámetros fisicoquímicos: pectina y sólidos solubles, puesto que estos parámetros permanecieron casi constantes. Pero si dependen de los sólidos insolubles los cuales aumentaron a temperaturas más bajas y del pH que en general disminuyeron con el tiempo. Bibliografía A.O.A.C. (Association of Oficial Analytical Chemistry). 1984. Official Methods of Analysis. Edited by Sidney Willians. 14 ed. 1141p. Barbosa-Canovas, G. V., Kokini, J. L., Ma, L., & Ibarz, A. 1993. The rheology of semiliquid foods. 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