UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS P02: "OBTENCIÓN DE ALMIDONES/FECULAS A PARTIR DE TUBÉRCULOS Y/O RAICES (YUCA)” Docente: Ing. Samuel Cerro Ruíz Estudiante: 2022-111035 Edward Jeanpier Aroni Vargas Asignatura: Tecnología de alimentos II Semestre: VII TACNA - PERÚ 2025 1 TITULO: “OBTENCIÓN DE ALMIDONES/FECULAS A PARTIR DE TUBÉRCULOS Y/O RAICES (YUCA)” Resumen El presente informe tuvo como finalidad analizar y comparar el proceso de extracción de almidón a partir de dos materias primas: la papa variedad Yungay y la yuca variedad dulce. Se abordaron aspectos clave como el flujo de procesamiento, la determinación de la humedad y el rendimiento del almidón obtenido, así como la comparación de sus propiedades fisicoquímicas y funcionales. Se aplicaron métodos específicos para cada tipo de tubérculo: la papa fue procesada mediante el método húmedo, que involucra trituración, decantación y secado, mientras que la yuca fue sometida al método seco, que incluye secado, molienda y tamizado. Los resultados indicaron que la papa presentó un mayor contenido de humedad (82.03%) y un menor rendimiento de almidón (17.97%), mientras que la yuca mostró menor humedad (65.58%) y un rendimiento significativamente mayor (34.42%). El almidón de yuca demostró tener mejores propiedades funcionales, tales como mayor viscosidad, buena capacidad de hinchamiento y menor temperatura de gelatinización, haciéndolo más adecuado para aplicaciones industriales y alimentarias especializadas. Estas diferencias se explican por la estructura morfológica de los gránulos de almidón, así como por la composición en amilosa y amilopectina de cada especie vegetal. Finalmente, se concluyó que la yuca dulce representa una materia prima más eficiente y versátil para la obtención de almidón en contextos industriales, mientras que la papa Yungay, aunque común en la alimentación diaria, presenta limitaciones en cuanto a rendimiento y aplicaciones industriales. El estudio respalda la necesidad de seleccionar técnicas de extracción adecuadas según la materia prima y el uso final deseado. 2 I. MARCO TEÓRICO: Fuentes y Composición del Almidón La yuca dulce (Manihot esculenta Crantz) es una raíz tropical comestible que contiene entre un 60 % y 65 % de almidón en base seca, especialmente concentrado en sus raíces tuberosas (Ceballos et al., 2007; Rodríguez-Sandoval et al., 2008). El almidón de yuca dulce tiene gránulos grandes (5–35 µm) y está compuesto principalmente por amilosa (18–25 %) y amilopectina (75–82 %), lo que determina sus propiedades tecnológicas y lo hace adecuado para diversas aplicaciones alimentarias e industriales (Moorthy, 2002; Zhu, 2015). Métodos de Extracción El almidón de yuca dulce se extrae comúnmente mediante el método húmedo, que asegura un mayor rendimiento y pureza. Este proceso incluye pelado, lavado, triturado, suspensión en agua, tamizado y decantación, seguido de un secado a bajas temperaturas (35–45 °C) (Sánchez et al., 2009). Comparado con el método seco, el método húmedo es preferido por su mayor calidad y menor pérdida de almidón (Quintero et al., 2017). Propiedades Fisicoquímicas y Funcionales El almidón de yuca dulce destaca por su alta viscosidad de pico, buena capacidad de hinchamiento y temperatura de gelatinización baja (63–67 °C), lo que lo hace útil como espesante y estabilizante en productos alimenticios. También se caracteriza por formar soluciones transparentes, útiles en recubrimientos comestibles y productos de confitería (Agama-Acevedo et al., 2017; Zhu, 2015). Su bajo contenido de lípidos y proteínas contribuye a su alta pureza y estabilidad. Aplicaciones Industriales Además de su uso en alimentos, el almidón de yuca dulce se utiliza en la producción de bioplásticos, biopolímeros, y en la industria farmacéutica y textil como excipiente y agente de apresto (Rodrigues et al., 2013). Su biodegradabilidad y facilidad de gelatinización lo han convertido en una opción importante en el contexto de sostenibilidad y reducción del uso de derivados petroquímicos (Quintero et al., 2017). 3 Innovaciones y Estudios Recientes Recientes investigaciones buscan mejorar las propiedades del almidón de yuca dulce mediante modificaciones físicas y químicas. Estudio de técnicas como ultrasonido y retrogradación ha mostrado mejoras en su resistencia térmica, ampliando su uso en procesos industriales exigentes (Zhang et al., 2021). También se exploran técnicas de ingeniería genética para desarrollar variedades de yuca con mayor contenido de amilosa o almidones resistentes para dietas funcionales (Ceballos et al., 2010). II. OBJETIVOS ● Conocer el flujo de procesamiento y parámetros para obtención de los almidones según la materia prima. ● Determinar la humedad final de los almidones obtenidos asi como el rendimiento de los mismos. ● Comparar los datos obtenidos en relación al almidón obtenido de dos distintas materias primas, papa variedad Yungay y Yuca variedad dulce III. MATERIALES, MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS a. Materiales: Tabla 01: Materiales utilizados para la extracción de almidón de Yuca (Manihot esculenta Crantz, variedad dulce). Materiales Descripción Agua sulfitada 10 L a 0,5% Se utiliza para evitar la oxidación del almidón durante el proceso de extracción, ayudando a conservar el color y la calidad del producto. Metabisulfit o Se emplea como agente antioxidante, generalmente disuelto en el agua para formar el agua sulfitada. Imagen 4 Balanza Instrumento de medición necesario para pesar tanto las materias primas como los productos intermedios y finales, garantizando precisión en las proporciones. Cedazos de tela Se usan para filtrar la mezcla obtenida tras el rallado de la papa, separando el almidón del bagazo y otras impurezas. Cuchillos, peladores Herramientas básicas para pelar y trocear las yucas antes del procesamiento. Jarras, tazones, ollas Recipientes de uso general para contener, trasladar o decantar líquidos y sólidos durante las distintas etapas del proceso. Procesadora Máquina utilizada para triturar o rallar las papas, facilitando la liberación del almidón contenido en los tejidos celulares. Marcos de malla Estructuras que sostienen mallas finas para el tamizado y separación de partículas durante el filtrado del almidón. Materias primas (papas de 3º). Se refiere a yucas de menor calidad comercial, pero útiles para la obtención de almidón por su contenido en materia seca. Tablas de picar Superficie sobre la cual se pelan y cortan las yucas de manera higiénica. Tamices Nº Tamices de distinto calibre que permiten realizar 18,20,35,140 una separación progresiva de partículas, desde ,270 el material más grueso al más fino, hasta obtener un almidón más puro y refinado. Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. https://www.fao.org/3/x6898s/x6898s00.htm 5 b. Métodos: Se utilizará el método de extracción por ralladura, decantación, expresión y secado por aire caliente. c. Procedimientos: Tabla 02: Procedimiento a seguir para la extracción de almidón de Yuca (Manihot esculenta Crantz, variedad dulce). Diagrama de flujo Descripción Recepción: - Calidad 3, Yuca (variedad dulce) - Control de peso - Control de humedad inicial Lavado: - Por inmersión y escobillado, repetir 2 veces Pelado, trozado e inmersión: Inmediata inmersión en solución de metabisulfito de potasio al 0.5% - Pesado de cascaras, hallar rendimientos Rallado o licuado: - Usar abundante agua sulfitada - Colar fibra gruesa Imagen 6 Tamizar y decantar: - Usar tamices - Reposar y decantar en recipientes poco profundos - Esperar que el agua se clarifique Recuperar almidón: - Eliminar el agua sobrante - Recuperar granos de almidón húmedos - Usar telas o tamices para prensar almidón Orear o presecar: - Depositar almidón sobre tela en mallas - Desmenuzar, separar los grumos de almidon - Orear, (12-24 horas) Para eliminar exceso de agua - Temperatura ambiente, sin contaminar Secado: - En cabina (45-55 °C) durante (12-18 horas) Enfriado: - Evitar contaminación -Determinar humedad final Almidón refinado, envasado: - Reducción de tamaÑo - Determinar balance de masa y rendimiento Fuente: Elaboración propia 7 IV. CÁLCULOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN a. Cálculos Cuadro 03: Toma de datos y resultados en la obtención de almidón de Yuca (Manihot esculenta Crantz, variedad dulce). Muestra total almidón seco Muestra 1 Muestra 2 peso (placa petri) peso (placa petri) peso (muestra) peso (muestra) peso (muestra seca) peso (muestra seca) Fuente: Elaboración propia b. Cálculos y resultados Cuadro 03: Toma de datos y resultados en la obtención de almidón de Yuca (Manihot esculenta Crantz, variedad dulce). Cálculos Yuca variedad dulce 8 Datos Datos de las muestras – Yuca (variedad dulce): Muestra 1: Peso muestra húmeda: 10.0384 g Peso muestra seca: 3.4489 g Muestra 2: Peso muestra húmeda: 10.0572 g Peso muestra seca: 3.4692 g Datos del procesamiento total de yuca: Peso bruto: 9.73 kg (100%) Peso merma cáscara: 2.07 kg Peso merma fibra: 3.81 kg % de Humedad Rendimiento de Almidón 9 Resultados Fuente: Elaboración propia c. Discusiones Los resultados revelan diferencias significativas en el contenido de humedad y el rendimiento de almidón entre la papa variedad Yungay y la yuca variedad dulce, atribuidas a las propiedades estructurales y composicionales de cada tubérculo, así como a los métodos de extracción empleados. La papa Yungay presentó un contenido de humedad de 82.03%, considerablemente mayor que el de la yuca dulce (65.58%), lo cual se debe a la mayor cantidad de agua libre en la estructura celular de la papa (Hernández-Medina et al., 2008). En cuanto al rendimiento de almidón, la yuca dulce obtuvo un 34.42%, significativamente superior al 17.97% de la papa Yungay. Esto concuerda con estudios previos que indican que la yuca contiene entre 60% y 65% de almidón en base seca, y una mayor proporción de amilopectina, lo que optimiza su funcionalidad industrial (Ceballos et al., 2007; Rodríguez-Sandoval et al., 2008). Las diferencias también se deben al método de extracción: la papa Yungay fue procesada mediante el método húmedo (Vera Bravo & Chavarría Chavarría, 2020), mientras que la yuca utilizó el método seco (Quintero et al., 2017). Este último puede afectar la eficiencia del proceso y el rendimiento del almidón. Finalmente, las propiedades funcionales del almidón de yuca, como su alta viscosidad, buena capacidad de hinchamiento y baja temperatura de gelatinización, lo hacen adecuado para aplicaciones industriales, como en alimentos, farmacéutica y bioplásticos (Zhu, 2015; Quintero et al., 2017; 10 Rodrigues et al., 2013). En comparación, el almidón de papa presenta una viscosidad inferior, lo que limita su uso en algunas aplicaciones. V. CONCLUSIONES Objetivo: Conocer el flujo de procesamiento y parámetros para obtención de los almidones según la materia prima A través del estudio comparativo entre la papa variedad Yungay y la yuca dulce, se evidenció que el flujo de procesamiento y los parámetros operativos varían significativamente según la materia prima. La papa se sometió a un proceso de extracción húmedo, que incluyó etapas de trituración, decantación y secado, lo cual es adecuado para materiales con alta humedad (Vera Bravo & Chavarría Chavarría, 2020). Por otro lado, la yuca fue procesada mediante un método seco que implica secado, molienda y tamizado, siendo más eficiente para materiales con menor contenido de agua y que requieren una mayor conservación de propiedades funcionales (Quintero et al., 2017). Estos flujos no solo influyen en la eficiencia del proceso, sino también en la calidad y aplicabilidad industrial del almidón resultante, destacando la importancia de ajustar las técnicas a las características fisicoquímicas de la materia prima utilizada. Objetivo: Determinar la humedad final de los almidones obtenidos así como el rendimiento de los mismos La determinación del porcentaje de humedad y el rendimiento de almidón es crucial para evaluar la eficiencia del proceso de extracción y la viabilidad industrial de los productos derivados. En este estudio, se determinó que el almidón extraído de la papa Yungay presentó un contenido de humedad promedio de 82.03% y un rendimiento de 17.97%, mientras que la yuca dulce mostró un contenido de humedad de 65.58% y un rendimiento superior del 34.42%. Estas cifras reflejan una relación inversa entre humedad y rendimiento, atribuible a la mayor concentración de almidón en la yuca en base seca (Ceballos et al., 2007; Rodríguez-Sandoval et al., 2008). Asimismo, los métodos de secado y separación empleados también impactaron estos valores, subrayando la necesidad de seleccionar procedimientos adecuados según el perfil de la materia prima. 11 Objetivo: Comparar los datos obtenidos en relación al almidón obtenido de dos distintas materias primas, papa variedad Yungay y Yuca variedad dulce La comparación entre los almidones obtenidos de la papa Yungay y la yuca dulce reveló diferencias marcadas tanto en cantidad como en calidad. El almidón de yuca destacó por su mayor rendimiento y mejores propiedades funcionales como viscosidad y capacidad de hinchamiento (Zhu, 2015; Moorthy, 2002), lo que lo hace más adecuado para aplicaciones industriales y alimentarias especializadas. En contraste, el almidón de papa, aunque más común en dietas tradicionales, presentó limitaciones en rendimiento y versatilidad industrial. Estos resultados confirman que la elección de la materia prima debe considerar tanto su composición estructural como su adecuación a los fines específicos del producto final, respaldando los hallazgos de estudios como los de Hernández-Medina et al. (2008) y Sánchez et al. (2009). VI. RECOMENDACIONES - Usar papas sanas, limpias y de preferencia con alto contenido de almidón (≥ 15%). - Evitar papas verdes o con brotes. - Lavar con agua potable para eliminar tierra e impurezas. - Pelar para evitar residuos de sustancias fenólicas que afectan la calidad del almidón. - Utilizar procesadora o rallador industrial para romper los tejidos y liberar el almidón. - Añadir agua sulfitada (0.5% metabisulfito de sodio) para evitar oxidación. - Usar tamices finos (de 80 a 270 mesh) o cedazos para separar la fibra del líquido lechoso. - Filtrar varias veces para asegurar máxima recuperación del almidón. - Dejar reposar el líquido entre 2 y 4 horas para que el almidón sedimente. - Se recomienda trabajar a temperaturas entre 20-25 °C para evitar gelatinización parcial. 12 - Lavar con agua limpia hasta obtener un precipitado blanco y sin impurezas. - Secar al sol o en estufa a 40–50 °C durante 12–24 horas, hasta lograr humedad final menor al 14%. - Conservar el almidón seco en bolsas herméticas, en ambiente seco y oscuro, para evitar absorción de humedad. Fuente: Vera Bravo, K. A., & Chavarría Chavarría, M. A. (2020). VII. CUESTIONARIO a. Identifique las características físicas y químicas de las células de almidón de cuatro cereales, granos, tubérculos y raíces. - Cereales (maíz, trigo): Gránulos de forma poligonal o redonda, tamaño entre 2–25 µm. Alto contenido de amilosa (25–30%), lo que proporciona buena gelatinización pero menor viscosidad (Sasaki et al., 2000). - Granos (arroz): Gránulos pequeños (2–8 µm), con alta pureza y excelente capacidad de retrogradación. Amilosa: 18–22% (Jane et al., 1999). - Tubérculos (papa): Gránulos grandes y ovalados (15–100 µm), con bajo contenido de lípidos y proteínas. Alta viscosidad y claridad de gel. Amilosa: 20–23% (Hoover, 2001). - Raíces (yuca): Gránulos redondos/ovoides (5–35 µm), alta capacidad de hinchamiento. Bajo contenido de amilosa (17–19%), lo que facilita la formación de películas (Moorthy, 2002). b. ¿Qué características y procesos deben tener los almidones a usar como espesantes y gelificantes en la elaboración de confitería, sopas en conserva, postres preparados? - Buena capacidad de hinchamiento: Absorber agua sin desintegrarse (Moorthy, 2002). - Alta viscosidad estable: Mantener textura en tratamientos térmicos prolongados o en conservación (Hoover, 2001). - Temperatura de gelatinización adecuada: Idealmente entre 60–70 °C para uso general. 13 - Retrogradación controlada: Evitar sinéresis (liberación de agua) en postres refrigerados (Sasaki et al., 2000). - Alta claridad de gel: Importante para confitería transparente (p. ej., caramelos blandos). c. Desarrolle los flujos de proceso y parámetros para obtener almidones de maíz modificados. Figura 01: Flujo de proceso y parámetros para la obtención de maiz modificado (Acetilado) Fuente: Elaboración propia d. ¿Qué funciones cumplen la amilosa y la amilopectina en la formación del gluten? - Amilosa: Forma redes más densas que pueden endurecer el gel, limitando la extensibilidad de la masa. Interactúa menos con las proteínas del gluten. - Amilopectina: Tiene estructura ramificada que retiene agua y mejora la suavidad de la masa. Su gelatinización colabora con la red de gluten al atrapar gases durante la cocción (Singh et al., 2003). 14 VIII. BIBLIOGRAFÍA Agama-Acevedo, E., Islas-Hernández, J. J., Pacheco-Vargas, G., Osorio-Díaz, P., & Bello-Pérez, L. A. (2017). Starch digestibility and glycemic index of cookies partially substituted with unripe banana flour. LWT - Food Science and Technology, 80, 44-50. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.02.004 Alves, R. M. L., Grossmann, M. V. E., Silva, R. S. S. F., & Demiate, I. M. (2021). 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Composition, structure, and physicochemical properties of cassava starch. Carbohydrate Polymers, https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.063 122, 456–480. 16 IX. Anexos Anexo 01: Cuadro comparativo entre los resultados y discusiones obtenidas Fuente: Discusión de resultados
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