DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE … ROSALES... ·...

UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO

EN EL TOMATE DE ÁRBOL (Solanum betaceum)

TRABAJO DESCRIPTIVO

PRODUCCIÓN Y DESARROLLO AGROINDUSTRIAL

Trabajo de titulación presentado como requisito para la

obtención del título de

INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

AUTOR

TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL

TUTOR

MARÍN MOROCHO KARINA MARISABEL

GUAYAQUIL – ECUADOR

2020

2


FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, Ing. MARÍN MOROCHO KARINA MARISABEL, MSc., docente de la

Universidad Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente

trabajo de titulación: DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE

QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO EN EL TOMATE DE

ÁRBOL (Solanum Betaceum), realizado por la estudiante TELLO ROSALES

CAROLINA ISABEL; con cédula de identidad N°095387424-5 de la carrera

INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL, Unidad Académica

Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y cumple con los

requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se

aprueba la presentación del mismo.

Atentamente, Firma del Tutor Guayaquil, 17 de Septiembre del 2020.

3


FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN

Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como

miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de

titulación: “DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE QUITOSANO,

CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACAO EN EL TOMATE DE ÁRBOL (Solanum

Betaceum)”, realizado por la estudiante TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL, el

mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del

Ecuador.

Atentamente,

Dra. Emma Jácome Murillo, M.Sc. PRESIDENTE

Ing. Nadia Cadena Iturralde, M.Sc. Ing. Ana Campuzano Vera, M.Sc.

EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL

Ing. Karina Marín Morocho, M.Sc. EXAMINADOR SUPLENTE

Guayaquil, 14 de Octubre del 2020

4

Dedicatoria

El presente trabajo de investigación está dedicado a

mis padres, Isabel Yessenia Rosales Cornejo y

Leandro Rigoberto Tello Loor por el apoyo

incondicional que me brindaron a lo largo de mi

carrera, impulsando alcanzar siempre lo que deseo.

A mi abuelo Leandro Istael Tello Benavides, aunque

ahora se encuentra descansando en un sueño

profundo, es siempre mi impulso para ir por aquello

que me propongo en mi vida y pensar que cada meta

que cumplo, él está conmigo gozando mis logros.

A mi amada Panchita por acompañarme en las largas

noches de estudio, su hermosa compañía ha sido

perfecta para mí durante todo este trayecto.

Por último a Dios por su inmenso amor fraterno,

incondicional que me ayuda a esforzarme y ser

valiente todos los días de mi vida.

5

Agradecimiento

Agradezco a Dios por ser mi fuerza divina,

impulsándome a conseguir lo que anhelo con

perseverancia y disciplina. A mis amados padres,

abuelos, mi admiración infinita por ser ejemplos para

mi vida en resiliencia y paciencia, sus palabras de

ánimos nunca me faltaron en el trayecto de mi carrera

universitaria, recalcando: ¡Tú puedes lograrlo!

Durante los 5 años de estudio logré encontrar

amistades de tenacidad, quiero exaltar a mis amigos:

Nayin Olvera García, Omar Ruiz Oyola, Linda Peralta

Bustamante, Alison Ponce Gómez, José Granados

Díaz, Karen Caicedo Simisterra, sus palabras de

ánimos durante este trayecto estudiantil fueron gratos

para mí. Aunque el destino sea incierto, el éxito,

nobleza, pasión sean los que perduren en sus vidas.

A mi tutora de tesis Karina Marín Morocho por su

paciencia, pasión, compromiso, y orientación

brindada para lograr la finalización de esta

investigación.

A todos los docentes que lograron ser parte de mi

crecimiento estudiantil de la carrera Ingeniería

Agrícola Mención Agroindustrial. La excelencia y

responsabilidad han marcado sus enseñanzas en mi

vida. ¡Infinitas gracias!

6

Autorización de Autoría Intelectual

Yo TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL, en calidad de autora del proyecto

realizado, sobre “DESARROLLO DE UNA PELÍCULA COMESTIBLE DE

QUITOSANO, CERA DE ABEJA Y MANTECA DE CACACO” para optar el título de

INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL, por la presente autorizo

a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos

que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente

académicos o de investigación.

Los derechos que como autora me correspondan, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en

los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Guayaquil, 14 de Octubre de 2020.

…………………………………………….

TELLO ROSALES CAROLINA ISABEL

C.I. 095387424-5

7

Índice general

PORTADA…………………………………………………………………………………1

APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. 2

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ........................................ 3

Dedicatoria ............................................................................................................ 4

Agradecimiento .................................................................................................... 5

Autorización de Autoría Intelectual .................................................................... 6

Índice general ....................................................................................................... 7

Índice de tablas .................................................................................................. 11

Índice de figuras ................................................................................................. 13

Resumen ............................................................................................................. 16

Abstract ............................................................................................................... 17

1. Introducción .................................................................................................... 18

1.1 Antecedentes del problema ......................................................................... 18

1.2 Planteamiento y formulación del problema ............................................... 19

1.2.1 Planteamiento del problema ................................................................ 19

1.2.2 Formulación del problema ................................................................... 20

1.3 Justificación de la investigación ................................................................ 20

1.4 Delimitación de la investigación ................................................................. 21

1.5 Objetivo general ........................................................................................... 21

1.6 Objetivos específicos................................................................................... 21

2. Marco teórico .................................................................................................. 23

2.1 Estado del arte .............................................................................................. 23

2.2.6.2. Tomate de árbol (Solanum betaceum) ............................................ 32

2.2.6.3. Producción en el Ecuador ................................................................ 32

8

2.2.6.5. Usos ................................................................................................... 34

3. Materiales y métodos ..................................................................................... 38

3.1 Enfoque de la investigación ........................................................................ 38

3.1.1 Tipo de investigación ............................................................................ 38

3.1.2 Diseño de investigación ....................................................................... 38

3.2.1 Variables ................................................................................................ 38

3.2.1.1. Variable independiente ..................................................................... 38

3.2.1.2. Variable dependiente ........................................................................ 39

3.2.2 Tratamientos .......................................................................................... 39

3.2.3 Diseño experimental ............................................................................. 39

3.2.4 Recolección de datos ........................................................................... 39

3.2.4.1. Métodos y técnicas ........................................................................... 42

3.2.4.1.1. Normativa de Codex alimentarius..................................................... 45

3.2.4.1.2. Método para ensayo de las propiedades mecánica de tracción ISO

527 - 2…………...………………………………………………………………….....45

3.2.4.1.3. Método ASTM D882 para ensayo de materiales plásticos ............... 46

3.2.4.1.4. Temperatura de transición vítrea (Tg) ............................................. 46

3.2.4.1.5. Microscopía electrónica de barrido ................................................... 46

3.2.5 Análisis estadístico ............................................................................... 47

4. Resultados ...................................................................................................... 48

4.1 Elaboración de la película comestible con tres tratamientos en

proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao

aplicado al tomate de árbol (Solanum betaceum)………………………………. 48

4.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero. .......................................... 49

4.1.1.1. Cálculos en base a la relación del polímero. ...................................... 50

9

4.2 Evaluación del mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas

de tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de

árbol (Solanum betaceum) ................................................................................ 52

4.3 Ejecución del análisis de temperatura de transición vítrea y estructura

mediante microscopía electrónica de barrido al mejor tratamiento de

tracción…………………………………………………………………………………. 59

4.3.1 Micrografías de película comestible basada en el mejor tratamiento de

tracción (T3) ........................................................................................................ 62

4.4 Demostración del tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum

betaceum) con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a la

pérdida de peso y concentración de azúcares. ............................................... 63

4.4.1 Concentración de azúcares en el tomate de árbol ................................. 69

5. Discusión ........................................................................................................ 73

6. Conclusiones .................................................................................................. 77

7. Recomendaciones .......................................................................................... 79

8. Bibliografía ...................................................................................................... 81

9. Anexos ............................................................................................................ 89

9.1 Anexo 1. Normativa para la recepción del tomate de árbol ...................... 89

9.2 Anexo 2. Normativa para determinar sólidos solubles ............................. 94

9.3 Anexo 3. Proforma de los análisis realizados ............................................ 96

9.4 Anexo 4. Factura de los análisis realizados ............................................... 97

9.5 Anexo 5. Listado de materiales y precios .................................................. 98

9.6 Anexo 6. Procedimiento para la obtención de películas ........................... 99

9.7 Anexo 7. Aplicación de la película comestible al tomate de árbol (Solanum

betaceum). ........................................................................................................ 101

10

9.8 Anexo 8. Daños externos e internos en el tomate de árbol en condiciones

de almacenamiento a 4 °C sin la aplicación de la película comestible……. 103

11

Índice de tablas

Tabla 1. Característica del quitosano ............................................................... 29

Tabla 2. Composición química. ........................................................................ 31

Tabla 3. Taxonomía del Solanum betaceum. ................................................... 32

Tabla 4. Composición nutricional. .................................................................... 35

Tabla 5. Proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película

comestible. ....................................................................................................... 39

Tabla 6. Formulación efectuada en relación al polímero para el desarrollo de la

película comestible. .......................................................................................... 51

Tabla 7. Determinación del espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada

(mm) en las películas, respeto al tratamiento 1. ............................................... 52

Tabla 8. Propiedades mecánicas de la película con respecto a la formulación del

tratamiento 1. ................................................................................................... 53

Tabla 9. Valores de espesor (mm) en relación a la anchura (mm) y longitud

calibrada (mm) del tratamiento 2. ..................................................................... 55

Tabla 10. Propiedades mecánicas en base del tratamiento 2. ......................... 55

Tabla 11. Valores de espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en

las películas del tratamiento 3. ......................................................................... 57

Tabla 12. Propiedades mecánicas de las películas con respecto al tratamiento

3. ...................................................................................................................... 57

Tabla 13. Pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento. .............. 64

Tabla 14. Pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento. ............... 65

Tabla 15. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con

recubrimiento. .................................................................................................. 67

12

Tabla 16. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.

......................................................................................................................... 67

Tabla 17. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin

recubrimiento. .................................................................................................. 68

Tabla 18. Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento. ..................... 70

Tabla 19. Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento........................ 70

Tabla 20. Grados Brix en el tomate de árbol con y sin recubrimiento. ............. 71

Tabla 21. Tasación de artículos adquiridos para el desarrollo de la tesis ........ 98

13

Índice de figuras

Figura 1. Cera de abejas ...................................................................................... 29

Figura 2. Estructura general de la cera de abeja .................................................. 30

Figura 3. Distribución geográfica de la producción de tomate de árbol ................ 33

Figura 4. Fruto del tomate de árbol (Solanum betaceum) .................................... 34

Figura 5. Diagrama de proceso de la película comestible .................................... 42

Figura 6. Sistema de procesamiento computarizado, microscopía electrónica de

barrido .................................................................................................................. 47

Figura 7. Observación de las películas comestibles y composición utilizada para su

elaboración ........................................................................................................... 51

Figura 8. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 1 con respecto al

esfuerzo y deformación ........................................................................................ 54





Figura 11. Gráfica del análisis de temperatura de transición vítrea en relación al

mejor tratamiento de tracción (T3) ....................................................................... 60

Figura 12. Visualización de la estructura del mejor tratamiento (T3) en SEM ..... 62

Figura 13. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento

durante 15 días a 4 °C. ........................................................................................ 65

Figura 14. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento

durante 15 días a 4 °C ......................................................................................... 66

Figura 15. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin

recubrimiento durante 15 días a 4 °C ................................................................... 68

14

Figura 16. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento durante

15 días a 4 °C....................................................................................................... 70

Figura 17. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento durante

15 días a 4 °C....................................................................................................... 71

Figura 18. Grados Brix del tomate de árbol con y sin recubrimiento .................... 72

Figura 19. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 1 909:2009 .......................... 89

Figura 20. Índice de madurez para la recepción del tomate de árbol – NTE INEN 1

909:2009 .............................................................................................................. 93

Figura 21. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 380:1985 ............................. 94

Figura 22. Procedimiento para la medición de grados Brix – NTE INEN 380:1985

............................................................................................................................. 95

Figura 23. Valoración de los análisis (ensayo de tracción, transición vítrea y

microscopía electrónica de barrido) efectuados ................................................... 96

Figura 24. Total del dinero cancelado para la ejecución del análisis de tracción,

temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía

electrónica de barrido (SEM) ................................................................................ 97

Figura 25. Pesado 1.5 g de quitosano que fueron necesarios para la elaboración

de la película comestible ...................................................................................... 99

Figura 26. Adición 1 ml de ácido acético en la solución de quitosano y agua

destilada ............................................................................................................... 99

Figura 27. Control de temperatura en la preparación de la película comestible ... 99

Figura 28. Muestras de los 3 tratamientos en cajas Petri ................................... 100

Figura 29. Desprendimiento de película para posteriormente ser cortada en tira

........................................................................................................................... 100

15

Figura 30. Muestra de la película con dimensiones 80 mm de largo x 25 mm de

ancho para efectuar análisis de tracción ............................................................ 100

Figura 31. Inmersión del tomate de árbol ........................................................... 101

Figura 32. Secado de frutos para retirar el exceso de solución.......................... 101

Figura 33. Almacenamiento de frutas recubiertas a 4 °C ................................... 101

Figura 34. Pesado del tomate de árbol con recubrimiento ................................. 102

Figura 35. °Brix inicial del tomate de árbol sin y con recubrimiento ................... 102

Figura 36. °Brix final del tomate de árbol sin y con recubrimiento ...................... 102

Figura 37. Cambio de coloración a café oscuro en las semillas del tomate de árbol

sin la aplicación de la película comestible .......................................................... 103

Figura 38. Deshidratación, flacidez y cambio de coloración en la piel del tomate de

árbol sin la aplicación de la película comestible en condiciones de almacenamiento

durante 15 días a 4 °C ....................................................................................... 103

16

Resumen

En la presente investigación se elaboraron películas comestibles a base de un

polímero natural y lípidos como una alternativa atractiva para ser utilizado como

recubrimiento en el tomate de árbol. El objetivo de este trabajo fue desarrollar una

película comestible a base de quitosano (50 %) en diferentes concentraciones de

cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao (25, 20, 15 %). Se incorporó

quitosano en una solución de agua destilada con ácido acético, la cera de abeja y

manteca de cacao, se agregaron a la solución del quitosano con agitación

constante, el uso del glicerol y Tween 80 ayudó a la plastificación y emulsificación

de las películas. Posteriormente se evaluó la tracción, temperatura de transición

vítrea y estructura mediante un microscopio electrónico de barrido para caracterizar

a la película comestible como óptima para la aplicación en el tomate de árbol se

consideró al parámetro de tracción, se obtuvo a menor esfuerzo (10.5 MPa) y a

mayor deformación (11.8616 %), la Tg se visualizó picos de temperatura que

corresponden a la degradación del polímero y cristalización de lípidos, sin embargo

en SEM se visualizó una muestra sin rugosidad pero con pequeñas partículas en

la superficie debido a la estructura del polímero. En conclusión la aplicación del

recubrimiento en el tomate de árbol ayudó a disminuir la pérdida de peso (6,83 %)

en comparación al tomate de árbol sin recubrimiento (10,56 %), controlando el

ascenso de azúcares hasta 10 °Brix permitiendo alargar su tiempo de vida útil.

Palabras claves: Cera de abeja, manteca de cacao, películas comestibles,

polímero, quitosano.

17

Abstract

In the present research edible films based on a natural polymer and lipids were

produced as an attractive alternative to be used as a coating in the tree tomato. The

purpose of this work was to develop an edible film based on chitosan (50 %) in

different concentrations of beeswax (25, 30, 35 %) and cocoa butter (25, 20, 15 %).

It were incorporated chitosan in a solution of distilled water with acetic acid,

beeswax and cocoa butter were added to the solution of the chitosan with constant

agitation, the use of glycerol and Tween 80 helped the plasticization and

emulsification of the films. Next, it was evaluated the traction, temperature of

vitreous transition and structure through a sweeping electronic microscope to

characterize the edible film as optimal for the application in tree tomato. The traction

parameter was considered, it was obtained with less effort (10. 5 MPa) and to higher

deformation (11.8616 %), Tg was visualized temperature peaks corresponding to

polymer degradation and lipid crystallization, however in SEM a sample without

roughness was visualized but with small particles on the surface due to the polymer

structure. In conclusion, the application of the coating on the tree tomato helped to

decrease the weight loss (6.83 %) in comparison to the tree tomato without coating

(10.56 %), controlling the sugars ascent up to 10 °Brix allowing it extend its useful

life.

Keywords: Beeswax, cocoa butter, edible films, polymer, chitosan.

18

1. Introducción

1.1 Antecedentes del problema

Loor (2019), indica que Ecuador exporta tomate de árbol (Solanum betaceum) a

33 países alrededor del mundo (España, Francia, Holanda, Italia, Suiza, Emiratos

Árabes Unidos, Alemania, Bélgica, entre otros), esta cifra ha aumentado en la

actualidad desde el año 2019 ya que se cuenta con la certificación de Agrocalidad.

El primer envío de tomate de árbol hacia Estados Unidos fue de 600 kilogramos,

se incrementó esta cifra en el año 2018 en el que se exportó 20 mil kilogramos de

tomate de árbol (Solanum betaceum). Sin embargo al exportar tomate de árbol a

mercados internacionales las exigencias de la calidad del alimento es mayor ya que

al llegar el fruto hacia su destino en condiciones de almacenamiento, es propenso

a cambios sensoriales del fruto afectando su calidad y el tiempo de vida útil.

Por otra parte las técnicas de cultivo han sido fundamental en el cultivo de tomate

de árbol para disminuir el hongo Antracnosis (Colletotrichum acutatum Simmonds),

con la necesidad de mejorar el sistema de producción que ayude a combatir esta

plaga que causa daños al tomate de árbol con el objetivo de conservar la

sostenibilidad del fruto (Díaz-Granda; Canto-Sáenz, y Alegre-Orihuela, 2017).

Bautista-Baño y Fernández-Valdés (2015), demostraron que el desarrollo de

películas comestibles ayuda a extender la vida útil de alimentos sin perjudicar la

apariencia, con su aplicación reduce la pérdida de agua, en lo cual permiten el

control respiratorio, retrasa el envejecimiento de frutas y verduras, ayudando al

color, brillo, sabor y apariencia de firmeza, mejorando la calidad. Se utilizó la cera

de abeja ya que ésta presenta propiedades excelentes frente a la barrera humedad,

reduce la pérdida de peso. En cambio, el quitosano ayuda a las propiedades

sensoriales, mantiene la apariencia del alimento, es un inhibidor en el crecimiento

19

de microrganismo, además con su aplicación ayuda a mantener el valor nutritivo

del alimento, por lo que se obtiene un producto apetecible para el consumidor.

González-Peña, Colina-Coca, y Moreno-Sánchez (2015), investigaron el uso de

películas comestibles que ayudan a mejorar la calidad de los alimentos ya que se

encuentra constituido por polímeros naturales muy finas, estas son biodegradables

es decir se descomponen muy fácilmente sin causar daño en el medio ambiente y

con su aplicación ayuda a mejorar la resistencia mecánica de las frutas, por lo tanto

retrasa su deterioro alargando la vida útil, además que puede ser utilizado como

envase activo, como reafirmante de textura, para mejorar la seguridad del alimento.

Según Vázquez-Briones y Guerrero-Beltrán (2014), la utilización de

recubrimientos comestibles comenzó en China, con la inmersión en cera de

limones y naranja con el objetivo de retardar la pérdida de agua. La manteca de

cacao en recubrimientos ha sido utilizada para prevenir la pérdida de humedad,

además de suavizar la textura en alimentos.

1.2 Planteamiento y formulación del problema

1.2.1 Planteamiento del problema

El tomate de árbol es una fruta no climatérica con baja producción de etileno, es

decir que debe ser recolectado cuando esté cerca a las condiciones de madurez

requeridas por el mercado, pero enfrenta serios problemas al momento de

conservar sus propiedades sensoriales al someterse a condiciones de

almacenamiento en refrigeración, la cáscara que rodea al fruto se deshidrata y en

el interior de la pulpa se oxida, es decir que el fruto es propenso al pardeamiento

enzimático en condiciones de refrigeración.

El desarrollo de películas comestibles contiene efectos en la vida útil de

alimentos por compuestos activos que ayudan a generar una atmósfera modificada,

20

protegiendo de microorganismos que puedan dañar el producto (Quintero,

Falguera, y Muñoz, 2010).

Es importante aplicar una película comestible de quitosano, cera de abeja y

manteca de cacao en el tomate de árbol para que mantenga sus propiedades

sensoriales y puedan mantenerse en buen estado para su comercialización.

1.2.2 Formulación del problema

¿Cuál será el tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum betaceum) con

la aplicación de la película comestible y qué cantidades de concentraciones de

quitosano, cera de abeja, manteca de cacao se utilizarán para conservación?

1.3 Justificación de la investigación

El presente trabajo se realizó con la finalidad de desarrollar una película

comestible que ayudó alargar el tiempo de vida útil del tomate de árbol para

posteriormente pueda ser exportado sin que se afecte las características

sensoriales propias del producto. Esta película es de gran importancia ya que es

biodegradable amigable con el medio ambiente, debido que este revestimiento

tiene un proceso de descomposición en materia orgánica que forma parte de los

ciclos naturales que ayudan aportar nutrientes a la tierra.

Según González-Peña et al. (2015), demostraron la importancia del uso de

películas comestibles ya que ayuda a mejorar la calidad de frutas y hortalizas, lo

más relevante es que con la aplicación del recubrimiento se mantiene el valor

nutritivo, mayor vida útil al alimento en el que se desee aplicar.

Con la aplicación del quitosano, cera de abeja y manteca de cacao para el

desarrollo de una película comestible en el tomate de árbol (S. betaceum), ayudará

a mantener los atributos de color, firmeza, brillo para que la fruta sea más apetecida

21

por su apariencia que llamará mucho la atención del consumidor beneficiando a la

matriz productiva del país.

1.4 Delimitación de la investigación

Espacio: La presente investigación se realizó en el sur de la ciudad de

Guayaquil, se elaboró la película en el laboratorio de suelos, plantas y agua

de la Universidad Agraria del Ecuador, los análisis posteriormente fueron

ejecutados en el Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales

LEMAT, de la Escuela Superior Politécnica del Litoral – ESPOL (Km 30.5 Vía

Perimetral).

Tiempo: Se realizó en un tiempo de 6 meses.

Población: Fue dirigido a público general.

1.5 Objetivo general

Desarrollar una película comestible en base de quitosano, cera de abeja

y manteca de cacao usando como fruta el tomate de árbol (Solanum

betaceum).

1.6 Objetivos específicos

Elaborar película comestible con tres tratamientos en proporciones

diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao aplicado al

tomate de árbol (Solanum betaceum).

Evaluar el mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas de

tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de

árbol (Solanum betaceum).

Efectuar el análisis de temperatura de transición vítrea y estructura


tracción.

22

Demostrar el tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum betaceum)

con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a la pérdida

de peso y concentración de azúcares.

1.7 Hipótesis

La aplicación de una película comestible de quitosano, cera de abeja, manteca

de cacao influirá en el tiempo de vida útil del tomate de árbol.

23

2. Marco teórico

2.1 Estado del arte

En la investigación realizada por Camacho-Hernández y Zazueta-Morales

(2018), desarrollaron películas comestibles a partir del almidón de maíz mediante

la técnica casting, para la conservación de alimentos, se caracterizaron

propiedades mecánicas como: resistencia a la ruptura 7.42 N, deformación 4.81 -

17 mm, permeabilidad al vapor de agua 1.57x10-11 – 4.21x 10-11 y solubilidad en

agua 22.63 - 42.12 %) a partir de una mezcla de almidón de maíz acetileno (30 %),

proteína (13,7 %) y glicerol (15 %), como resultado se obtuvo buenas propiedades

mecánicas y de barrera.

Pavón-Vargas y Valencia-Chamorro (2017), desarrollaron recubrimientos

comestibles en base de goma tara, lípidos como cera de abeja, goma loca y el uso

de un plastificante (GLY); para la elaboración se realizó dos formulaciones (R1’ R2’)

para el recubrimiento de frutillas; se la almacenó por 8 días a 5 °C con una humedad

relativa de 98 %. Como resultado el recubrimiento R2 disminuyó significativamente

la pérdida de peso del fruto con 2,62 % luego de los 8 días de almacenamiento, en

cuanto a los valores de firmeza el R1 fue mayor con 0,005 %. Con la aplicación de

recubrimiento comestible mejoraron las propiedades sensoriales como textura,

reduciendo la tasa de respiración de un 95 % a 5 °C en el almacenamiento.

Hernández-López, Guillén-Sánchez, y Bautista-Baños (2017), evaluaron el

efecto antimicótico de películas comestibles formuladas con quitosano (32,4 %),

con la combinación de cera de abeja (0,1 %), canela (0,5 %), aceite oleico (0,25

%), aceites esenciales de tomillo (1,0 %), fueron evaluadas como inhibidores del

crecimiento en diferentes cepas como: Colletotrichum gloesporioides, Alternaria

altenata, Penicillius digitatum e in vitro de Rhizopus stolonifer. Se determinó su

24

efecto en el control de antracnosis, a los formulados que mejor respondieron in

vitro, comparado con Sportak como control comercial, fueron evaluados por

inmersión de la fruta de papaya en los cuales no presentaron un efecto significativo

sobre la severidad de la antracnosis, solo en el quitosano y tratamiento con Sportak

presentaron un efecto a los 17 días de almacenamiento a 2 °C. En cuanto a la

calidad no afectó la pérdida de peso y el contenido de sólidos totales en el fruto con

la aplicación de la película comestible.

Un estudio realizado por Alberto-Castro y González-Blair (2015), demostraron

la utilización de películas comestibles como una alternativa para aumentar la vida

útil en frutas como la uchuva y bayas, se evaluó físicamente el efecto de la

aplicación por inmersión formulado a partir de dos concentraciones de gelatina (4

% y 8 %) con adición de manteca de cacao como agente antimicrobiano (0,25 %)

y fibra prebiótica (500 ppm). Los resultados evidenciaron que el mejor tratamiento

T2 fue capaz de reducir la actividad metabólica en los frutos recubiertos con un 36

% menos en los frutos, las pérdidas de peso disminuyeron un 17,67 %, el aporte

de fibra prebiótica aumentó un 8 %, en cuanto a la vida útil de las bayas aumentó

un 33 % ofreciendo un producto innovador a bajo costo.

En un estudio de Wang y Jing (2016), analizaron la formación de película de

quitosano, la permeabilidad del papel recubierto con una capa de quitosano y la

influencia en la superficie del papel. Se utilizó microscopía electrónica de barrido,

microscopía de fuerza atómica, análisis dinámico de penetración de quitosano a

través del papel Kraft para analizar propiedades de formación y permeabilidad de

la película, obtuvo un peso base de 120 g para probar la suavidad, alargamiento:

1,51 % mediante prueba de tracción, el quitosano fue comprado en China con un

grado de acetilación del 80 % a 95 %. Se realizó la preparación de la solución de

25

quitosano en agua destilada con concentraciones de 10 wt. %, 1.5 wt. % y 2.0 wt.

%. La velocidad de agitación fue respectivamente, 300 rpm, 500 rpm, 800 rpm y

1200 rpm a la solución de quitosano de 1.5 wt. % y se obtuvo como efecto la

relación de dosificación de ácido acético a quitosano (peso seco) - 30 %.

2.2 Bases teóricas

2.2.1 Película comestible

La aplicación de películas comestibles (PC) es de gran importancia para la

industria alimentaria como una alternativa novedosa de conservación, es decir que

alarga la vida útil de alimentos especialmente, es aplicado en frutas y verduras con

el fin de preservar su calidad (López-Díaz y López-Malo, 2016).

Según González (2016), una película comestible es una capa muy fina de un

material polímero comestible con lo cual se recubre normalmente frutas, vegetales,

medicamentos en tabletas y algunos dulces. Esta cuenta con un espesor de menos

de 0.3 milímetros, lo que permite su flexibilidad con el fin de recubrir el alimento.

Se estructura generalmente alrededor del alimento por medio de una inmersión del

mismo en una solución formadora de recubrimiento con el objetivo de preservar el

alimento (Bautista-Baño y Fernández-Valdés, 2015).

Existen diferencias entre las películas comestibles (PC) y recubrimientos

comestibles (RC); las PC suelen ser utilizadas como laminas sólidas que son

colocadas sobre el alimento que se desee aplicar; en cambio los RC son aplicados

en forma líquida mediante pulverización o inmersión produciendo la película sobre

el alimento, pero ambas ayudan a disminuir los efectos en el cambio de coloración,

pérdida de agua (Reyes-Vargas, Valdivia-Urdiales, y Contreras-Esquivel, 2015). La

composición de las matrices estructurales de las PC se lo puede agrupar por tres

categorías:

26

- Hidrocoloides: Tiene un efecto gelificante, está constituido por polisacáridos

derivados de la celulosa, quitosano, gelanos, almidón, pectina de fruta, proteínas

de origen animal, proteínas de suero de leche, caseína, gelatinas y de origen

vegetal como la soya.

- Lípidos: Se encuentran compuestos por hidrofóbicos no poliméricos y tienen

buenas propiedades que ayudan a la barrera de humedad.

- Composites o compuestos: Son formulaciones mixtas entre los hidrocoloides

y líquido, ayuda a la resistencia de vapor de agua para lograr una buena cohesión

estructural durante la película (González-Peña, Colina-Coca, y Moreno-Sánchez,

2015).

El uso de películas comestibles según Parzanese (2016), es aumentar el tiempo

de almacenamiento mejorando las propiedades sensoriales, es aplicable a frutas y

hortalizas; con el avance de la ciencia se ha extendido la aplicación en productos

cárnicos, pescados y carne aviar. Se indica que incorporando antioxidantes, mejora

la textura del alimento ayudando a la inhibición en el desarrollo de

microorganismos.

2.2.1.2 Ventajas y desventajas de la película comestible

La apariencia del producto depende de la aceptabilidad de los consumidores por

las diferentes clases sociales (Bourdieu, 2016). Según Dussán, Torres, y Zapata

(2014), las películas comestibles provienen de partículas biodegradables que

ayudan significativamente en la conservación, cuando se aplica su uso en el

alimento suceden diferentes cambios que ayudan a la durabilidad, comercialización

y consumo por la cual existen ventajas y desventajas para seguir implementando

películas comestibles como innovación a la ciencia alimenticia, cuyas propiedades

son:

27

Ventajas

Son libres de efectos tóxicos que puedan perjudicar la salud.

Requiere de tecnología simple para su elaboración por lo tanto genera

módicos gastos.

Otorga buenas propiedades mecánicas con lo cual ayuda a la apariencia

del alimento, textura, color, firmeza.

Ayuda a prolongar la vida útil en alimentos mínimamente procesados.

Es amigable con el medio ambiente ya que se descompone en materia

orgánica.

Reduce la pérdida de humedad en alimentos al momento de la

refrigeración.

Desventajas

Los alimentos que se someten a la aplicación de película comestible logran

disminuir los desórdenes metabólicos. Según Sobitec (2017), el envejecimiento de

las células conlleva a la muerte del tejido del alimento (Senescencia). La actividad

respiratoria se debe de tener en consideración en frutos climatéricos, estos siguen

madurando aun después de haber sido recolectados, esto es debido a que su tasa

de respiración es elevada a diferencia de los no climatéricos que la tasa de

respiración decrece gradualmente, por lo tanto la actividad respiratoria elevada

conlleva a que el tiempo de vida útil de alimentos sea mucho más corto (FAO,

2016).

2.2.3 Propiedades de las películas comestibles

López y Palou (2012), indica en su investigación que las películas comestibles

presentan varias propiedades que ayudan a conservar alimentos es decir por su

28

utilización permite alargar la vida. Entre las propiedades de las películas

comestibles se encuentra:

Propiedades de barrera: Ayuda a proteger al alimento frente a factores

ambientales que pueden deteriorar rápidamente el alimento como: oxidación,

pérdida de aromas, cambio de textura, humedad, durante la transición de vapor

intervienen dos mecanismos: difusión activa y difusión capilar.

Propiedades mecánicas: Tienen como objetivo predecir la durabilidad de la

película comestible en el momento que este ha sido aplicada en el alimento

(Saavedra y Algecira, 2010).

2.2.4 Quitosano

El quitosano es un polisacárido derivado de la quitina, es un componente que se

encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos (crustáceos e insectos) y en la

rádula de los moluscos (parte de la boca que les permite raspar los alimentos),

como también del pico de cefalópodos como calamares y pulpos (Osorio-Delgado,

Henao-Tamayo, y Velásquez-Cock, 2017)

La quitina es abundantemente en la naturaleza y forma parte de la pared celular

de ciertas levaduras y hongos, en la actualidad se extrae de manera comercial a

partir de los caparazones de crustáceos, principalmente de langostas, cangrejos y

langostinos (Nakamatsu-Kuniyoshi, 2012). Según Torres-Escudero (2018), el

nombre químico del quitosano es beta (1-4)-2-amino-2desoxi-D-glucosa. Se

obtiene por medio de hidrólisis de la quitina en un medio alcalino a altas

temperaturas, produciendo una desacetilación parcial de la quitina.

Por lo tanto el quitosano posee propiedades extraordinarias que lo hacen un

componente perfecto para el desarrollo de películas comestibles, por otra parte su

aplicación en sistemas alimentarios es como agente antimicrobiano, debido que

29

presenta una baja toxicidad, con un DL50 = 16 ml/kg, valor que lo hace menos tóxico

que el azúcar y la sal (Valenzuela y Arias, 2012).

Tabla 1. Característica del quitosano

Parámetro Quitina Quitosano

Peso molecular

Producto natural

Producto comercial

104

3-5 x 105

1-3 x 105

Grado de desacetilación (%) 10 80-90

Contenido de nitrógeno (%) 6-7 7-8,4

Contenido de humedad (%) 2-10 2-10

Parámetros del quitosano. Gacén, 2013

2.2.5 Cera de abejas

La cera es una sustancia sólida producida por las abejas melíferas jóvenes, el

proceso de transformación surge por el contacto al aire, se endurece para ser

utilizada en la construcción de sus nidos (FAO, 2017).

Figura 1. Cera de abejas FAO, 2017

Según Rojas y Torres (2016), las cera es rica en vitamina A, estos componentes

hacen que la Cera posea propiedades emolientes y antibióticas, es insoluble en

30

agua, levemente soluble en alcohol y éter por otra parte su fórmula es: CH3-(CH2)14-

CO-O-(CH)29-CH3.

Figura 2. Estructura general de la cera de abeja Ronald, 2015

La cera de abeja suele ser utilizada para la preparación de películas comestibles

por su alta hidrofobicidad y excelente resistencia a la humedad (Guzmán, Acevedo

y Romero, 2014). Se reportan estudios sobre la aplicación de cera de abeja en

recubrimientos con la combinación de polisacáridos o proteínas sobre: ciruelas

(Prunus domestica), fresas (Fragaria) y chontaduro (Bactris gasipaes) que permiten

prolongar la vida útil de frutos, manteniendo las propiedades fisicoquímicas en

condiciones de almacenamiento (Mora, 2016).

2.2.6 Manteca de cacao

La manteca de cacao o también denominada aceite de julri, es una grasa natural

comestible originaria de la haba del cacao, su proceso de extracción comienza

durante el proceso de fabricación del chocolate, de este modo se separa de la masa

de cacao mediante presión (Villegas y Albarraín, 2016).

2.2.6.1 Características

Según López (2018), la manteca de cacao es una grasa natural tiene distintas

capas dérmicas que otorgan un buen aspecto, tiene características similares a las

grasas vegetales, entre sus otras características se encuentra:

31

Posee un conjunto de triglicéridos, por lo tanto el chocolate es un

compuesto ternario que consta de tres sólidos en disolución: la manteca,

el azúcar cristalizado y sólidos de cacao.

Tiene seis estructuras químicas que se señalan con letras romanas del l

al Vl.

Su punto de función es cercano a los 34 a 38°C.

Se derrite fácilmente en la boca.

Tabla 2. Composición química.

Glicéridos Porcentaje

Trisaturados 2.5 a 3.0

Triinsaturados (trioleina) 1.0

Di-insaturados -

Estearo-dioleina 6 a 12

Palmito-dioleina 7 a 8

Monoinsaturados -

Oleo-diestearina 18 a 22

Oleo-palmitoestearina 52 a 57

Oleo-dipalmitina 4 a 6

Porcentajes de glicerol de la manteca de cacao. Castro, 2010

La manteca de cacao suele ser utilizada en la elaboración de películas y

recubrimientos comestibles por sus propiedades humectantes que otorgan

suavidad y flexibilidad, para prevenir la pérdida de humedad en frutas y hortalizas,

ayudando a la textura, brillo en el alimento que se desee aplicar (Vázquez-Briones

y Guerrero-Beltrán, 2014).

32

2.2.6.2 Tomate de árbol (Solanum betaceum)

Es un fruto tropical nativo de los Andes de Colombia, Perú y Ecuador, se

encuentra tres tipos de tomate de árbol que se diferencian en el color: purpura, rojo

y amarillo, tienen propiedades antioxidantes, por su contenido de fósforo, nitrógeno

y potasio (Castro-Vargas y Parada-Alfonso, 2017).

Tabla 3. Taxonomía del Solanum betaceum.

Descripción taxonómica del tomate de árbol (S. betaceum). Meza y Méndez, 2010

2.2.6.3 Producción en el Ecuador

Los principales productores y exportadores a nivel mundial del tomate de árbol

son Estados Unidos (California), Kenia, India, Sudáfrica, Colombia y Brasil.

Loor (2019), indica que Ecuador exporta desde el año 2018 hacia Estados Unidos,

actualmente exporta a 33 países alrededor del mundo como España, Francia,

Holanda, Italia, Suiza, Emiratos Árabes Unidos, Alemania, Bélgica, entre otros

países.

Reino Plantae

División Angiospermae

Clase Magnoliopsida

Subclase Asteridae

Orden Solanales

Familia Solanaceae

Género Solanum

Subgénero Cyphomandra

Sección Pachyphylla

Especie S. betaceum

33

En Ecuador, la producción del tomate de árbol se encuentra ubicada en la Sierra

ecuatoriana por sus condiciones climáticas que ayudan a su cultivo, entre las

provincias se encuentran Carchi, Imbabura, Pichincha, Cotopaxi, Tungurahua,

Cañar, Azuay, Loja. (Ver figura 3).

Figura 3. Distribución geográfica de la producción de tomate de árbol Flores, 2008

2.2.6.4 Características biológicas de la planta

Es una planta delicada al frío, crece en bosques húmedos con temperatura entre

los 13 y 24°C, tiene hojas laminadas a los extremos de las ramas, sus hojas son

de color verde oscuro, las flores son pequeñas de 1,3 a 1,5 cm de diámetro de color

blanco- rosáceo, florece en Mayo-Junio, el fruto es una baya ovoide de 4 a 8 cm -

3 a 5cm, la piel es lisa de color anaranjado en la madurez o rojo (Pinzón y Deaquiz,

2014).

34

Figura 4. Fruto del tomate de árbol (Solanum betaceum) Cajal, 2011

El tomate de árbol es una fruta no climatérica, es decir que no presentan crisis

climatéricas, deben ser recolectados casi en su punto exacto de madurez

comercial, esto implica que una vez cortados no mejoran sus características

organolépticas (FAO, 2016).

Según Castro-Vargas y Parada-Alfonso (2017), la cadena logística para el

tomate de árbol es relativamente simple, puesto que es una fruta resistente durable

dependiendo de la variedad y sin refrigeración, la fruta tiene una vida útil de 14 a

18 días, en condiciones de refrigeración la vida útil se extiende considerablemente

88 días.

2.2.6.5 Usos

Según estudios relacionados por la Corporación Financiera Nacional (CFN) el

tomate de árbol se le está otorgando una gran importancia en la medicina debido a

su alto contenido vitamínico, tiene propiedades de reducción de colesterol por su

alto contenido de fibra, vitaminas A, B, C, E y aminoácidos libres muy alto, así como

su bajo nivel de calorías. Es rico en minerales, especialmente hierro, fósforo,

magnesio, potasio y calcio, contiene niveles importantes de caroteno y proteína,

adicionalmente fortalece la visión y el sistema inmunológico, tiene gran fuente de

pectina (Loor, 2019).

35

Estudios relacionados indican que contiene sustancias como el ácido gamma

aminobutírico que baja la tensión arterial, por ello es útil para los hipertensos.

Industrialmente se han fabricado néctares, jugos turbios, mermeladas y conservas,

ofreciendo un rendimiento del 83 al 86 % en pulpa, en comparación de otras frutas

como: el melón, el mango que ofrecen rendimientos del 45 %, 64 % y 59 %

respectivamente (Pinzón y Deaquiz, 2014).

Tabla 4. Composición nutricional.

Componentes

Contenido de 100 g de parte

comestible

Valores diarios de consumo

del tomate de árbol

Acidez 1,93-1,60 -

Brix 11, 50-10,5 -

Calorías 30 -

pH 3,17-3,80 -

Humedad 86,03-87,07 -

Carbohidratos 7 g 300 g

Ceniza 0,60 g -

Fibra 1,1 g 25 g

Proteína 2 g -

Calcio 9 mg 162 mg

Caroteno 1000iu 5000 iu

Fosforo 41 mg 125 mg

Hierro 0,90 mg 18 mg

Niacina 1,07 mg 20 mg

Riboflavina 0,03 mg 1,7 mg

Tiamina 0,10 mg -

Vitamina C 25 mg 60mg

Vitamina E 2010 mg -

Composición nutricional por 100 g de parte comestible del tomate de árbol (S. betaceum). Flores, 2008

36

2.3 Marco legal

Ecuador reconoce el derecho a la alimentación en su Constitución Política

vigente desde el año 2008, como un derecho independiente aplicable a todas las

personas.

Titulo ll

2.3.1 Capítulo segundo derecho del buen vivir

Art. 13.- establece que las personas y colectivas tienen derecho a acceso seguro

y permanente a alimentos sanos, suficientes y nutritivos; preferentemente

producidos a nivel local y en correspondencia con sus diversas identidades y

tradiciones culturales.

2.3.2 Sección segunda a ambientes sano

Art. 14.- Se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y

ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak

Kawsay.

Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de

tecnologías ambientalmente limpias y de energía alternativas no contaminantes y

de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la

soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua. Se prohíbe el desarrollo,

producción, tendencia, comercialización, importación, transporte, almacenamiento

y uso de armas químicas, biológicas y nucleares, de contaminantes orgánicos

persistentes altamente tóxicos, agroquímicos internacionalmente prohibidos, y las

tecnologías y agentes biológicos experimentales nocivos y organismos

genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o que atenten

contra la 25 soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción de

37

residuos nucleares y desechos tóxicos al territorio nacional Fuente especificada

no válida.

2.3.3 LEY ORGÁNICA DEL RÉGIMEN DE LA SOBERANÍA ALIMENTARIA

Capítulo IV SANIDAD E INOCUIDAD ALIMENTARIA

Art. 24. Finalidad de la sanidad.- La sanidad e inocuidad alimentarias tienen

por objeto promover una adecuada nutrición y protección de la salud de las

personas; y prevenir, eliminar o reducir la incidencia de enfermedades que se

puedan causar o agravar por el consumo de alimentos contaminados.

Art. 25. Sanidad animal y vegetal.- El estado provendrá y controlará la

introducción y ocurrencia de enfermedades de animales y vegetales; asimismo

promoverá prácticas y tecnologías de producción, industrialización conservación y

comercialización que permitan alcanzar y afianzar la inocuidad de los productos.

Para lo cual, el Estado mantendrá campañas de erradicación de plagas y

enfermedades en animales y cultivos, fomentando el uso de productos veterinarios

y fitosanitarios amigables con el medio ambiente. Los animales que se destinen a

la alimentación humana serán reproducidos, alimentados, criados, transportados y

faenados en condiciones que preserven su bienestar y la sanidad del alimento

(Gobierno de la república del Ecuador, 2010).

38

3. Materiales y métodos

3.1 Enfoque de la investigación

3.1.1 Tipo de investigación

La presente investigación es tipo descriptiva, laboratorio, debido que se

caracteriza los comportamientos de las propiedades mecánicas de los análisis de

tracción, temperatura de transición vítrea (DSC), microscopía electrónica de barrido

(SEM) que ayudó a determinar su estructura, estos fueron ejecutados en el

Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales LEMAT, de la Escuela

Politécnica del Litoral - ESPOL. Además se detalla el descenso de peso y azúcares

en la película comestible aplicado en el tomate de árbol (S. betaceum), realizando

una comparación durante 15 días con el fruto con y sin recubrimiento determinando

su eficacia.

Es también una investigación documental debido que se utilizó información para

la elaboración de la película comestible de quitosano, cera de abeja y manteca de

cacao mediante artículos científicos, libros de la base de datos de la biblioteca

virtual de la Universidad Agraria del Ecuador.

3.1.2 Diseño de investigación

Esta investigación es no experimental debido que se describe el proceso para la

obtención de una película comestible con la finalidad de ser aplicada al tomate de

árbol como recubrimiento, realizando una comparación de su efectividad con

estudios similares de artículos científicos.

3.2 Metodología

3.2.1 Variables

3.2.1.1. Variable independiente

Concentraciones de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao.

39

3.2.1.2. Variable dependiente

Análisis de resultados de las propiedades mecánicas (Tracción, temperatura de

transición vítrea, microscopía electrónica de barrido) y tiempo de vida útil con la

aplicación de la mejor película comestible con respecto al peso y concentración de

azúcares del tomate de árbol (S. betaceum).

3.2.2 Tratamientos

En la presente investigación se utilizó 3 tratamientos para el desarrollo de una

película comestible la cual se aplicó en el tomate de árbol (S. betaceum).

Tabla 5. Proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película comestible.

Tratamientos Quitosano

Cera de abeja

Manteca de cacao

Total

(%) (%) (%) (%)

T1 50 25 25 100

T2 50 30 20 100

T3 50 35 15 100

Se utilizó 3 tratamientos para el desarrollo de la película comestible en el tomate de árbol (S. betaceum). Tello, 2020

3.2.3 Diseño experimental

En esta investigación no se utiliza diseño experimental, en efecto es descriptiva

dado que relaciona los resultados obtenidos con artículos científicos para

comprobar comportamiento, eficacia y tiempo de vida útil.

3.2.4 Recolección de datos

Se lo realizó los análisis en un laboratorio de Ensayos Metrológicos y de

Materiales LEMAT, de la Escuela Politécnica del Litoral - ESPOL perteneciente a

la ciudad de Guayaquil, donde se efectuó el análisis de tracción a 3 tratamientos

con proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao, al

mejor de esté se realizó análisis de temperatura de transición vítrea (DSC) y

estructura mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) para demostrar el

40

tiempo de vida útil del tomate de árbol (S. betaceum) con respecto a la pérdida de

peso y concentración de azúcares.

3.2.4.1.1 Recursos

Biblioteca virtual Universidad Agraria del Ecuador centro de información

Agraria.

Artículos científicos

Libros.

3.2.4.1.2 Materiales de laboratorio

Vasos de precipitación 250 ml y 1000 ml.

Varilla de vidrio.

Cajas Petri 10*10 cm

Pipeta de vidrio 1 ml, Pasteur estéril, graduada 0.1

Pera de succión.

Probeta graduada de 200 ml.

Vidrio reloj.

Espátula.

Bandeja de polipropileno 750 cc.

Papel aluminio.

Bolsas ziploc 17.7 cm x 18 cm

Equipo de protección personal (mandil, cofia, mascarilla, guantes).

3.2.4.1.3 Materias primas

Tomate de árbol (S. betaceum).

Quitosano 90 % grado de desacetilación.

Cera de abeja.

41

Manteca de cacao.

3.2.4.1.3 Reactivos

Solución de ácido peracético al 0.1 %.

Glicerol 99 % de pureza

Ácido acético 99 % de pureza

Tween 80 %, pureza del 90 %

3.2.4.1.4 Equipos de laboratorio

Balanza analítica ± 0,1 mg, capacidad máxima de 110 hasta 1010 g.

Agitador magnético (2200 rpm).

Micropipeta de 0 a 100 μl.

Refractómetro ± 0,3 % °Brix.

Equipo para ensayo de tracción (UTM)

Temperatura de transición vítrea – calorímetro diferencial de barrido (DSC

Q200 V24.11 Build 124)

Microscopio electrónico de barrido; 330 mm (W) x 490 mm (D) x 430 mm

(H); 50 Kg.

42

3.2.4.2. Métodos y técnicas

3.2.4.2.1 Diagrama de elaboración de la película comestible de quitosano, cera

de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol (S. betaceum)

Figura 5. Diagrama de proceso de la película comestible Tello, 2020

Inicio

Recepción de la

Materia prima

Selección

Lavado

Secado

Preparación de

la película.

Recubrimiento

Almacenamiento

Inmersión de ácido peracético al

0.1 %

Quitosano Cera de abeja Manteca de

cacao

Temperatura de 80 °C a t =10 min. Enfriamiento hasta

(25 °C)

4 °C

Tomate de árbol

Fin

Evaluación del tiempo de vida útil

43

3.2.4.2.1 Descripción del proceso de la película comestible de quitosano,

cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol (Solamun betaceum)

Recepción de la fruta

La recolección del tomate de árbol para su respectiva elección se realizó de

acuerdo a parámetros de calidad de la NTE INEN 1909, debe presentar un grado

de color entre 5 o 6 para su aceptación evitando la recolección de agentes físicos

que puedan entran en contacto con el fruto (ver anexo 1).

Selección

Se seleccionó mediante parámetros de calidad; firmeza, coloración de la

cáscara entre roja a púrpura para ser utilizado en la aplicación de la película

comestible.

Lavado

Las frutas de tomate de árbol fueron lavadas utilizando ácido peracético al 0.1%,

para su preparación se usó un vaso precipitado con 1 L de agua destilada, con la

ayuda de una pipeta simple se tomó una alícuota de 2 ml del reactivo y se vertió en

el vaso precipitado agitando constantemente durante 1 minuto con el uso de una

varilla de vidrio. Posteriormente se vertió la solución en una bandeja de

polipropileno 750 cc, se agregó el fruto dejando reposar por 2 minutos para

desinfectarlo y de inmediato se enjuagó el tomate de árbol en el grifo para liberar

el exceso de solución.

Secado

Se dejó secar el tomate de árbol durante 15 minutos a temperatura ambiente 20

°C - 25 °C con la finalidad que el fruto no retenga humedad.

44

Preparación de la película

Se preparó una solución 1.5 g de quitosano en 100 ml de agua destilada. Luego

se agregó 1 ml de ácido acético con una agitación constante de 1200 rpm a 30 °C

durante 24 horas. Después del tiempo estimado se añadió 59 μl de glicerol como

plastificante. Para la preparación de la cera de abeja y manteca de cacao, se

disolvió a una temperatura de 80 °C la cera de abeja en baño María por 8 minutos.

Pasado de los 8 minutos se retiró del baño María y se agregó la manteca de cacao

previamente derretida en baño María a 36 °C X 8 min. Posteriormente se agregó

231 μl de tween y se agitó durante 1 minuto para añadirlo en la solución 1

(quitosano + agua destilada + ácido acético) con una agitación constantemente con

la ayuda de una varilla de vidrio durante 10 minutos hasta alcanzar una mezcla

homogénea, luego se dejó enfriar a 25 °C. Se vertió la solución realizada en cajas

Petri previamente esterilizadas, rotuladas 10*10 cm, se dejó enfriar por 48 horas

para proceder a cortar las muestras con las siguientes dimensiones: 80 mm de

largo x 25 mm de ancho (ver Anexo 6). Las muestras cortadas fueron almacenadas

a temperatura ambiente (25 °C) en cajas Petri para realizar posteriores análisis de

tracción, temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía

electrónica de barrido (SEM).

Recubrimiento

Con la preparación de la película a base del mejor tratamiento de tracción, se

aplicó al tomate de árbol por el método de inmersión durante 15 minutos con la

finalidad de que la solución se adhiera a la piel del fruto, luego del tiempo estimado

se retiran los frutos de la solución. Se utilizó bandejas PET a fin de realizar un arco

con palillos de madera para colocarlo encima del recipiente, se colgaron los frutos

45

recubiertos en el arco con la ayuda de un hilo y se dejó secar durante 1 hora (ver

Anexo 7).

Almacenamiento

Una vez aplicada el recubrimiento al fruto se almacenó en presencia de tomate

de árbol sin recubrimiento en bandejas de polipropileno 750 cc, a temperatura de 4

°C por un periodo de 15 días.

Evaluación de la vida útil

Se analizó el tiempo de vida útil del tomate de árbol con y sin recubrimiento por

medio de la pérdida de peso y concentración de azúcares durante15 días para

saber la factibilidad de la película comestible aplicada al fruto.

3.2.4.2.3 Normativa de Codex Alimentarius

Para el límite máximo del uso del quitosano, cera de abeja y manteca de cacao

no se encontraron fuentes normativas que indiquen cantidades máximas a

utilizarse. Se utilizó como referencias artículos científicos con respecto al

porcentaje relacionado aplicado en películas comestibles.

3.2.4.2.4 Método para ensayo de las propiedades mecánica de tracción ISO

527 - 2

El método de ensayo de tracción ayuda a determinar las propiedades de un

material plástico mediante tensión de tracción, deformación, punto de fluencia,

punto de rotura y coeficiente de Poisson, estas propiedades mecánicas se

determinan al tirar la muestra de ensayo hasta llegar a su punto de ruptura. Se

colocan las muestras de ensayo con forma de halterio en las mordazas de una

máquina de ensayo universal (UTM), estarán sujetas a una tensión controlada

hasta lograr que fallen, las velocidades de ensayo varían según el tipo de muestra

46

para lograr un grado de deformación de 1 % / min y se utiliza un extensómetro para

medir los parámetros de medición.

3.2.4.2.5 Método ASTM D882 para ensayo de materiales plásticos

El método ASTM D882 ayuda a caracterizar las películas plásticas delgadas que

tengan un grosor menor de 1mm, es utilizado para medir, módulo de tensión,

elasticidad, alargamiento y resistencia de tensión en la ruptura, implementa el

mismo procedimiento de la ISO 527 - 2 para el ensayo de muestras.

3.2.4.2.6 Temperatura de transición vítrea (Tg)

La temperatura de transición vítrea se encuentra relacionada con las

propiedades mecánicas de un material plástico tales como resistencia, fragilidad,

dureza, elongación a una región de temperatura en la cual se producen cambios

de las propiedades del material tales como la entalpía, el volumen. Se caracteriza

por un abrupto incremento de la capacidad calorífica del material, cuando el plástico

se encuentra a temperaturas inferiores a su Tg - 60 °C el movimiento de las

cadenas poliméricas disminuye haciendo que el material adquiera un

comportamiento rígido y quebradizo, en cambio a temperaturas superiores a su Tg

100 °C el movimiento de las cadenas poliméricas aumenta haciendo que el material

adquiera un comportamiento elástico (Fernández, 2016).

3.2.4.2.7 Microscopía electrónica de barrido

Es un sistema de procesamiento computarizado que permite observar y

caracterizar la morfología de los polímeros, se basa en un detector de electrones

secundarios para obtener imágenes de alta resolución mediante un detector de

electrones retrodispersados que permite la obtención de imágenes de la estructura

del material analizado a través de un proceso de rastreo (Ángulo y Tantaleán, 2016)

(ver figura 6).

47

Figura 6. Sistema de procesamiento computarizado, microscopía electrónica de barrido Angulo y Tantaleán, 2016

3.2.5 Análisis estadístico

Esta investigación es tipo descriptiva, por lo tanto no se utilizó fórmulas

estadísticas. Se realizó 3 tratamientos con proporciones diferentes de quitosano,

cera de abeja y manteca de cacao, se ejecutaron análisis de tracción, al mejor se

le realizó análisis de temperatura de transición vítrea (DSC) y microscopía

electrónica de barrido (SEM) para determinar la estructura de la película

comestible.

48

4. Resultados

4.1 Elaboración de la película comestible con tres tratamientos en

proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao

aplicado al tomate de árbol (Solanum betaceum).

Se estudió tres formulaciones, compuesta por una mezcla base que se mantuvo

constante: quitosano, agua destilada, ácido acético, glicerol y Tween 80, cuyas

cantidades estuvieron dentro de límites funcionales establecidos por medio de

ensayos iniciales, escogiendo como punto de inicio la mezcla base.

Se pesó 1.5 g de quitosano en 100 ml de agua destilada, luego se agregó

1 ml de ácido acético y se calentó a 30 °C durante 24 horas. De acuerdo

a la siguiente ecuación (Ec 1), se determinó el límite máximo de dicho

compuesto (2 %):

% = Soluto

Soluciónx 100

Solución = Soluto

%x 100 %

Solución = 1.5

2 %x 100 %

Solución = 100 ml - 1.5 g

H2O = 99 ml

Ec (1)

Se añadió glicerol en una proporción de quitosano-plastificante de 2: 1

para todas las soluciones de quitosano 1.

2: 1

1.5 g: 0.75 g

Se realizó el cálculo del glicerol como plastificante, mediante la siguiente

ecuación (Ec 2):

49

d = m

v

d * v = m

v = m

d

v = 0.75 g

1.26 g/cm3

v = 0.59 cm3de glicerol

0.59 cm3 (1.0 ml

1.0 cm3) = 0.59 ml

0.59 ml 1000μl

1ml = 59 μl de glicerol

Ec (2)

Posteriormente, el glicerol se añadió a la mezcla de dispersión y se

homogenizó a 12.400 rpm durante 4 minutos a 90 °C, hasta que se

consiguió una mezcla homogénea y estable. Se disolvió a una

temperatura de 80 °C la cera de abeja en baño María por 8 minutos.

Pasado los 8 minutos se retiró del baño María y se agregó la manteca de

cacao previamente derretida en baño María a 75 °C X 8 min.

Posteriormente se agregó 231 μl de tween y se agitó durante 1 minuto,

se mezcló constantemente con la ayuda de una varilla de vidrio durante

10 minutos hasta alcanzar una mezcla homogénea, luego se dejó enfriar

a 25 °C.

4.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero.

Relación cera, manteca y tween

60:40

0.75 %: 0.25 %

50

4.1.1.1 Cálculos en base a la relación del polímero.

Se realizaron cálculos para la adición de cera de abeja y manteca de cacao en

relación al quitosano a fin de preparar la película comestible respetando el diseño

de la investigación (ver tabla 5).

Tratamiento 1

Cálculo para adición, cera de abeja en base al polímero 1.5 g de quitosano.

1.5 g 100 %

X 25 %

=0.375 g Cera de abeja

Cálculo para adición, manteca de cacao en base al polímero 1.5 g de quitosano.

1.5 g 100 %

X 25 %

=0.375 g Manteca de cacao

Se realizó el cálculo del tween 80 como emulsionante en la preparación de la

película comestible su uso ayudó a disolver las grasas para adicionarlo en la mezcla

de manteca de cacao y cera de abeja mediante la siguiente ecuación (Ec 3).

d = m

v

d * v = m

v = m

d

v = 0.25 g

1.08 g/cm3

v = 0.231 cm3de Tween

0.231 cm3 (1.0 ml

1.0 cm3) = 0.231 ml

0.231 ml 1000μl

1ml = 231 μl de Tween

Ec (3)

51

De la misma forma se calcularon los 2 tratamientos siguientes en base a las

proporciones de cada tratamiento para el desarrollo de la película comestible (ver

tabla 6).

Tabla 6. Formulación efectuada en relación al polímero para el desarrollo de la película comestible.

Tratamientos Quitosano

Cera de abeja

Manteca de cacao

Twenn

(g) (g) (g) (μl)

T1 1.5 0.375 0.375 231 T2 1.5 0.45 0.30 231 T3 1.5 0.525 0.225 231

Se utilizó 3 tratamientos en proporciones diferentes para el desarrollo de la película comestible aplicada al tomate de árbol (S. betaceum) Tello, 2020

Finalmente, las mezclas se vertieron en cajas Petri 10*10 cm y se dejaron

secar a 29 °C durante 48 horas (ver figura 7) para proceder a cortar las

muestras con las siguientes dimensiones: 80 mm de largo x 25 mm de ancho

(ver Anexo 6).

Composición Observación visual

Quitosano 1.5 g

Cera de abeja 0.375 g

Manteca de cacao 0.375 g

Tween 231 μl

Glicerol 59 μl

Quitosano 1.5 g



Tween 231 μl

Glicerol 59 μl

Quitosano 1.5 g



Tween 231 μl

Glicerol 59 μl

Figura 7. Observación de las películas comestibles y composición utilizada para su elaboración Tello, 2020

52

4.2 Evaluación del mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas

de tracción más óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate

de árbol (Solanum betaceum)

El ensayo de las propiedades mecánicas de tracción se realizó en LEMAT con

las muestras previamente cortadas (80 mm de largo x 25 mm de ancho), se analizó

los 3 tratamientos con proporciones diferentes de quitosano, cera de abeja y

manteca de cacao, para obtener valores significativos en el ensayo tracción se

realizó 7 replicaciones a cada tratamiento para caracterizar, cuál es el mejor basado

en resistencia pero para determinar el espesor, anchura y longitud calibrada se

realizó a 5 muestras debido que las 2 muestras siguientes no cumplían con

dimensiones adecuadas para su determinación pero si cumplían para ejecutar el

ensayo de tracción.

El espesor de los 3 tratamientos fue medido utilizando un micrómetro digital

(marca MItutuyo con presión 0 – 20000 PSI), el resultado del espesor en todas las

muestras fue expresado en mm (ver tablas 7, 9, 11).

Tabla 7. Determinación del espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en las películas, respeto al tratamiento 1.

No.

Espesor

(mm)

Anchura

(mm)

Longitud calibrada

(mm)

20-5364 – 1 T1 0.0560 25 25

20-5364 – 2 T1 0.0770 25 25

20-5364 – 3 T1 0.0750 25 25

20-5364 – 4 T1 0.0630 25 25

20-5364 – 5 T1 0.0780 25 25

Valores en respuesta al espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020

53

Los valores que se encuentran en la tabla 7 corresponde al tratamiento 1

(quitosano 50 %, cera de abeja 25 % y manteca de cacao 25 %), la muestra 20-

5364 – 5 T1 con 0.0780 mm, posee mayor espesor en comparación a las otras

muestras del T1 por lo tanto, tiene mayor probabilidad de resistencia en su

elasticidad. Para todas las muestras de T1 presentaron 25 mm de ancho y 25.000

mm de longitud calibrada, valor que corresponde a la distancia de separación entre

unto a otro para determinar su resistencia.

Tabla 8. Propiedades mecánicas de la película con respecto a la formulación del tratamiento 1.

No.

Esfuerzo máximo

(MPa)

Deformación a

la rotura (%)

Carga máxima

(N)

20-5364 – 1 T1 11.5 18.6840 16.2

20-5364 – 2 T1 4.54 7.42000 8.74

20-5364 – 3 T1 9.06 29.0240 17.0

20-5364 – 4 T1 4.96 3.10000 7.82

20-5364 – 5 T1 5.59 13.8920 10.9

Media 7.13 14.4240 12.1

Desviación estándar 3.03 10.1 4.24

Valores en respuesta a las propiedades mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima (N) en relación al tratamiento 1. LEMAT, 2020

De acuerdo con las propiedades mecánicas de la película con respecto a la

formulación del tratamiento 1 (quitosano 50 %, cera de abeja 25 % y manteca de

cacao 25 %), se analizó 5 muestras para su ejecución, considerando los resultados

la media obtenida de la tabla, indica que el esfuerzo máximo es de 7.13 (MPa),

deformación a la rotura es 14.4240 % y carga máxima 12.1 N.

54

Deformación (%)

Figura 8. Gráfico de las propiedades mecánicas del tratamiento 1 con respecto al esfuerzo y deformación LEMAT, 2020

Para determinar el esfuerzo máximo y la deformación en las películas se realizó

a 7 muestras en base del tratamiento 1 (T1) (quitosano 50 %, cera de abeja 25 %

y manteca de cacao 25 %), el gráfico de la figura 8 indica que 3 muestras del T1

demostraron mayor resistencia y deformidad (20-5364 -1 T1, 20-5364 -3 T1, 20-

5364 -6 T1), las 4 muestras restantes fueron muy débiles y no llegaron a tener una

buena resistencia. La muestra 20-5364 -1 T1, se visualiza que el esfuerzo máximo

es de 11.5 MPa, y se deforma a 18.6840 %, si sobrepasa la carga máxima de 16.2

N se provoca el fallo elástico de la muestra. A diferencia de la muestra 20-5364 -3

T1 el esfuerzo máximo es menor que la prima muestra con 9.6 MPa pero tiene una

mayor deformación a la rotura de 29.0240 %. Es decir que la muestra 20-5364 -3

T1 mientras menor sea su esfuerzo mayor es su deformación.

Esfu

erz

o (

MP

a)

55

Tabla 9. Valores de espesor (mm) en relación a la anchura (mm) y longitud calibrada (mm) del tratamiento 2.

No.

Espesor

(mm)

Anchura

(mm)

Longitud calibrada

(mm)

20-5364 – 1 T2 0.0750 25 25

20-5364 – 2 T2 0.1070 25 25

20-5364 – 3 T2 0.0930 25 25

20-5364 – 4 T2 0.0730 25 25

20-5364 – 5 T2 0.0600 25 25

Resultado de las muestras del tratamiento 2 con respecto, espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020



5364 – 2 T2 con 0.10700 mm, posee mayor espesor en comparación a las otras

muestras del T2 por lo tanto, tiene mayor probabilidad de resistencia en el ensayo

de tracción. Para todas las muestras de T2 presentaron 25 mm de ancho y 25.000

mm de longitud calibrada.

Tabla 10. Propiedades mecánicas en base del tratamiento 2.

No.

Esfuerzo máximo

(MPa)

Deformación a la

rotura (%)

Carga máxima

(N)

20-5364 – 1 T2 8.81 4.54400 16.5

20-5364 – 2 T2 6.85 6.89600 18.3

20-5364 – 3 T2 5.89 7.54800 13.7

20-5364 – 4 T2 7.08 10.6040 12.9

20-5364 – 5 T2 8.47 21.9200 12.7

Media 7.42 10.3024 14.8



56

Los resultados mostrados en la tabla 10 corresponden a las propiedades

mecánicas con respecto a las películas del tratamiento 2 (quitosano 50 %, cera de

abeja 30 % y manteca de cacao 20 %), se realizó el análisis de tracción a 5

muestras considerando los valores de la media, indicando que el esfuerzo máximo

es de 7.42 MPa, deformación a la rotura es 10.3024 % y carga máxima 14.8 N.

Deformación (%)


Se determinó el esfuerzo máximo y deformación a 7 muestras con respecto al

T2 (quitosano 50 %, cera de abeja 30 % y manteca de cacao 20 %), el gráfico de

la figura 9 indica que la muestra 20-5364 - 4 T2 destacó por su mayor resistencia

pero la muestra 20-5364 - 7 T2 fue la mejor porque con menor resistencia, mayor

fue su deformación de a la rotura. Las demás muestras del T2 llegaron a tener

mejor resistencia en comparación al T1 y mayor deformación.

Esfu

erz

o (

MP

a)

57

Tabla 11. Valores de espesor (mm), anchura (mm) y longitud calibrada (mm) en las películas del tratamiento 3.

No.

Espesor

(mm)

Anchura

(mm)

Longitud calibrada

(mm)

20-5364 – 1 T3 0.0980 25 25

20-5364 – 2 T3 0.0580 25 25

20-5364 – 3 T3 0.0430 25 25

20-5364 – 4 T3 0.0620 25 25

20-5364 – 5 T3 0.0770 25 25

Resultado del espesor (mm) de las películas en relación a la anchura (mm) y longitud calibrada (mm). LEMAT, 2020



5364 – 1 T3 con 0.0980 mm, 25 mm de ancho y 25.000 mm de longitud calibrada,

posee mayor espesor en comparación a las otras muestras del T3 por lo tanto,

tiene mayor probabilidad de resistencia en el ensayo de tracción.

Tabla 12. Propiedades mecánicas de las películas con respecto al tratamiento 3.

No.

Esfuerzo máximo

(MPa)

Deformación a la

rotura (%)

Carga máxima

(N)

20-5364 – 1 T3 12.8 6.58400 31.5

20-5364 – 2 T3 9.28 9.59200 13.5

20-5364 – 3 T3 13.1 17.8760 14.1

20-5364 – 4 T3 7.33 16.4000 11.4

20-5364 – 5 T3 10.2 8.85600 19.6

Media 10.5 11.8616 18.0



58

De acuerdo con las propiedades mecánicas de la película con respecto a la

formulación del tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de

cacao 15 %), se analizó 5 muestras para su ejecución, considerando los resultados

la media obtenida de la tabla, indica que el esfuerzo máximo es de 10.5 (MPa),

deformación a la rotura es 11.8616 % y carga máxima 18.0 N.

Deformación (%)


El esfuerzo y deformación que se visualizan en la figura 10, se realizó a 7

muestras en base del tratamiento 3 (T3) (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y

manteca de cacao 15 %), la muestra 20-5364 - 7 T3 destacó por su mayor

resistencia (46 MPa) y menor deformación a la rotura (13 %), consecuentemente

la muestra 20-5364 - 3 T3 posee menor esfuerzo (13.1 MPa) y mayor deformación

a la rotura 17.8760 %, es decir tiene un comportamiento elástico en su estructura

que permite mayor elasticidad, mientras que las demás muestras del T3 también

tienen menor esfuerzo y mayor deformación. Por lo tanto las muestras del

Esfu

erz

o (

MP

a)

59

tratamiento 3 que fueron sometidas al análisis de tracción poseen características

elásticas, mientras menor sea el esfuerzo mayor es su deformación a la rotura.

El mejor tratamiento basado en las propiedades mecánicas de tracción más

óptima para utilizarlo como recubrimiento en el tomate de árbol es el tratamiento 3

debido que su formulación quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao

15 % se fusionaron para obtener buenas películas.

El T3 se diferencia de los 2 tratamientos por poseer mayor cantidad de cera de

abeja (35 %), esta materia prima contiene pequeñas cantidades de hidrocarburos

insaturados que son responsables de su flexibilidad en las películas. La manteca

de cacao usada en pequeña cantidad (15 %) en las películas también ayudó a

obtener muestras flexibles, manejables aportando buenos resultados en la

deformación a la rotura.

La adición de emulsionante (Tween 80) y plastificante (glicerol) ayudó a la

deformación de las películas pero disminuyó su resistencia a la tracción. Esto

puede explicarse por el hecho de que el tamaño molecular del Tween 80 y glicerol

son relativamente pequeños que podrían ocupar el espacio entre el polímero

(quitosano) aumentando aún más la movilidad de la cadena, potenciando el efecto

plastificante.

4.3 Ejecución del análisis de temperatura de transición vítrea y estructura


tracción.

El análisis de temperatura de transición vítrea (Tg) se realizó al tratamiento 3

(quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %), considerado el

mejor, basado en las propiedades mecánicas de tracción con buenos resultados

de esfuerzo máximo (10.5 MPa), deformación a la rotura (11.8616 %) y carga

60

máxima (18.0 N). La película del tratamiento 3 se analizó mediante calorímetro

diferencial de barrido (DSC Q200 V24.11 Build 124), este instrumento mide la Tg a

través de un programa de temperatura controlada (calor / frío / calor). Las muestras

se escanearon en el rango de temperatura de - 25 °C a 100 °C con velocidades de

calentamiento de 2 a 10 °C / min. Se utilizó gas nitrógeno para ambientar la muestra

con el fin de ejecutar el análisis de Tg, escogiendo como el punto de inflexión (punto

medio) el incremento de la capacidad calorífica específica.

Temperatura (°C)

Figura 11. Gráfica del análisis de temperatura de transición vítrea en relación al mejor tratamiento de tracción (T3) LEMAT, 2020

En la gráfica de la figura 11 se visualiza 4 picos en relación al flujo de calor de

un punto a otro con variaciones de temperaturas ascendentes y descendentes. La

temperatura ascendente comienza desde el primer pico 0.3 W / g con 11.90 °C,

sube al segundo pico es de 0.4 W / g con 52.49 °C y se debilita llegando a un

descenso por bajo flujo de calor al tercer pico 56.82 °C, luego el flujo de calor

asciende con una pequeña curva conformada por 3 puntos de calor, 42.37 °C,

39.56 °C, 39.29 °C, llegando al cuarto pico con 18.41 °C y asciende hasta su punto

Flu

jo d

e c

alo

r (W

/ g

)

61

inicial. Por lo tanto se observa cambios de temperatura que comienza con un

ascenso de flujo de calor formando picos de temperaturas pero el flujo de calor

desciende y asciende hasta llegar a su punto de inicio. Es decir, mientras mayor es

el flujo de calor mayor es su temperatura y a menor flujo de calor menor es su

temperatura.

El primer pico de Tg 11.90 °C corresponde a la cristalización tipo β en su

estructura de la manteca de cacao, al poseer un conjunto de triglicéridos (la

manteca, el azúcar cristalizado y sólidos de cacao) al llegar a esta temperatura

(11.90 °C) se disuelve perdiendo sus propiedades humectantes en la película. El

segundo pico se observó a 52.49 °C, se encuentra asociado con la evaporación del

agua y ácido acético, el tercer pico a 56.82 °C corresponde a la degradación de la

estructura del polímero (quitosano) 2-amino-2desoxi-D-glucosa, incluyendo la

descomposición de las unidades acetiladas, desacetiladas en la cadena polimérica

y deshidratación de los anillos sacáridos. Después del tercer pico se forma una

pequeña curva conformada por 3 puntos de calor (42.37 °C, 39.56 °C, 39.29 °C),

la Tg entre 42.37 °C y 39.56 °C es otorgado al Tween 80 a estas temperaturas el

emulsionante se cristaliza debido a presencia de un anfifilo (glicerol) al llegar a la

Tg entre 39.56 °C y 39.28 °C el glicerol produce una plastificación en la cadena del

polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de las moléculas, esto

ocasiona la disminución del flujo de calor (- 0.3 W / g). El cuarto pico se forma a

18.41 °C pertenece a la Tg de la cera de abeja, su flujo de calor es bajo (- 0.1 W /

g) porque las películas que contienen cera retienen una mayor cantidad de

humedad (debido al efecto protector de la cera para la evaporación del agua). Es

decir que al llegar a - 0.1 W / g con 18.41 °C el agua que retiene la cera de abeja

se evapora, obteniendo una estructura de la película dura y quebradiza.

62

4.3.1 Micrografías de película comestible basada en el mejor tratamiento de

tracción (T3)

El tratamiento 3 con formulación quitosano (50 %), cera de abeja (35 %) y

manteca de cacao (15 %) fue la mejor película, basada en las propiedades

mecánicas (esfuerzo máximo (MPa), deformación a la rotura (%) y carga máxima

(N). Se realizó el análisis de microscopia electrónica de barrido (SEM) con la

finalidad de caracterizar la estructura de la mejor película (T3).

Figura 12. Visualización de la estructura del mejor tratamiento (T3) en SEM, a) micrografía panorámica con 250 x de resolución, b) micrografía superficial con 1000 x de resolución, c) micrografía central de la película con 2500 x de resolución, d) micrografía con 5000 x máximo de resolución LEMAT, 2020

La imagen de micrografía en la figura 12 a) se visualiza muestra plana, sin

grietas, ni rugosidad, pero con pequeñas partículas en la superficie, debido a la

a) b)

c) d)

63

presencia del polímero (quitosano) dispersos en la muestra, b) observación de

grietas, gránulos dispersos en la muestra analizada, c) superficie porosa debido a

la interacción del glicerol como plastificante, provocó la formación de grietas, poros

y gránulos, d) con 5000 x máximo de resolución ayudó a observar un gránulo con

orificio en el centro de forma semejante a una dona, este efecto indeseable es

atribuido a la concentración quitosano en agua destilada más ácido acético, esto

sucedió por un proceso incompleto de gelatinización que impidieron las partículas

del quitosano se disuelva completamente pero se puede mejorar con ajustes de

temperatura y tiempo en la elaboración de nuevas películas.

El comportamiento de la cera de abeja en relación al polímero ayudó que las

muestras sean planas, compactas por sus buenas propiedades de barrera pero

provocó grietas en diferentes partes de la muestra a causa de su estructura. A

diferencia de la manteca de cacao presenta un comportamiento poliforme por la

presencia de cristales en su estructura, es decir que tiene buenas propiedades

humectantes, su adición en proporciones bajas aporta flexibilidad, suavidad en la

película.

Por lo tanto se puede atribuir al quitosano en mayor proporción tiene una mejor

interacción con la cera de abeja y manteca de cacao obteniendo películas sin

rugosidades.

4.4 Demostración del tiempo de vida útil del tomate de árbol (Solanum

betaceum) con la aplicación de la mejor película comestible, respecto a

la pérdida de peso y concentración de azúcares.

El tomate de árbol se almacenó en presencia de 15 frutos con y sin

recubrimiento, aplicando la mejor película comestible correspondiente al

tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 25 %),

64

durante 15 días a 4 °C. Cada día se midió la pérdida de peso con una balanza

analítica (± 0,1 mg, capacidad máxima de 110 hasta 1010 g) para demostrar la

factibilidad del recubrimiento en el fruto.

Tabla 13. Pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento.

No.

Peso (g)

Días de almacenamiento

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 109 109 109 109 108 108 108 107 107 106 106 105 104 103 102

2 114 114 114 114 113 113 113 112 112 111 111 110 109 108 107

3 98 98 98 98 97 97 97 96 96 95 95 94 93 92 91

4 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92

5 107 107 107 107 106 106 106 105 105 104 104 103 102 101 100

6 108 108 108 108 107 107 107 106 106 105 105 104 103 102 101

7 97 97 97 97 96 96 96 95 95 94 94 93 92 91 90

8 107 107 107 107 106 106 106 105 105 104 104 103 102 101 100

9 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92

10 108 108 108 108 107 107 107 106 106 105 105 104 103 102 101

11 91 91 91 91 90 90 90 89 89 88 88 87 86 85 84

12 104 104 104 104 103 103 103 102 102 101 101 100 99 98 97

13 102 102 102 102 101 101 101 100 100 99 99 98 97 96 95

14 101 101 101 101 100 100 100 99 99 98 98 97 96 95 94

15 99 99 99 99 98 98 98 97 97 96 96 95 94 93 92

Media 102,87 102,87 102,87 102,87 101,87 101,87 101,87 100,87 100,87 99,87 99,87 98,87 97,87 96,87 95,87 Desv. Est 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,9626 5,963 5,963 5,963 5,963 5,963 5,963

Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

Los valores que se encuentran en la tabla 13 indican la pérdida de peso

progresivo en el tomate de árbol con recubrimiento, considerando los resultados

del promedio (media) en los 15 frutos pesados. Del primero al cuarto día el peso se

mantuvo (102,87 g), a partir del quinto día baja (101,87 g), manteniéndose hasta el

séptimo día. Sin embargo del octavo al noveno día el peso desciende (100,87 g),

el décimo y onceavo día baja (99,87 g), los días restantes de la experimentación la

frecuencia de peso desciende cada día.

65

Figura 13. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento durante 15 días a 4 °C. Tello, 2020

En los 15 tomates de árbol con recubrimiento que fueron expuestos a 4 °C

durante 15 días tiene una frecuencia que mantiene el peso durante los primeros

cuatro días, después comienza a descender su peso los tres días posteriores y los

demás días desciende progresivamente el peso.

Tabla 14. Pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.

No.

Peso (g)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 104 104 103 103 102 101 100 100 99 98 97 96 95 94 93

2 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94

3 102 102 101 101 100 99 98 98 97 96 95 94 93 92 91

4 95 95 94 94 93 92 91 91 90 89 88 87 86 85 84

5 111 111 110 110 109 108 107 107 106 105 104 103 102 101 100

6 114 114 113 113 112 111 110 110 109 108 107 106 105 104 103

7 114 114 113 113 112 111 110 110 109 108 107 106 105 104 103

8 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94

9 99 99 98 98 97 96 95 95 94 93 92 91 90 89 88

10 108 108 107 107 106 105 104 104 103 102 101 100 99 98 97

11 105 105 104 104 103 102 101 101 100 99 98 97 96 95 94

12 104 104 103 103 102 101 100 100 99 98 97 96 95 94 93

13 111 111 110 110 109 108 107 107 106 105 104 103 102 101 100

14 108 108 107 107 106 105 104 104 103 102 101 100 99 98 97

15 86 86 85 85 84 83 82 82 81 80 79 78 77 76 75

Media 104,73 104,73 103,73 103,73 102,73 101,73 100,73 100,73 99,733 98,73 97,73 96,73 95,733 94,73 93,73 Desv. Est. 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,3627 7,363 7,363 7,363 7,3627 7,363 7,363

Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

92

94

96

98

100

102

104

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Pes

o (

g)

Tiempo de almacenamiento (días)

66


progresivo en el tomate de árbol sin recubrimiento, considerando los resultados del

promedio (media) en los 15 frutos pesados. Los dos primeros días el peso se

mantuvo (104,73 g), a partir del tercer día baja su peso manteniéndose al cuarto

día (103,73 g), los días restantes de la experimentación la frecuencia de peso

desciende.

Figura 14. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020

En la gráfica de la figura 14 se visualiza el descenso de la pérdida de peso en

15 tomates de árbol sin recubrimiento que fueron expuestos a 4 °C durante 15 días,

en los dos primeros días se mantiene su peso pero en el octavo día baja

progresivamente. Para determinar el porcentaje de la pérdida de peso (% PP) en

frutos con y sin recubrimiento se lo realizó mediante la ecuación (ver tabla 15 y 16):

% PP= Peso Inicial - Peso final

Peso inicialx 100

85

90

95

100

105

110

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Pes

o (

g)

Tiempo de almacenamiento (días)

67

Tabla 15. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con recubrimiento.

No.

Peso (%)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 0 0 0 0,92 0,92 0,92 0,83 0,83 2,75 2,75 3,67 4,59 5,50 6,42

2 0 0 0 0 0,88 0,88 0,88 1,75 1,75 2,63 2,63 3,51 4,39 5,26 6,14

3 0 0 0 0 1,02 1,02 1,02 2,04 2,04 3,06 3,06 4,08 5,10 6,12 7,14

4 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07

5 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,87 1,87 2,80 2,80 3,74 4,67 5,61 6,54

6 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,85 1,85 2,78 2,78 3,70 4,63 5,56 6,48

7 0 0 0 0 1,03 1,03 1,03 2,06 2,06 3,09 3,09 4,12 5,15 6,19 7,22

8 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,87 1,87 2,80 2,80 3,74 4,67 5,61 6,54

9 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07

10 0 0 0 0 0,93 0,93 0,93 1,85 1,85 2,78 2,78 3,70 4,63 5,56 6,48

11 0 0 0 0 1,09 1,09 1,09 2,20 2,20 3,30 3,30 4,40 5,50 6,60 7,70

12 0 0 0 0 0,96 0,96 0,96 1,92 1,92 2,88 2,88 3,85 4,81 5,77 6,73

13 0 0 0 0 0,98 0,98 0,98 1,96 1,96 2,94 2,94 3,92 4,90 5,88 6,86

14 0 0 0 0 0,99 0,99 0,99 1,98 1,98 2,97 2,97 3,96 4,95 5,94 6,93

15 0 0 0 0 1,01 1,01 1,01 2,02 2,02 3,03 3,03 4,04 5,32 6,06 7,07

Media 0 0 0 0 0,975 0,97 0,975 1,88 1,883 2,925 2,925 3,90 4,93 5,85 6,83 Desv.

Est 0 0 0 0 0,055 0,06 0,055 0,31 0,312 0,172 0,172 0,23 0,34 0,34 0,40

Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

Tabla 16. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento.

No.

Peso (%)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,85 3,85 4,81 5,77 6,73 7,70 8,65 9,62 10,58

2 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48

3 0 0 0,98 0,98 1,96 2,94 3,92 3,92 4,90 5,88 6,86 7,84 8,82 9,80 10,78

4 0 0 1,05 1,05 2,11 3,16 4,21 4,21 5,26 6,31 7,37 8,42 9,47 10,53 11,58

5 0 0 0,90 0,90 1,80 2,70 3,60 3,60 4,50 5,41 6,31 7,21 8,11 9,01 9,91

6 0 0 0,88 0,88 1,75 2,63 3,51 3,51 4,39 5,26 6,14 7,02 7,89 8,77 9,65

7 0 0 0,88 0,88 1,75 2,63 3,51 3,51 4,39 5,26 6,14 7,02 7,89 8,77 9,65

8 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48

9 0 0 1,01 1,01 2,02 3,03 4,04 4,04 5,05 6,06 7,07 8,08 9,10 10,10 11,11

10 0 0 0,93 0,93 1,85 2,78 3,70 3,70 4,63 5,56 6,48 7,41 8,33 9,26 10,19

11 0 0 0,95 0,95 1,90 2,86 3,81 3,81 4,76 5,71 6,67 7,62 8,57 9,52 10,48

12 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,85 3,85 4,81 5,77 6,73 7,70 8,65 9,62 10,58

13 0 0 0,90 0,90 1,80 2,70 3,60 3,60 4,50 5,41 6,31 7,21 8,11 9,01 9,91

14 0 0 0,93 0,93 1,85 2,78 3,70 3,70 4,63 5,56 6,48 7,41 8,33 9,26 10,19

15 0 0 1,16 1,16 2,32 3,49 4,65 4,65 5,81 6,98 8,14 9,30 10,5 11,63 12,80

Media 0 0 0,96 0,96 1,917 2,88 3,838 3,84 4,80 5,757 6,718 7,68 8,64 9,60 10,56 Desv. Est. 0 0 0,07 0,07 0,148 0,22 0,295 0,29 0,367 0,441 0,515 0,59 0,66 0,737 0,811

Valores de pérdida de peso en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

68

Tabla 17. Porcentaje de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin recubrimiento. Tomate

de

árbol

Pérdida de peso (%)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Con R. 0 0 0 0 0,97 0,97 0,97 1,88 1,88 2,92 2,92 3,90 4,93 5,85 6,83

Sin R. 0 0 0,96 0,96 1,92 2,88 3,84 3,84 4,80 5,76 6,72 7,68 8,64 9,60 10,56

Pérdida de peso durante los 15 días de almacenamiento a 4 °C en tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020


progresivo en los tomates de árbol con y sin recubrimiento considerando los

resultados del promedio (media) en los 15 frutos pesados ver tabla 13 y 14. En

tomates de árbol con recubrimiento, durante 4 días no perdieron su peso pero al

quinto día sube paulatinamente durante 15 días con 6,83 % de pérdida de peso en

frutos recubiertos. Al contrario de los tomates de árbol sin recubrimiento durante

los días iniciales no perdieron peso, a partir del tercer día sube gradualmente hasta

llegar al día 15 con una pérdida de peso mayor a los frutos con recubrimiento de

10,56 %.

Figura 15. Descenso de pérdida de peso en el tomate de árbol con y sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


Pér

did

a d

e p

eso

(%

)

Con R. Sin R.

69

En la gráfica de la figura 15 se visualiza que en los tomates de árbol sin

recubrimiento la pérdida de peso fue de 10,56 %, mientras que en los tomates de

árbol con recubrimiento fue a 6,83 %. Por lo tanto la película comestible de

quitosano, cera de abeja y manteca de cacao aplicada al tomate de árbol ayudó a

controlar la pérdida de peso durante 15 días de almacenamiento por transpiración

(pérdida de agua libre y ligada en el alimento) y deshidratación. También la película

comestible aplicada al fruto ayudó a crear una atmósfera modificada sobre la

superficie del alimento, es decir que forma una barrera semipermeable contra el

paso de vapor de agua, protegiendo al alimento de la deshidratación por pérdida

de humedad.

Sin embargo en los tomates de árbol que no fueron tratados con el recubrimiento

la pérdida de peso fue progresivamente, durante los 15 días de almacenamiento

mostraron características propias de su maduración por la interacción de la pectina

y el almidón que se encuentran en el fruto, ocasionando una degradación paulatina

por la acción de amilasas y pectinasas que causan el aumento de la concentración

de azúcares, disminución de acidez, provocando la pérdida de peso en el alimento

(ver Anexo 8).

4.4.1 Concentración de azúcares en el tomate de árbol

Para la determinación de la concentración de azúcares en el tomate de árbol se

realizó por duplicado con y sin recubrimiento, utilizando un refractómetro (± 0,3 %

°Brix), en el que se agregó una gota de la muestra preparada acorde a la NTE INEN

380, indica se debe realizar un raspado en el centro del fruto evitando las semillas,

utilizar una gasa doblada en 4 partes para extraer el líquido, las primeras gotas se

rechazan y se prosigue a su determinación con el equipo previamente calibrado

(ver Anexo 2).

70

Tabla 18. Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento.

No. Análisis

°Brix


1 5 10 15

1 - T3 9,0 10,0 10,0 10,0

2 - T3 9,0 10,0 10,0 10,0

Media 9,0 10,0 10,0 10,0

Grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

Se midió el ascenso de °Brix en los tomates de árbol con recubrimiento a los 1,

5, 7, 10 y 15 días de almacenamiento en la tabla 18 se evidencia la primera

medición de 9 °Brix y los siguientes días de experimentación se mantuvo a 10 °Brix

(ver figura 16).

Figura 16. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol con recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020 Tabla 19. Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento.

No. Análisis

°Brix


1 5 10 15

1 - T3 9,0 10,0 12,0 13,0

2 - T3 9,0 10,0 12,0 13,0

Media 9,0 10,0 12,0 13,0

Grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento en condiciones de almacenamiento durante 15 a 4 °C Tello, 2020

8,0

9,0

10,0

11,0

1 5 10 15

°Bri

x

Días de almacenamiento1 - T3 2 - T3

71

En la tabla 19 se visualiza que en los tomates de árbol sin recubrimiento en

condiciones de almacenamiento a 4 °C, el ascenso de concentración de azúcares

es gradual durante 15 días (ver figura 17).

Figura 17. Ascenso de grados Brix en el tomate de árbol sin recubrimiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020 Tabla 20. Grados Brix en el tomate de árbol con y sin recubrimiento.

Tomate de árbol

°Brix


1 5 10 15

Con R. 9,0 10,0 10,0 10,0

Sin R. 9,0 10,0 12,0 13,0

Grados Brix durante los 15 días de almacenamiento a 4 °C en tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020

Los valores que se encuentran en la tabla 20 indican los grados Brix

(concentración de azúcar) en los tomates de árbol con y sin recubrimiento, durante

los 15 días de almacenamiento se mantiene a 10 °Brix con la aplicación de la

película comestible aplicada al fruto, al contrario de los tomates de árbol sin

recubrimiento se incrementa la concentración de azúcares a 13 °Brix.

0,0

5,0

10,0

15,0

1 5 10 15

°Bri

x

Días de almacenamiento1 - T3 2 - T3

72

Figura 18. Grados Brix del tomate de árbol con y sin recubrimiento Tello, 2020

En la gráfica de la figura 18 se observa que en los tomates de árbol sin

recubrimiento el ascenso de grados Brix fue mayor (13 °Brix) a diferencia de los

tomates de árbol con recubrimiento la concentración de azúcares se mantiene (10

°Brix). Por lo tanto la película comestible a base de quitosano, cera de abeja y

manteca de cacao aplicada en el tomate de árbol ayudó a mantener la

concentración de azúcares, es decir en las frutas tratadas no sufren cambios en los

procesos anaerobios como la formación de alcoholes, ayudando a conservar el

mismo grado de dulzor durante los 15 días de almacenamiento, aunque la

diferencia en los grados Brix en las frutas con y sin recubrimiento no fue tan

significativa a pesar de ser un fruto no climatérico.

El uso de quitosano como inhibidor de microorganismos en mayor proporción

(50 %) ayudó a mantener el tomate de árbol sin presencia de mohos, hongos que

puedan desarrollarse en temperatura de almacenamiento a 4 °C, la cera de abeja

(35 %) y manteca de cacao (15 %) aportaron a la textura del fruto sea más atractiva

para el consumidor, contribuyendo brillo, suavidad, manteniendo sus

características sensoriales (apariencia, textura, olor) durante los 15 días de

almacenamiento.

0,0

5,0

10,0

15,0

1 5 10 15

°Bri

x


Con R. Sin R.

73

5. Discusión

Para la obtención de la película comestible se realizó tres formulaciones,

compuesta por quitosano (50 %), 90 % grado de desacetilación, en proporciones

diferentes de cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao (25, 20, 15 %), se

añadió glicerol en una proporción de quitosano - plastificante de 2: 1 para todas las

soluciones de quitosano, la cera de abeja fue fundida a 80 °C x 8 min y la manteca

de cacao a 36 °C x 8 min, se agregó Tween 80 en base a la relación del polímero

60:40, se homogenizó y se dejó enfriar a 25 °C, se vertió la solución realizada en

cajas Petri, dejando enfriar durante 48 horas, obteniendo buenas películas flexibles,

resistentes, incoloras. Sin embargo Gomes, Oliveira, y Mendes (2017), elaboraron

biopelículas a base de quitosano con 87 % grado desacetilación en diferentes

concentraciones de cera de carnauba 0, 15, 30, 40 y 50 % (p / p), añadieron glicerol

en una proporción de quitosano-plastificante de 2:1, incorporando cera de carnauba

y se añadió Tween 20, se agitó durante 10 min hasta 85 ºC para fundir la cera,

luego se transfirió la solución en placas acrílica y se dejó secar a temperatura

ambiente (29 ºC) durante 48 horas, obteniendo películas incoloras y flexibles. En

comparación de Arredondo-Ochoa, García-Almendárez, y Amaro-Reyes (2016),

utilizaron tres diferentes ceras naturales (cera de abejas, cera de candelilla y cera

de carnauba) en presencia y ausencia de Tween 80, emplearon almidón de maíz y

glicerol en proporciones 80:20, la concentración de ceras varió del 5 % al 10 % (p

/ p), las ceras fueron fundidas y se mezclaron con dispersión de glicerol con o sin

Tween 80, el resultado con Tween 80 fue el mejor, formando películas secas con

una superficie lisa, planas, y manejables, con respecto a la relación almidón:

glicerol plastificante ayudó a obtener buenas películas flexibles.

74

La formulación quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %

corresponde al mejor tratamiento en base del ensayo de tracción, al poseer mayor

cantidad de cera de abeja (35 %) ayudó a una mayor deformación 17.8760 % con

menor esfuerzo (13.1 MPa). Estos resultados son comparables a lo reportado por

Chiumarelli y Hubinger (2015), el uso de cera de abeja en mayor proporción ayuda

a la resistencia de tracción (0,729 - 0,015 MPa), elongación (31.074 - 2.278 %), y

aumento del módulo elástico (0,221 - 0,02 MPa), sin embargo Chiumarelli (2016),

indica que la adición de lípidos forman películas inflexibles y quebradizas

obteniendo resultados indeseables de resistencia a la tracción (0,252 - 2,138 MPa)

y alargamiento a la rotura (varió de 10 a 51 %).

La temperatura de transición vítrea (Tg) en las películas a base de quitosano 50

%, cera de abeja 35 % y manteca de cacao 15 %, en este estudio se formaron 4

picos de temperatura, 11.90 °C (cristalización tipo β en su estructura de la manteca

de cacao), 52.49 °C (evaporación del agua y ácido acético), 56.82 °C (degradación

de la estructura del polímero), después del tercer pico se forma una pequeña curva

entre 42.37 °C y 39.56 °C es otorgado al Tween 80 a estas temperaturas el

emulsionante se cristaliza debido a presencia de un anfífilo (glicerol) al llegar a la

Tg entre 39.56 °C y 39.28 °C el glicerol produce una plastificación en la cadena del

polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de las moléculas y el pico

18.41 °C provocó la cristalización de la cera de abeja, SEM se visualizó una

muestra plana, sin rugosidad, pero con pequeñas partículas en la superficie debido

a un proceso incompleto de gelatinización que impidieron las partículas del

quitosano se disuelvan completamente. Por lo contrario Muscat, Adhikari, y Guo

(2015), realizaron películas a base de formulaciones con cera de abeja (10 %), cera

de candelilla (5 %), cera de carnauba (2 %), Tween-80 (2 %) y glicerol (1 %) , la Tg

75

de la película formó picos 40.50 °C – 39.56 °C, que son dominantes en Tween-80,

siendo el patrón de cristales tipo V (cristalinas), para la microestructura de la

película se examinó en SEM, visualizaron una muestra plana, evidenciando que el

emulsionante (Tween-80) interfiere con la interacción del almidón con la cera

ocupando el espacio entre las moléculas de almidón. Sin embargo Santos, Cacere,

y Azeredo (2017), realizaron películas a base de cera de carnauba con

proporciones cera de abeja / almidón (CA / A), respecto a la Tg los picos de fusión

fue alrededor de 18.94 – 23.55 °C para la cera de abeja afectando la cristalización

del almidón formando complejos con amilosa y / o amilopectina, las micrografías

en SEM de las películas con CA / A, observaron que las películas de almidón

aumentan la rugosidad superficial por adición de ceras es decir cuando la rugosidad

de la superficie aumenta, la hidrofobicidad aumenta.

Con la aplicación de la película comestible a base de quitosano, cera de abeja y

manteca de cacao en el tomate de árbol ayudó a controlar el ascenso de la pérdida

de peso y a mantener la concentración de azúcares en frutos con recubrimiento

durante 15 días de almacenamiento a 4 °C. En un estudio similar realizado por

Andrade, Acosta, y Osorio (2014), aplicaron un recubrimiento a base de cera de

laurel, fue capaz de alargar el tiempo de vida útil de un 25 % en el tomate de árbol

durante 15 días ayudando a reducir el índice de respiración y la pérdida de peso,

de acuerdo con la investigación de Torres Escudero (2018), sobre recubrimientos

comestibles en frutas y verduras mínimamente procesadas, se aplicó en rábano

rallado, este vegetal fue empacado en bolsas perforadas de propileno durante 10

días y almacenado a 4 °C, las muestras fueron tratadas con quitosano ayudando a

la disminución en la tasa de respiración, manteniendo las características

sensoriales del alimento. Sin embargo los autores Márquez y Pérez (2009),

76

determinaron el efecto de un recubrimiento comestible a partir de soluciones de

quitosano (0,6 %) y sucroéster de ácidos grasos (1 %) fue aplicado al fruto níspero,

y posteriormente se almacenó durante 16 días a 20 °C, el quitosano ayudó a

disminuir la tasa de respiración en los frutos recubiertos con 0.6 %, mientras los

frutos recubiertos con sucroéster fue de 1.4 %. Siendo el quitosano el componente

más eficiente para disminuir la tasa de respiración y ayuda a mantener las

características sensoriales del fruto.

77

6. Conclusiones

Se elaboró películas a partir de tres formulaciones a base de quitosano (50 %),

en proporciones diferentes de cera de abeja (25, 30, 35 %) y manteca de cacao

(25, 20, 15 %), obteniendo películas flexibles, resistentes, incoloras, compactas por

la adición del glicerol como plastificante y Tween 80 (emulsionante), su uso ayudó

a disolver las grasas para adicionarlo en la mezcla de manteca de cacao y cera de

abeja.

El ensayo de tracción realizado a la mejor película comestible muestra que el

tratamiento 3 se diferencia de los 2 tratamientos al poseer mayor cantidad de cera

de abeja, aportando flexibilidad en las películas, la manteca de cacao usada en una

proporción inferior a la cera de abeja también ayudó a obtener muestras flexibles,

manejables. Por lo tanto el tratamiento 3 con formulación quitosano 50 %, cera de

abeja 35 % y manteca de cacao 15 % fue la mejor, debido que las propiedades de

cada componente se fusionaron para obtener buenas películas con características

elásticas aportando buenos resultados en la deformación a menor esfuerzo. Es

decir, mientras menor sea el esfuerzo mayor es su deformación a la rotura.

El análisis de temperatura de transición vítrea (Tg) y estructura mediante

microscopía electrónica de barrido (SEM) se realizó al mejor tratamiento de tracción

(T3), en la Tg se visualizó 4 picos de temperatura que corresponde a la degradación

del polímero e interacción del glicerol produciendo plastificación en la cadena del

polímero ocasionando pérdida en la disposición lineal de la molécula y cristalización

de lípidos con el Tween 80, obteniendo una estructura de la película dura,

quebradiza, inmanejable a menor flujo de calor. El análisis de SEM ayudó a

visualizar la estructura de la película, observando una superficie plana con grietas

debido a la interacción del glicerol como plastificante y la presencia de gránulos con

78

orificio en el centro de forma semejante a una dona, efecto atribuido un proceso

incompleto de gelatinización que impidieron las partículas del quitosano se

disuelvan completamente.

Con la aplicación del tratamiento 3 (quitosano 50 %, cera de abeja 35 % y

manteca de cacao 15 %) en el tomate de árbol, permitió mantener la concentración

de azúcares (10 °Brix), controlar la pérdida de peso hasta 6,83 % durante 15 días

de almacenamiento a 4 °C, creando una atmósfera modificada sobre la superficie

del alimento, protegiéndolo de factores externos (luz, temperatura, humedad,

microorganismos) que causen su deterioro en condiciones de almacenamiento.

79

7. Recomendaciones

Para las futuras investigaciones relacionadas, se propone estudiar

formulaciones con máximo y mínimo de los componentes para realizar películas

comestibles de acuerdo al Codex Alimentarius para obtener resultados deseables.

Considerar el control de temperatura a 25 °C por 72 horas durante el proceso de

secado de las películas, para obtener muestras manejables facilitando su retiro en

los moldes.

Las muestras de películas que se van analizar para el ensayo de tracción, deben

ser cortadas con dimensiones de 100 mm (largo) por 25 mm (ancho) para una

mayor tensión y deben ser colocadas en cajas Petri cuadradas para evitar que las

esquinas del film se doblen. Las cajas Petri antes de usarla deben de estar

previamente esterilizadas con la finalidad de evitar el crecimiento de

microorganismos en las muestras.

Se sugiere utilizar las tiras sobrantes del ensayo de tracción para realizar el

análisis de temperatura de transición vítrea para determinar en esa misma muestra

el cambio de entalpía cuando el material inerte se calienta.

Para evitar formación de gránulos con orificio en el centro de forma semejante a

una dona, efecto indeseable atribuido a la concentración del quitosano en agua

destilada más ácido acético, se debe de estandarizar el tiempo y temperatura hasta

que las partículas del quitosano se disuelvan completamente y se logre visualizar

en SEM mejor la estructura de la película.

Se recomienda realizar control de temperatura en el almacenamiento de las

frutas para evitar resultados indeseables como el aumento de peso, debido a la

formación de cristales en el núcleo del fruto (agua ligada), efecto ocasionado por

bajas temperaturas inferiores a 4 °C.

80

Se sugiere evaluar propiedades sensoriales (color, aroma, textura y sabor) con

la aplicación de la película comestible en la fruta. También sería importante

investigar las propiedades antifúngicas, antimicrobianas del quitosano en relación

a la cera de abeja y manteca de cacao.

81

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89

9. Anexos

9.1 Anexo 1. Normativa para la recepción del tomate de árbol

Figura 19. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 1 909:2009 INEN, 2009

93

Figura 20. Índice de madurez para la recepción del tomate de árbol - NTE INEN 1 909:2009 INEN, 2009

94

9.2 Anexo 2. Normativa para determinar sólidos solubles

Figura 21. Norma técnica ecuatoriana – NTE INEN 380:1985 INEN, 1985

95

Figura 22. Procedimiento para la medición de grados Brix – NTE INEN 380:1985 INEN, 1985

96

9.3 Anexo 3. Proforma de los análisis realizados

Laboratorio de Ensayos Metrológicos y de Materiales

LEMAT

PROFORMA

Hoja 1 de 1

Edición: 8

CÓDIGO ASIGNADO: N° PR2006-3293

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1 Ensayo de: Tracción Película

Método Interno ASTM D882

5 días laborables $ 200,00 0% 200,00

1 Caracterización (DSC/SEM ) Película Método Interno

5 días laborables $ 300,00 0% 300,00

Observaciones: Su tesis se titula: “Desarrollo de una película comestible de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol"

Sub-Total

$ 500,00

IVA (12%) $ 60,00

TOTAL $ 560.00

ESTIMADO CLIENTE, LUEGO DE LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO EL LEMAT SE RESPONSABILIZARÁ DE CONSERVAR UNA CONTRAMUESTRA HASTA UN MES (A PARTIR DE LA ENTREGA DE LA ENTREGA DEL INFORME). DESPUÉS DE ESTE TIEMPO LAS MUESTRAS SERÁN ELIMINADAS. ESTO NO ES VÁLIDO PARA EQUIPOS DE CALIBRACIONES.

IMPORTANTE:

ESTA PROFORMA TIENE

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RECIBIDO Paola Fischer T.

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- Ensayo Sub-contratado. *

- Ensayo Acreditado. **

- Todo pago con Cheque debe ser CERTIFICADO a nombre de ESPOL- TECH E.P.

MC0403-08

Figura 23. Valoración de los análisis (ensayo de tracción, transición vítrea y microscopia electrónica de barrido) efectuados Fischer, 2020

Nº PR2006-3293

97

9.4 Anexo 4. Factura de los análisis realizados

Figura 24. Total del dinero cancelado para la ejecución del análisis de tracción, temperatura de transición vítrea (DSC) y estructura mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) LEMAT, 2020

98

9.5 Anexo 5. Listado de materiales y precios

Tabla 21. Tasación de artículos adquiridos para el desarrollo de la tesis

Cantidad Artículos/ Materiales de laboratorio Valor

20 Cajas Petri de plástico 100 x 17 mm $ 18.50

3 Cajas Petri de vidrio 100 x 17 mm $ 9.27

3 Bandeja de polipropileno 750 cc. $ 6.35

1 Caja Bolsas ziploc 17.7 cm x 18 cm $ 5.25

1 Papel aluminio $ 1.25

Reactivos

1lt Ácido peracético al 0.1% $ 20.00

1lt Tween 80 $ 6.00

Equipos de Laboratorio

1 Refractómetro ± 0,3 % Brix. $ 47.00

1 Balanza analítica ± 0,1 mg $ 11.00

Equipo de protección personal

1 Mandil $ 20.00

1 Cofia $ 00.75

5 Pares Guantes $ 3.75

5 Mascarilla $ 1.75

Materias primas

1kg Quitosano $ 20.00

1kg Cera de abeja $ 35.00

1kg Manteca de cacao $ 17.86

1kg Tomate de árbol $ 7.00

Análisis de laboratorio

1 Ensayo de tracción, temperatura de transición vítrea,

microscopia electrónica de barrido

$ 560.00

Total $ 790.73

Valoración total de la tesis para el desarrollo de películas comestibles de quitosano, cera de abeja y manteca de cacao en el tomate de árbol Tello, 2020

99

9.6 Anexo 6. Procedimiento para la obtención de películas

Figura 25. Pesado 1.5 g de quitosano que fueron necesarios para la elaboración de la película comestible Tello, 2020

Figura 26. Adición 1 ml de ácido acético en la solución de quitosano y agua destilada Tello, 2020

Figura 27. Control de temperatura en la preparación de la película comestible Tello, 2020

100

Figura 28. Muestras de los 3 tratamientos en cajas Petri Tello, 2020

Figura 29. Desprendimiento de película para posteriormente ser cortada en tira Tello, 2020

Figura 30. Muestra de la película con dimensiones 80 mm de largo x 25 mm de ancho para efectuar análisis de tracción Tello, 2020

101

9.7 Anexo 7. Aplicación de la película comestible al tomate de árbol (Solanum

betaceum).

Figura 31. Inmersión del tomate de árbol Tello, 2020

Figura 32. Secado de frutos para retirar el exceso de solución Tello, 2020

Figura 33. Almacenamiento de frutas recubiertas a 4°C Tello, 2020

102

Figura 34. Pesado del tomate de árbol con recubrimiento Tello, 2020

Figura 35. °Brix inicial del tomate de árbol sin y con recubrimiento Tello, 2020

Figura 36. °Brix final del tomate de árbol sin y con recubrimiento Tello, 2020

103

9.8 Anexo 8. Daños externos e internos en el tomate de árbol en condiciones

de almacenamiento a 4 °C sin la aplicación de la película comestible.

Figura 37. Cambio de coloración a café oscuro en las semillas del tomate de árbol sin la aplicación de la película comestible Tello, 2020

Figura 38. Deshidratación, flacidez y cambio de coloración en la piel del tomate de árbol sin la aplicación de la película comestible en condiciones de almacenamiento durante 15 días a 4 °C Tello, 2020

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