Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Qumicas y Farmacuticas

Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnologa Qumica

_______________________________________________________________________

ESTUDIO DEL SECADO CONVECTIVO DE HOJAS DE STEVIA

REBAUDIANA Y FACTIBILIDAD TCNICO-ECONMICA DE UNA PLANTA

ELABORADORA DE EDULCORANTE A BASE DE STEVIA

__________________________________________________________________

Memoria para optar al ttulo de Ingeniero en Alimentos

Santiago, Chile

2011

PATROCINANTE:

Profesor Eduardo Castro M.

Ingeniero Civil Qumico.

Magister en Ciencias de los Alimentos.

Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnologa

Qumica.

DIRECTORES:

Profesor Eduardo Castro M.

Ingeniero Civil Qumico.

Magister en Ciencias de los Alimentos.

Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnologa

Qumica.

Profesor Luis Puente D.

Ingeniero en Alimentos.

Doctor en Tecnologa de Alimentos.

Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnologa

Qumica.

Denisse Margaret Jeria Heitmann.

Alberto Andrs Pozo Cofr.

ii

DEDICATORIA

Dedico esta memoria a las dos personas que me dieron la vida, que me ensearon lo importante

que es la responsabilidad, el ser cada da mejor y que no importa cuntas veces caigas sino cuntas

veces te levantas y sigues adelante. Me entregaron valores y herramientas esenciales para vivir y por

sobre todas las cosas me dieron AMOR, elemento fundamental para mi crecimiento.

A mis padres, a quienes admiro y agradezco todo lo que hoy soy.

LOS AMO

SU HIJA DENISSE

Dedico esta memoria a mi familia, especialmente a mi madre Teresa y mi padre Carlos. Los que

siempre han estado orgullosos de sus hijos.

Les dedico esta memoria, y ms que eso, m ttulo como muestra de que lo cosechado por ustedes

durante estos aos de sacrificio, ha rendido frutos y los seguir dando.

Con amor.

Alberto Andrs Pozo Cofr.

iii

AGRADECIMIENTOS

A Dios, le agradezco el cuidarme y acompaarme dndome energa, sabidura y todo su

amor para enfrentar la vida cada da.

A mi familia: A mis padres, Ilse y Hctor, gracias por su paciencia, su amor y su apoyo. A

mis hermanos, Nicole, Hctor y Marianne gracias por mantener la niez en m y por sus

distracciones que muchas veces me hicieron olvidar el stress. A mi ta Ximena, gracias por

brindarme su cario, su apoyo y sus consejos en muchos momentos. A mi abuela y mi to

Gustavo, gracias por su cario y por acompaarme en todos los momentos importantes. A la

seora Mara, gracias por su gran cario y preocupacin. A la familia Miranda Soto por su

cario, su gran alegra y estar siempre en los momentos importantes.

A la familia Pozo-Cofr, gracias por recibirme en su vida, por acogerme en su casa tantas

tardes de estudio y por entregarme su cario.

A mis profesores, les agradezco los conocimientos entregados y el haber participado de mi

formacin profesional y en algunos casos tambin personal, especial agradecimiento a la

profesora Isabel Fuentes, por el apoyo y cario entregado.

A mis amigas, que conoc durante los aos de estudio de Ingeniera en Alimentos, gracias

por su apoyo, energa y cario entregado durante toda la carrera, las largas clases y las noches

de estudio y por entender tantas veces mis nieras y a veces participar de ellas.

A Natalia, gracias por su amistad, por recibirme tantas veces en su casa y en sus

vacaciones como una ms de su familia y por transmitirme su energa de vivir.

A Paulina, gracias por su amistad, por sus consejos, por el cario entregado por ella y por

su familia y por ensearme que hay cosas importantes por las cuales llorar y que la vida es una

sola y se debe vivir al 100%.

A Alberto, gracias por su amistad, su apoyo, su paciencia y por siempre tener una palabra

de calma en los momentos difciles. Gracias por compartir tu vida conmigo y por tu amor.

GRACIAS A TODOS

DENISSE

iv

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a la vida por darme tantas oportunidades y cosas bellas.

Por darme la oportunidad de pertenecer a una familia humilde, en donde humilde no es

sinnimo de pobreza sino de grandeza.

Por darme un padre y una madre a los cuales agradezco su entrega y sacrificio, que con su

trabajo me demostraron que siempre es posible conseguir lo que uno anhela, y que los

recuerdos ms bellos y duraderos no se logran con dinero.

Por darme dos hermanos que han servido de modelo para mi crecimiento como persona.

Por entregarme amigos y amigas irremplazables, de los cuales aprend innumerables

lecciones que no encontr en los libros.

Los amigos del pasaje, esos que siempre han estado a unos pasos cuando los necesito,

con los cuales aprendimos que la vida no es fcil, pero que con el apoyo de los que te aman

todo puede ser mejor. A ellos les digo, est donde est siempre ser uno de ustedes y nunca

los olvidar!

Gracias por los amigos del colegio, a esta altura hermanos, con los cuales logr superar

una de las etapas ms bellas y complicadas para m.

Gracias por los amigos de la universidad, gracias por recibirme como uno ms, agradezco

a aquellos que olvidaron lo que era dormir para entregar un trabajo o para festejar.

Gracias a las personas que han credo en mis capacidades con respecto a lo laboral,

especialmente a los que comparten diariamente en Alfa Laval, gracias por hacer de esta

empresa un mejor lugar donde trabajar, gracias por sus constantes preocupaciones, por los

conocimientos entregados y por el apoyo dado de forma desinteresada.

Gracias a los profesores y tcnicos de la universidad, por ensearme que la teora no sirve

sin la prctica.

v

Gracias Paulina por tu espontaneidad, por mostrarme que el mundo puede ser mucho ms

alegre cada da.

Gracias Natita por ensearme que la vida es sumamente simple y que las preocupaciones

son solo trabas para el crecimiento.

Gracias Denisse por ser la persona que siempre ha credo en m, gracias por tu apoyo,

gracias por todos los buenos momentos que seguiremos viviendo, gracias por tu amor, gracias

por recordarme que es bueno ser un nio a veces.

Gracias a la familia Jeria-Heitmann, por acogerme en su alero sin exigir nada a cambio,

gracias por compartir conmigo la familia que han formado, gracias por compartir su felicidad.

Gonzalo gracias por motivarme a conocer las bellezas de nuestro pas, por ser el amigo

que siempre ha estado en los momentos de apuro y con el que comprend que nunca hay que

apresurar las cosas, simplemente las cosas ocurren cuando tienen que ocurrir. Al final siempre

habr alguien que te recoja.

Y gracias a la vida por ensearme que nunca debemos quejarnos de la vida que nos toc

vivir, ya que al fin de cuentas nosotros decidimos como vivirla.

GRACIAS A TODOS

ALBERTO

vi

AGRADECIMIENTOS EN CONJUNTO

Al profesor Eduardo Castro Montero, patrocinante y director de la memoria, gracias por su

gran sabidura, conocimiento y apoyo desinteresado. Gracias por poner piedras en nuestro

camino que ms que dificultades, nos sirvieron para ver la vida siempre desde un punto ms

alto

Al profesor Luis Puente Daz, director de la memoria, gracias por acercarnos e interesarnos

en la Stevia, por su conocimiento y por su ayuda con la memoria.

A Don Carlos, tcnico del laboratorio, gracias por su gran ayuda y apoyo durante los

ltimos aos de estudio. Gracias por su tiempo, paciencia y por siempre tener una palabra de

aliento.

A Claudio Rojas, gerente de Manto Verde, gracias por acercarnos a la idea de

industrializacin de la Stevia, por entregarnos conocimientos de sta y por su apoyo con la

materia prima.

A Claudio Maes, gracias por facilitarnos las plantas de Stevia, con las cuales esta

memoria no se podra haber realizado.

A Csar Vargas, amigo de la familia, gracias por su gran ayuda, expertiz y apoyo en temas

de la memoria. Adems por alentarnos siempre a ser mejores.

A Eric Echegaray y Roberto Lemus, gracias por su desinteresada ayuda con temas de la

memoria.

vii

RESUMEN

El objetivo de esta memoria fue determinar las caractersticas del secado

convectivo de las hojas de Stevia rebaudiana y estudiar la factibilidad tcnico-

econmica de una planta productora de edulcorante en polvo en base a las hojas de

Stevia, las cuales poseen steviolglicsidos que son compuestos dulces (300 veces

ms que el azcar), no calricos ni dainos para el ser humano.

Se determinaron isotermas de sorcin y se ajustaron a modelos matemticos. El

modelo que mejor se ajust a la isoterma a 25C de la hoja fresca fue BET con un r2

de 0,9591, mientras que GAB fue el modelo que mejor se ajust a las isotermas a

30C y 40C de la hoja fresca con un r2 de 0,9816 y de 0,9659, respectivamente, y

para la isoterma a 25C de la hoja seca con un r2 de 0,9899.

Se realiz el secado convectivo de las hojas de Stevia hasta una humedad de

10%, mediante aire por conveccin forzada. El secado a 70C tuvo una duracin de 85

minutos, a 60C fueron 95 minutos y a 50C fueron 150 minutos.

El modelo exponencial fue el que mejor se ajust a los datos de secado a 50C y a

70C con r2 de 0,997 y 0,990 respectivamente, mientras que para el secado a 60C el

modelo que mejor se ajust fue el cbico con un r2 de 0,991.

Para la realizacin del proyecto de instalacin de la planta productora de

edulcorante a base de Stevia, se evalu la oferta y la demanda tanto nacional como

internacional, en donde la Stevia ya ocupa el 4% del mercado.

Adems se determin que el rea de la planta es de 640 m2 y la capacidad

productiva de 310 toneladas de edulcorante en polvo a base de Stevia y eritritol, lo

que se traduce en 6.174.110 de cajas de 100 sobres de 0,5 g, anualmente.

Para evaluar la rentabilidad se determin: TIR (131%), VAN ($10.075.505.856) y

PRI (0,78 aos), aplicando una tasa de descuento de 17% y utilizando el precio de la

hoja de Stevia secada en tnel ($3.500). Los ndices obtenidos permiten indicar que el

proyecto es rentable. A la vez que se determin que la rentabilidad del proyecto se ve

afectada por el precio de la hoja seca de Stevia.

viii

CONVECTIVE DRYING STUDY OF STEVIA REBAUDIANA LEAVES AND

TECHNICAL - ECONOMIC FEASIBILITY OF A PRODUCTION PLANT OF POWDER

SWEETENER BASED IN STEVIA REBAUDIANA LEAVES.

ABSTRACT

The objective of this work was to determine the characteristics of convective drying

of Stevia rebaudiana leaves and study the technical and economic feasibility of a

production plant of powder sweetener based in Stevia Rebaudiana leaves. The leaves

has steviolglicosides, sweet compounds (300 times sucrose), non caloric and not

harmful to humans.

Sorption isotherms were determined and fitted to mathematical models. BET was

the best model which fitted to 25C isotherm of fresh leaves (r2 = 0.9591) and for dry

leaves, at the same temperature, GAB was the best fit (r2 = 0.9816). GAB also fitted to

30C (r2 = 0.9659) and 40C (r2 = 0.9899) in fresh leaves isotherms.

Convective drying was performed in Stevia leaves until 10% moisture, through

forced convection air. Drying at 70C lasted 85 min, while at 60C and 50C, were 95

and 150 minutes, respectively.

Exponential model was the best model which fitted to 50C and 70C drying curves

(r2 = 0.997 and 0.990, respectively). Cubic model was the best model which fitted to

60C drying curve (r2 = 0.991).

To evaluate the feasibility of a production plant of powder sweetener based in

Stevia leaves, the supply and demand, local and international, was assessed. Stevia

already occupies 4% of the market

The production plant area is 640 m2 and the capacity is 310 tons of powder

sweetener based in Stevia leaves mixed with erythritol, this means 6,174,110 boxes

with 100 sachets each one (0.5 g/sachet) annually.

For profitabilitys measurement were determined IRR (131%), NPV ($

10,075,505,856) and PRI (0.78), as indicators, applying a discount rate of 17%

and using the dried, in tunnel, Stevia leaves value ($3,500). The indicators obtained

suggest that the project is profitable. While it was determined that the projects

profitability is affected by the price of Stevia dried leaves.

ix

NDICE GENERAL

CAPTULO I: INTRODUCCIN ............................................................................... 1

CAPTULO II: ANTECEDENTES GENERALES Y MARCO TERICO ................... 3

2.1 ANTECEDENTES DE LA STEVIA REBAUDIANA BERTONI .................................... 3

2.1.1 Compuestos qumicos de las hojas ..................................................... 4

2.1.2 Perfil qumico nutricional de las hojas ................................................. 4

2.1.3 Propiedades de los steviolglicsidos ................................................... 5

2.1.4 Rendimiento agrcola .......................................................................... 5

2.1.5 Reglamentacin y toxicidad ................................................................ 6

2.2 MARCO TERICO ......................................................................................... 7

2.2.1 Secado por aire caliente ....................................................................... 7

2.2.2 Isotermas de sorcin ............................................................................ 7

2.2.3 Estudio de mercado .............................................................................. 8

2.2.4 Estudio de factibilidad tcnico-econmica............................................. 8

CAPTULO III: HIPTESIS Y OBJETIVOS ........................................................... 10

3.1 HIPTESIS ................................................................................................. 10

3.2 OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 10

3.3 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................ 10

CAPTULO IV: MATERIALES Y MTODOS ......................................................... 11

4.1 MATERIALES ............................................................................................... 11

4.1.1 Materia prima ...................................................................................... 11

4.1.2 Reactivos qumicos ............................................................................ 11

4.1.3 Equipos e instrumentos ..................................................................... 11

4.2 MTODOS ................................................................................................. 12

4.2.1 Mediciones iniciales de las hojas frescas de Stevia ........................... 12

4.2.2 Determinacin de humedad inicial de las hojas de Stevia .................. 12

4.2.3 Determinacin de isotermas .............................................................. 13

x

CAPTULO V: RESULTADOS ............................................................................... 18

5.1 DIMENSIONES Y AW DE LA HOJA FRESCA STEVIA. .......................................... 18

5.2 HUMEDAD INICIAL HOJA FRESCA STEVIA. ...................................................... 18

5.3 DETERMINACIN DE ISOTERMAS DE DESORCIN Y ADSORCIN....................... 19

5.4 MODELADO DE ISOTERMAS. ......................................................................... 20

5.5 SECADO DE HOJAS DE STEVIA ...................................................................... 22

5.6 MODELADO DE CURVAS DE SECADO ............................................................. 26

5.7 ESTUDIO DE MERCADO ............................................................................... 28

5.7.1 Anlisis del producto: ........................................................................ 28

5.7.2 Anlisis de la demanda: .................................................................... 29

5.7.3 Anlisis de la oferta: ......................................................................... 32

5.8 FACTIBILIDAD TCNICO-ECONMICA ............................................................ 33

5.8.1 Estudio tcnico .................................................................................. 33

5.8.2 Estudio econmico ............................................................................ 41

CAPTULO VI: CONCLUSIONES .......................................................................... 46

CAPTULO VII: BIBLIOGRAFA ............................................................................ 48

xi

NDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustracin 1: Hojas y flores de la planta Stevia rebaudiana Bertoni. ....................... 3

Ilustracin 2: Hojas de Stevia fresca .................................................................... 12

Ilustracin 3: Representacin isotermas. .............................................................. 13

Ilustracin 4: Sistema de secado por conveccin forzada. ................................... 15

Ilustracin 5: Hojas de Stevia secas 10% humedad base seca. ........................... 18

Ilustracin 6: Mercado global de Stevia, perodo 2006 2010 ............................. 30

Ilustracin 7: Mercado global de Stevia por regin 2010 . ......................31

Ilustracin 8: Diagrama de bloques del proceso productivo. ............................... ..35

Ilustracin 9: Estructura organizacional de la empresa. ........................................ 38

file:///C:/Users/Alberto/Desktop/MEMORIA%20FINAL%2025.10.2011.docx%23_Toc307329291

xii

NDICE DE ECUACIONES

Ecuacin 1: Modelo de BET ................................................................................. 14

Ecuacin 2: Modelo de GAB ................................................................................ 14

Ecuacin 3: Modelo de Henderson ....................................................................... 14

Ecuacin 4: Modelo de Caurie ............................................................................. 14

Ecuacin 5: Modelo Smith .................................................................................... 14

Ecuacin 6: Modelo Oswin ................................................................................... 14

Ecuacin 7: Modelo Bradley ................................................................................. 14

Ecuacin 8: Porcentaje de error medio relativo .................................................... 14

Ecuacin 9: Error cuadrtico medio ...................................................................... 14

Ecuacin 10: Coeficiente de correlacin lineal ....................................................... 14

Ecuacin 11: Humedad en base seca .................................................................... 15

Ecuacin 12: Humedad en base humeda ............................................................... 15

Ecuacin 13: Velocidad de secado......................................................................... 15

Ecuacin 14: Modelo Henderson - Pabis................................................................ 16

Ecuacin 15: Modelo Cbico .................................................................................. 16

Ecuacin 16: Modelo Exponencial.......................................................................... 16

Ecuacin 17: Razn de humedad........................................................................... 16

Ecuacin 18: Difusividad efectiva ........................................................................... 16

Ecuacin 19 16

xiii

NDICE DE GRFICOS

Grfico 1: Isotermas de desorcin a 25C, 30C, 40C. ......................................... 19

Grfico 2: Isoterma de desorcin y adsorcin a 25C. ............................................ 20

Grfico 3 Curvas de secado de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C. ................... 23

Grfico 4: Velocidad de secado de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C. ............. 24

Grfico 5: Relacin de humedad versus tiempo a 50C, 60C y 70C. ................... 24

Grfico 6. Logaritmo de la relacin de humedades versus tiempo.......................... 25

Grfico 7: Logaritmo natural de la difusividad efectiva. ........................................... 26

xiv

NDICE DE TABLAS

Tabla 1: Dimensiones (mm) y pesos (g) de hojas de Stevia. ................................. 18

Tabla 2: Resultados isoterma de desorcin a 25C. ............................................... 21

Tabla 3: Resultados isoterma de desorcin a 30C y 40C. ................................... 22

Tabla 4: Difusividad efectiva de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C. .................. 26

Tabla 5: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 50C. 27

Tabla 6: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 60C. 27

Tabla 7: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 70C. 27

Tabla 8: Disponibilidad azcar refinada. ................................................................. 29

Tabla 9: Mercado global de edulcorantes nutritivos y no nutritivos ......................... 31

Tabla 10: Detalle de los trmites que presta la Seremi Regin de Coquimbo ........ 39

Tabla 11: Valor por kilo de hoja seca de Stevia ...................................................... 41

Tabla 12: Inversiones planta productora de edulcorante a base de Stevia. ............ 42

Tabla 13: Valores anuales de ingreso, costo y gasto.............................................. 43

Tabla 14: ndices econmicos obtenidos ................................................................ 44

xv

NOMENCLATURA

Smbolo Significado

aw Actividad de agua

A rea de secado (cm2)

A, B Constante de Smith, Oswin y Bradley, caractersticas para cada alimento

a, b, c, d, k Parmetros del modelo de Henderson-Pabis, exponencial y cbico.

C Constante de BET; Constante de GAB

Deff Difusividad efectiva (m2/s)

Do Factor de Arrhenius (m2/s)

Ea Energa de activacin (kJ/mol)

%E Porcentaje de error

f Constante de Henderson

K Constante de GAB

ko Pendiente de grfico ln (MR) versus tiempo

L Espesor del producto a secar (mm)

Ls Masa slido seco (g)

MR Razn de humedades

n Constante de Henderson

N Nmero de observaciones

Nc Velocidad de secado ( g agua/g slido seco* tiempo)

R Constante de los gases (joule/mol*temperatura)

RMSE Error cuadrtico medio

r2 Coeficiente de correlacin

t, x Tiempo (min)

T Temperatura en K

v Constante de Caurie, caracterstica del material

Xci, Mp, Xw,Y Contenido de humedad calculada a partir de cada modelo

(g agua/g slido seco)

Xm Humedad de la monocapa (g agua/g slido seco)

Xs Contenido de humedad de seguridad que proporciona la mxima estabilidad al alimento deshidratado durante el almacenamiento.

Xei, Mo Contenido de humedad experimental (g agua/g slido seco)

Promedio de contenido de humedad experimental

(g agua/g slido seco)

Xbs Contenido de humedad (g agua/g slido seco)

Xbh Contenido de humedad (g agua/g slido total)

Xt Humedad al tiempo t (g agua/g slido seco)

Xo Humedad inicial (g agua/ g slido seco)

Xe Humedad de equilibrio (g agua/ g slido seco)

X Diferencia de humedad

t Diferencia de tiempo

1

CAPTULO I: INTRODUCCIN

El azcar es un edulcorante de origen natural constituido fundamentalmente por

sacarosa que se obtiene mediante extraccin acuosa de la caa de azcar (Saccharum

officinarum L) o la remolacha azucarera (Beta vulgaris) (Quiroz, 2003). Es muy

utilizada a nivel domstico (repostera, edulcorante de bebidas calientes o fras, entre

otros) as como en la industria alimentaria, en donde cumple con una serie de roles

tecnolgicos tales como, edulcorante, accin conservante, confiere caractersticas

organolpticas a productos horneados, sirve de sustrato para la fermentacin,

modificador de textura, agente de volumen, entre otros (WSRO, 2010). Sin embargo el

consumo de azcar como edulcorante est asociado a una serie de enfermedades

tales como la obesidad, diabetes, enfermedades del corazn y de tipo degenerativas

(Malik, 2006; Schulze, 2004; Welsh, 2010).

Frente a esta situacin es que desde hace algunos aos se inici la bsqueda del

edu que reemplace el azcar, el cual debe ser totalmente inocuo, de

sabor dulce, que se perciba y desaparezca rpidamente, muy parecido al del azcar

comn, sin sabor residual y resistente a las condiciones del alimento y del tratamiento

a los que se someter (Rodrguez, 2007).

Actualmente es habitual encontrar en el mercado decenas de productos

edulcorantes, naturales y artificiales, que han transformado a este sector en una de las

reas ms dinmicas dentro de los aditivos alimentarios (Sol, 2010). A la vez, an no

existe consenso dentro de la comunidad cientfica sobre la total inocuidad de estos

productos, principalmente de los edulcorantes artificiales, pudindose encontrar

referencias que indican que la ingesta es segura para la salud humana y otras en las

que es posible asociar la ingesta de edulcorantes a enfermedades (SERNAC, 2003;

Bosetti, 2009).

2

Es en este contexto en que la Stevia (Stevia Rebaudiana Bertoni), y los

steviolglicsidos, compuestos dulces de esta hoja, aparecen como una gran

alternativa, debido a su elevado poder edulcorante y nulo aporte calrico. El consumo

de Stevia tiene efectos beneficiosos en la salud, entre los que se destacan la actividad

antibacterial bucal, hipoglicmica, hipotensora y anti-estrs (Soejarto, 2002; Goyal,

2010; Thomas, 2010).

Debido a sus caractersticas como edulcorante y el atractivo econmico que sta

tiene, se observa a nivel internacional un aumento en el cultivo, industrializacin y

consumo de hojas de Stevia, siendo China el mayor productor de edulcorante, seguido

por Paraguay, mientras que entre los mayores consumidores se encuentran China,

Japn y Corea. La Stevia se comercializa en diversos formatos, algunos con un menor

procesamiento, como lo son las hojas secas trituradas y los con mayor procesamiento

tales como tabletas, polvo y lquida (Zenith, 2011; Zubiate, 2007; Rajagopal, 2009).

En nuestro pas es posible encontrar Stevia proveniente principalmente desde Asia

y Latinoamrica como extracto, lquido, en polvo, tabletas y como hoja seca. Tambin

es posible encontrar cultivos de esta planta en fase experimental, principalmente en la

quinta regin y una empresa productora de cristales y concentrado de Stevia (Sainz,

2010; Rojas , 2010).

Con la presente memoria se pretende aportar informacin cientfica sobre el

proceso de secado de las hojas de Stevia, en tnel, cultivadas en nuestro pas y

entregar directrices para la industrializacin nacional de este edulcorante.

3

CAPTULO II: ANTECEDENTES GENERALES Y MARCO TERICO

2.1 Antecedentes de la Stevia Rebaudiana Bertoni

La Stevia Rebaudiana Bertoni o Ka'a He' (nombre nativo), es una planta de origen

paraguayo, que junto a otras 154 variedades conforman el gnero Stevia (Anexo 1).

La Stevia Rebaudiana Bertoni es la nica especie que contiene componentes dulces

en sus hojas, denominados de forma genrica como steviolglicsidos (Rojas , 2009).

La Stevia es una planta arbustiva que alcanza una altura de 40 a 100 cm.

(CAPASTE, 2010). Posee una raz perenne, abundante, que apenas ramifica y no

profundiza (Rojas , 2009). Sus tallos poseen un alto contenido de antioxidantes,

siendo 5 a 6 veces mayor que el del t verde (Tokohu, 2010).

En la Ilustracin 1 se observan las hojas y flores de la Stevia. Las primeras son de

un color verde intenso, pequeas y en promedio miden 5 cm de largo y 2 cm de

ancho. Las flores son hermafroditas y se ubican en captulos pequeos de 7-15 mm

(CAPASTE, 2010). El fruto es un aquenio delgado y plumoso que es fcilmente

diseminado por el viento (Rojas, 2009).

Ilustracin 1: Hojas y flores de la planta Stevia Rebaudiana Bertoni.

file:///C:/Users/Alberto/Downloads/ANEXOS%20final.docx

4

La hoja seca de Stevia contiene de 9 a 13% de steviolglicsidos, el tallo posee

menos de 3% y la raz no contiene. En la inflorescencia el contenido de

steviolglicsidos en las hojas se reduce al 3% del peso seco (Rojas, 2009).

El cultivo de Stevia se considerada un cultivo perenne, siempre y cuando se

realicen las prcticas adecuadas para mantener el sistema radicular y as lograr un

rebrote luego de cada cosecha (FUNCFOS, 2010). En promedio posee un perodo

vegetativo de tres meses donde alcanza la madurez fisiolgica, disminuye el contenido

de fibra, se acenta el color verde y aroma, y debido a la aparicin de steviolglicsidos

las hojas presentan un mayor dulzor (Rojas, 2009) .

2.1.1 Compuestos qumicos de las hojas

Las hojas de Stevia de la variedad criolla, poseen un alto contenido de clorofila, (3

veces mayor al de otras plantas) y se postula que es el precursor en la sntesis de los

steviolglicsidos (Anexo 2). Dentro de estos compuestos se encuentran el stevisido

(6-8% de la hoja seca) y rebaudisido A o reb-A (3-5% de la hoja seca), ste ltimo

ms dulce y menos amargo que el primero, el cual se intenta aislar para su uso en

edulcorantes. Se encuentran en menor cantidad los ent-kaureno glicsidos, algunos

compuestos no dulces y otros que proporcionan sabor desagradable y amargo (Rojas,

2009) (Anexo 3), los cuales deben ser removidos durante la elaboracin del

edulcorante (Olmedo, 2009; Kennelly, 2002; Stevia-paraguay, 2010; Pasquel, 1999).

2.1.2 Perfil qumico nutricional de las hojas

El perfil qumico proximal de la hoja de Stevia seca, revela presencia de protenas,

grasa, carbohidratos y micronutrientes (Anexo 4), nutrientes que en conjunto aportan

275 kcal/100 g de hoja seca, valor calrico 31% menor que el de la sacarosa (Rojas,

2009).

file:///C:/Users/Alberto/Downloads/ANEXOS%20final.docxfile:///C:/Users/Alberto/Downloads/ANEXOS%20final.docxfile:///C:/Users/Alberto/Downloads/ANEXOS%20final.docx

5

2.1.3 Propiedades de los steviolglicsidos

Origen natural: Los steviolglicsidos se producen en las hojas de Stevia de donde

se aslan y purifican sin realizar modificaciones qumicas (FDA, 2010).

Contenido calrico: Los steviolglicsidos no se metabolizan ni se acumulan en el

cuerpo por lo que su aporte calrico es nulo (FDA, 2010).

Dulzor: El reb-A es 250 a 450 veces ms intenso en dulzor que la sacarosa,

mientras que el stevisido lo es unas 300 veces ms (Kinghorn, 2002).

Solubilidad: El stevisido es menos soluble en agua que el reb-A, 1 gramo de

stevisido se disuelve en 800 ml de agua, mientras que 1 gramo de reb-A se

disuelve en 80 ml de agua (Kinghorn, 2002).

Estabilidad: A 120C el stevisido es estable por una hora, sin embargo sobre

140C se observ su descomposicin (Kroyer, 1999). Por otra parte el reb-A es

estable en distintas matrices alimentarias durante varias semanas de

almacenamiento. En el caso de las bebidas carbonatadas el reb-A es estable en

los rangos de pH de 4 a 6 y a temperaturas de 5C a 25C, hasta por 26 semanas

(Cargill, 2008).

2.1.4 Rendimiento agrcola

La produccin de steviolglicsidos depende en gran medida de la especie y

fenotipo de la planta de Stevia con la que se trabaje, es por esto que se ha

determinado que la reproduccin a travs de esquejes es el mtodo ms

recomendado para este tipo de cultivo, pues se obtiene una plantacin uniforme con

iguales caractersticas a las plantas madre (Zubiate, 2007).

Con el fin de obtener plantas de alta calidad se han realizado estudios de

poliploida (Brucher, 1974; Utsunomiya, 1977; Sato, 1975), con los cuales se

obtuvieron aumentos de productividad en trminos de masa foliar, mayor contenido de

steviolglicsidos, reduccin de rea de cultivo y costos de produccin (Handro, 1994).

En promedio es posible cultivar 140.000 plantas por hectrea con un rendimiento por

cosecha de 2.500 a 3.000 kilos de hoja seca por hectrea (Rojas , 2009).

6

Dentro de las variedades mejoradas que presenta mayor

rendimiento de hojas y mayor contenido de reb-A que la variedad criolla, es as que de

un total de 10% de steviolglicsidos, el 70-80% corresponde a reb-A, haciendo que

las hojas secas sean ms dulces y menos amargas (FUNCFOS, 2010; Rojas, 2009).

Otra variedad mejorada es la Eiret, que presenta un aumento del contenido total de

steviolglicsidos, con valores sobre un 10%, alcanzando incluso un 20%, y un 7% ms

de reb-A, con respecto a la variedad criolla (Casaccia, 2006).

2.1.5 Reglamentacin y toxicidad

La FDA permiti en 1995 el uso de la Stevia como suplemento diettico y en

diciembre del 2008 aprob su uso en alimentos y bebidas asignndole la categora de

GRAS (generalmente reconocido como seguro), lo cual fue respaldado por una serie

de estudios toxicolgicos que demostraron que los steviolglicsidos no afectan a la

salud de las personas (Kraska, 2009). Por otra parte, estudios realizados en animales

indican que la ingesta de distintas dosis de steviolglicsidos no influye en el

crecimiento, no altera los exmenes hematolgicos ni bioqumicos de sangre y no

provocan cambios en el peso de rganos. En relacin a los efectos sobre la

reproduccin, la administracin de extracto acuoso de Stevia no afecta la actividad

sexual, la fertilidad y tampoco las caractersticas de los rganos reproductivos

(Kinghorn, 1985). En cuanto a la ingesta lmite de steviolglicsidos se determin una

dosis letal 50% (LD50) de 15 gramos por kilogramo de peso corporal (McMurty, 2009).

En junio de 2008 la JEFCA (comit mixto FAO/OMS de Expertos en Aditivos

Alimentarios), estableci que los edulcorantes que contengan hasta un 95% de

steviolglicsidos (reb-A y stevisido principalmente) son seguros para el consumo

humano en un rango de 0-4 mg/kg peso/da (Williams, 2009).

En Chile, el Ministerio de Salud incorpor al artculo 146 del Reglamento Sanitario

de los Alimentos, el cual hace referencia al uso de edulcorantes no nutritivos, el

edulcorante a base de Stevia dentro de la lista de productos permitidos fijando la

ingesta diaria permitida de 4 mg/kg peso (MINSAL, 2010).

7

2.2 Marco Terico

2.2.1 Secado por aire caliente

El secado de alimentos se define como el proceso unitario en el cual se aplica

calor, con el fin de remover el agua presente por evaporacin. El principal propsito

del secado es extender la vida til de los alimentos mediante la reduccin de la

actividad de agua (Fellows, 2000).

El secado por aire caliente se lleva a cabo mediante dos mecanismos de

transferencia de calor, la conduccin y principalmente la conveccin. En este ltimo se

utiliza el movimiento de los fluidos para transferir calor, el que puede ocurrir de forma

natural o forzada. En la conveccin natural el movimiento del fluido se genera debido a

las diferencias de densidad producidas por las diferencias de temperatura, mientras

que en la conveccin forzada, el movimiento es producido por medios externos, tales

como, bombas, agitadores o ventiladores. La conveccin es el principal modo de

transferir calor entre la superficie de un material slido y el fluido circundante (Wang,

2006; Knudsen, 1999).

2.2.2 Isotermas de sorcin

La actividad de agua (aw) es la medida del estado del agua en los alimentos y es

un concepto comnmente usado en correlacin con la estabilidad microbiolgica de

los alimentos, ya que permite el desarrollo de lmites generales dentro de rangos

donde ciertos tipos de reacciones deteriorativas son dominantes (Labuza, 2007; FAO,

2011).

Para entender la influencia del agua en un sistema alimentario se requiere de la

determinacin de niveles de aw correspondientes al rango del contenido de agua al

cual el alimento est sujeto. Existen muchos valores crticos de actividad de agua

correspondientes a los valores mnimos y mximos para las reacciones qumicas y

fsicas (Labuza, 2007).

8

Las isotermas de sorcin ilustran el estado estacionario del agua retenida por los

slidos en funcin de la aw o de la humedad relativa de almacenamiento a una

temperatura constante (Labuza, 1968). As las isotermas son una herramienta

extremadamente til debido a que pueden ser usadas para predecir que reacciones

disminuirn la estabilidad del alimento a una determinada temperatura, permiten la

seleccin de ingredientes para cambiar la aw con el fin de aumentar la estabilidad y

pueden ser usadas para predecir ganancia o prdida de humedad (Bell, 2000).

2.2.3 Estudio de mercado

El estudio de mercado de un proyecto consiste en estimar el total de los productos

o servicios provenientes de una nueva empresa que los consumidores estaran

dispuestos a adquirir a determinados precios. Este total representa la demanda desde

el punto de vista del proyecto y se especifica para un perodo de tiempo determinado.

Dado que la magnitud de la demanda variar en general con los precios, interesa

hacer la estimacin para distintos precios y tener presente la necesidad de que el

empresario pueda cubrir los costos de produccin con un margen razonable de

utilidad. El estudio del mercado no slo sirve para determinar la demanda, la oferta,

los precios y los medios de publicidad, sino tambin es la base preliminar para los

anlisis tcnicos, financieros y econmicos de un proyecto (Ramrez, 2009).

2.2.4 Estudio de factibilidad tcnico-econmica

El estudio de factibilidad tcnica evala en detalle el cmo se producir,

almacenar y distribuir un producto o servicio a realizar. Entre los factores que se

deben considerar se encuentran los materiales, la mano de obra, el transporte, la

localizacin, el equipamiento, los recursos energticos, la conectividad, etc. Adems

es una excelente herramienta para la solucin de problemas y planificacin a largo

plazo, sirviendo como evidencia de si un negocio puede ponerse en marcha y

mantenerse en el tiempo (Wolfe, 2011).

9

En el estudio de factibilidad econmica se debe dar primordial importancia a la

optimizacin de todos aquellos aspectos que dependen de una decisin de tipo

econmico como, por ejemplo, el tamao, la tecnologa, la localizacin del proyecto,

entre otros (Sapag, 2003). Dentro de este estudio se encuentra el estudio de viabilidad

financiera que requiere de la cuantificacin de los beneficios y costos monetarios que

ocasionara el proyecto si fuese implementado, en forma ordenada y sistemtica. La

evaluacin del proyecto se realiza sobre los flujos de caja proyectados para una

determinada cantidad de perodos, determinando as su rentabilidad (Sapag, 2003)

10

CAPTULO III: HIPTESIS Y OBJETIVOS

3.1 Hiptesis

Las caractersticas del secado convectivo de las hojas de Stevia, afectan la

factibilidad tcnico-econmica de una planta productora de edulcorante a base

de hojas secas de Stevia.

3.2 Objetivo general

Determinar las caractersticas del secado convectivo, en tnel, de las hojas de

Stevia Rebaudiana y estudiar la factibilidad tcnico-econmica de una planta

productora de edulcorante a base de hojas secas de Stevia Rebaudiana.

3.3 Objetivos especficos

Establecer las isotermas de sorcin de las hojas de Stevia y ajustarlas a

diferentes modelos matemticos para describir su comportamiento.

Establecer las curvas de secado de las hojas de Stevia y ajustarlas a diferentes

modelos matemticos para poder predecir el comportamiento del secado de las

hojas de Stevia.

Establecer el proceso productivo, disear la planta elaboradora y determinar

los equipos necesarios para produccin de edulcorante a base de hojas de

Stevia.

Determinar costos, gastos y utilidades para evaluar rentabilidad del proyecto.

11

CAPTULO IV: MATERIALES Y MTODOS

4.1 Materiales

4.1.1 Materia prima

Para las isotermas de sorcin y el secado se utilizaron hojas frescas de Stevia

(Stevia Rebaudiana Bertoni; variedad Eiret). Las semillas provenientes de Paraguay

fueron plantadas y cultivadas en la quinta regin, en el sector rural de Limache, luego

los plantines fueron reubicados y cosechados en Santiago.

4.1.2 Reactivos qumicos

Sales saturadas (Anexo 5) utilizadas en isotermas segn Labuza (1984) y Wolf

(1985).

Timol: fungicida que evita desarrollo de moho en muestras de aw>0,7 (Vega,

2005).

4.1.3 Equipos e instrumentos

Balanza de precisin Radwag, serie WTB, fabricada en Espaa.

Balanza analtica AE ADAM, modelo AFA-120LC, fabricada en Estados Unidos.

Estufa W.C Heraeus GMBH HANAU, tipo TU 60/60, N 2760-02, fabricada en

Alemania.

Estufa Heraeus, tipo KB 600, Nr 0.2618, fabricada en Alemania.

Secador por conveccin forzada fabricado en la Facultad de Ciencias Qumicas y

Farmacuticas (Universidad de Chile), rango de temperatura del aire, 20C a 80C,

velocidad del aire 0,7 - 2 m/s.

Notebook Samsung, modelo R580, fabricado en Corea.

Higrmetro de pelo, Durotherm, fabricado en Alemania

12

4.2 Mtodos

4.2.1 Mediciones iniciales de las hojas frescas de Stevia

Las hojas cosechadas en el mes de agosto, provenan de plantines cultivados en

Santiago desde mayo. Estas hojas se limpiaron en forma manual eliminando materias

extraas y se registr el peso y las dimensiones de 5 hojas (Ilustracin 2). Al mismo

tiempo se midi la aw de la hoja con un higrmetro de pelo.

4.2.2 Determinacin de humedad inicial de las hojas de Stevia

El contenido de humedad inicial de las hojas se determin en triplicado, segn el

mtodo 930.15 de la A.O.A.C (A.O.A.C, 1998). Se registr el peso inicial de las hojas

por medio de una balanza analtica, luego las hojas fueron llevadas a la estufa a 105C

en cpsulas metlicas y al cabo de 2 horas se retiraron de la estufa, se llevaron a un

desecador por 2 horas y tras su enfriamiento se registr el peso final de las hojas

secas mediante una balanza analtica.

Ilustracin 2: Hojas de Stevia fresca

13

4.2.3 Determinacin de isotermas

Las isotermas de desorcin a 25, 30 y 40C para la hoja fresca y la isoterma de

adsorcin a 25C para la hoja seca, fueron determinadas de acuerdo al mtodo

gravimtrico esttico (Spiess, 1983; Labuza, 1984) (Ilustracin 3). Las muestras se

trabajaron en duplicado para cada temperatura y pesaron en promedio 0,3500 g

(0,0001). Se situaron en canastillos metlicos y luego se colocaron en frascos de

vidrio hermticos junto a las soluciones salinas saturadas (Anexo 5), preparadas de

acuerdo al mtodo propuesto por Labuza (1984) y el proyecto COST 90 (Wolf, 1985). A

los frascos se les adicion timol. Las muestras se mantuvieron en la estufa, registrando

su peso cada dos das hasta que la diferencia entre los pesos fue constante.

Ilustracin 3: Representacin isotermas.

14

4.2.4 Modelado de las isotermas de sorcin

Los datos obtenidos en las diferentes mediciones fueron graficados y luego

ajustados mediante el software Microsoft Excel 2010 a los siguientes modelos: BET

(Ecuacin 1), GAB (Ecuacin 2), Henderson (Ecuacin 3), Caurie (Ecuacin 4), Smith

(Ecuacin 5), Oswin (Ecuacin 6) y Bradley (Ecuacin 7) (Glvez, 2006).

La calidad del ajuste de los modelos propuestos se evalu a travs del porcentaje

de error medio relativo (%E) (Ecuacin 8), el error cuadrtico medio (RMSE) (Ecuacin

9) y del coeficiente de correlacin lineal (r2) (Ecuacin 10) (Glvez, 2007).

Ecuacin 1

Ecuacin 2

Ecuacin 3

Ecuacin 4

Ecuacin 5

Ecuacin 6

Ecuacin 7

Ecuacin 8

Ecuacin 9

Ecuacin 10

15

4.2.5 Determinacin de curvas de secado

El secado de las hojas se realiz en un secador de conveccin forzada utilizando

aire caliente a tres temperaturas (50C, 60C, 70C) y a una velocidad del aire de 0,9

0,1 m/s, hasta alcanzar una humedad comercial del 10% (Rojas, 2009). Para el registro

de los pesos de la muestra, se utiliz una balanza conectada a un computador

mediante un cable R232 y a travs del software R232 Data Logger se consigui

registrar el peso de la muestra en forma continua. Las muestras de hojas frescas de

Stevia (3 0,5 g) fueron puestas en una rejilla de aluminio de dimensiones 28 x 10,5 x

0,7 cm, la que mediante soportes se conect a la balanza, pudiendo as registrar los

pesos en forma instantnea (Ilustracin 4).

Ilustracin 4: Sistema de secado por conveccin forzada.

Una vez registrados los pesos se calcul la humedad en base seca y hmeda

(Ecuaciones 11 y 12) y la velocidad de secado (Ecuacin 13) para cada temperatura

(Glvez, 2007).

Ecuacin 11

Ecuacin 12

Ecuacin 13

16

4.2.6 Modelado del secado

Los datos de humedad obtenidos en el proceso de secado fueron graficados y

ajustados, a los modelos de Henderson-Pabis (Ecuacin 14), cbico (Ecuacin 15) y

exponencial (Ecuacin 16), mediante los software Datafit 8.2 y Sigmaplot 11.0 (Glvez,

2007).

La calidad del ajuste de los modelos propuestos se evalu a travs del porcentaje

de error medio relativo (%E) (Ecuacin 8), del error cuadrtico medio (RMSE)

(Ecuacin 9) y del coeficiente de correlacin lineal (r2) (Ecuacin 10). Adems se

calcul la razn de humedad (Ecuacin 17) con la cual se determin la difusividad

efectiva en la hoja de Stevia (Ecuacin 18), la energa de activacin y el factor de

Arrhenius (Ecuacin 19) (Kadam, 2011).

Ecuacin 14

Ecuacin 15

Ecuacin 16

Ecuacin 17

Ecuacin 18

Ecuacin 19

Ecuacin 20

17

4.2.7 Estudio de mercado y factibilidad tcnico-econmica

Para realizar el estudio de mercado se analiz la oferta y la demanda de los

edulcorantes, para lo cual se revis la bibliografa disponible y se analizaron

estadsticas de comercio nacional e internacional de los edulcorantes, centrndose en

los edulcorantes a base de hojas de Stevia (Zenith, 2011). Se revisaron los

edulcorantes disponibles en supermercados y tiendas de Santiago (Cencosud, 2011;

Walmart, 2011), y se realizaron entrevistas a empresarios involucrados con la

produccin y comercializacin de hojas y edulcorantes a nivel nacional, con el fin de

entregar una visin completa tanto del mercado de la hoja de Stevia como de los

edulcorantes elaborados a base de sta (Sainz, 2010; Rojas, 2010; Sapag, 2003).

Para el estudio tcnico se revis la informacin disponible en textos, se realizaron

reuniones con proveedores de equipos e insumos y se visitaron campos de cultivos de

Stevia y plantas procesadoras de hojas, con el fin de establecer el proceso productivo

para la obtencin del edulcorante, seleccionar los equipos necesarios para llevar a

cabo este proceso, establecer las dimensiones de la planta, determinar la localizacin

geogrfica del proyecto y desarrollar de la ingeniera bsica del mismo, (Sapag, 2003).

Para el estudio de factibilidad econmica del proyecto de la planta productora de

edulcorante a base de hojas secas de Stevia, se realiz una revisin bibliogrfica que

incluy temas tales como, precio y disponibilidad de materias primas (Rojas, 2010),

precios de venta del edulcorante (Cencosud, 2011; Walmart, 2011) y todos los costos y

gastos necesarios para poner en marcha el proyecto y mantenerlo a lo menos por

cinco aos, tiempo para el cual se establecieron los flujos de ingresos y egresos

(Aspee, 2011; Vargas, 2011), pudindose determinar la rentabilidad del proyecto

mediante los ndices de rentabilidad, VAN, TIR y PRI (Sapag, 2003). Estos ndices

fueron calculados con el precio de hoja de Stevia secada en tnel y a modo de

comparacin se calcularon con los precios de compra de la hoja seca de Stevia,

secada en cancha y mediante secado solar.

18

CAPTULO V: RESULTADOS

5.1 Dimensiones y aw de la hoja fresca Stevia.

Las dimensiones y el peso de las hojas frescas de Stevia se muestran en la Tabla

1. El espesor de la hoja fue 0,14 0,01 mm, el largo 40,16 2,78 mm y el ancho 14,94

1,87 mm, mientras que el peso fue 0,1318 0,0104 g, (Tabla 1). Las dimensiones de

las hojas son un 40% inferiores a lo citado (CAPASTE, 2010), lo que puede deberse a

que los plantines an no se encontraban en su etapa mxima de madurez y/o a que

las hojas tenan un menor desarrollo debido a las condiciones climticas de Chile.

Tabla 1: Dimensiones (mm) y pesos (g) de hojas de Stevia.

Muestra Espesor (mm) Largo (mm) Ancho (mm) Peso (g)

1 0,15 43,00 13,9 0,125

2 0,14 40,58 12,5 0,1355

3 0,15 36,00 17,2 0,1172

4 0,13 42,18 16,3 0,1423

5 0,14 39,02 14,8 0,1391

Promedio 0,14 0,01 40,16 2,78 14,94 1,87 0,1318 0,0104

El valor obtenido de aw de la hoja fresca de Stevia fue 0,94 0,01; el cual se

encuentra por debajo de los valores tpicos de productos vegetales (Schmidt, 2007).

5.2 Humedad inicial hoja fresca Stevia.

Se determin una humedad en base hmeda de 84,14% 0,01% (5,30 0,01 g

agua/g slidos secos) y 15,86% 0,01% de slidos secos (Ilustracin 5).

Ilustracin 5: Hojas de Stevia secas 10% humedad base seca.

19

5.3 Determinacin de isotermas de desorcin y adsorcin.

En el Grfico 1 se muestran las isotermas de desorcin de las hojas de Stevia

fresca obtenidas a las 25, 30 y 40C. Se observa que los puntos al ser graficados,

describen una curva sigmodea, comn en alimentos con actividades de agua bajo

0,95 (Labuza, 2007), lo que concuerda con la aw obtenida experimentalmente, y que la

humedad de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura. Estos resultados

coinciden con los obtenidos en estudios de hojas de apio (Romn, 2010), hojas de

menta (Ethmane, 2009 ), hojas de congorosa (Cordeiro, 2004), perejil, organo

(Garca, 2007) y hojas de Stevia (Taharazako, 1985).

Grfico 1: Isotermas de desorcin a 25C, 30C, 40C.

El Grfico 2 muestra las curvas de desorcin de hojas frescas y adsorcin de hojas

secas de Stevia, obtenidas a 25C. Se observa que para una misma aw la humedad

de equilibrio de la curva de desorcin es mayor que la de la curva de adsorcin. Este

comportamiento se conoce como fenmeno de histresis y es frecuente en isotermas

de alimentos (Romn, 2010; Labuza, 2007).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Xb

s (

g a

gu

a/g

s.s

)

aw

Isoterma 40C

Isoterma 30C

Isoterma 25C

20

Grfico 2: Isoterma de desorcin y adsorcin a 25C.

En la curva de adsorcin del Grfico 2 se observa un importante grado de

adsorcin de agua alcanzado una humedad cercana a 0,5 , en un

ambiente con una humedad relativa de 22,5% (al cabo de 20 das de medicin). Por

ello se deben tomar precauciones para la utilizacin y almacenamiento de la hoja

seca, las cuales debern ser usadas idealmente al momento de su recepcin en la

planta o enfardadas con algn material barrera al agua.

5.4 Modelado de isotermas.

En las Tablas 2 y 3 se presentan los parmetros r2, %E y RSME con los que se

evalu la calidad del ajuste de los modelos matemticos a 25C, 30C y 40C. Las

constantes obtenidas en cada modelo se utilizaron para determinar una ecuacin que

permita el ajuste a los datos experimentales (Anexo 6).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Xb

s (

g a

gu

a/g

s.s

.)

aw

desorcin

adsorcin

21

Al observar los valores de r2 y los ndices de error de la Tabla 2, se determin que

el modelo de BET es el que mejor se ajusta a los datos obtenidos a 25C en la

isoterma de la hoja fresca de Stevia, mientras que GAB es el modelo que mejor se

ajusta a la isoterma de hoja seca de Stevia a 25C, con el cual es posible estimar

humedades de equilibrio con mayor grado de exactitud.

Las humedades de equilibrio para la hoja de Stevia fresca a 25C van desde 0,52

a 1,49 y para la hoja seca desde 0,50 a 1,32 (Anexo 7).

Tabla 2: Resultados isoterma de desorcin a 25C para hoja de Stevia fresca y seca.

Temperatura Modelo r2 %E RSME

25C

Hoja fresca

BET 0,9591 4,224 0,033

GAB 0,9563 4,277 0,006

Henderson 0,9651 5,639 0,068

Caurie 0,9404 5,891 0,071

Smith 0,8673 10,69 0,104

Oswin 0,8673 10,69 0,100

Bradley 0,9241 8,187 0,086

25C

Hoja seca

BET 0,9709 75,65 0,520

GAB 0,9899 2,066 0,027

Henderson 0,9747 5,007 0,056

Caurie 0,9772 4,126 0,042

Smith 0,8607 10,94 0,100

Oswin 0,8607 10,94 0,100

Bradley 0,9176 8,620 0,080

Las humedades de equilibrio obtenidas a 30C se encuentran en el rango de 0,53

a 0,63 (Anexo 8) y el modelo de GAB es el que mejor se ajusta a estos

datos (Tabla 3). En los datos obtenidos a 40C, se observa que las humedades de

equilibrio se encuentran entre 0,11 y 0,16 , siendo el modelo de GAB el

que mejor se adecua para estimar humedades de equilibrio (Anexo 9).

22

Tabla 3: Resultados isoterma de desorcin a 30C y 40C.

Temperatura Modelo R2 %E RSME

30C

Hoja fresca

BET 0,8057 36,84 0,219

GAB 0,9816 0,562 0,005

Henderson 0,9469 1,160 0,008

Caurie 0,9423 1,054 0,008

Smith 0,7339 2,172 0,016

Oswin 0,7339 2,172 0,016

Bradley 0,8042 2,299 0,016

40C

Hoja fresca

BET - - -

GAB 0,9659 2,162 0,004

Henderson 0,8888 4,218 0,008

Caurie 0,9366 2,930 0,005

Smith 0,7226 7,124 0,011

Oswin 0,7226 7,127 0,011

Bradley 0,7784 6,301 0,011

5.5 Secado de hojas de Stevia

En el Grfico 3 se presentan los resultados obtenidos luego de secar hojas de

Stevia hasta una humedad de 10% por medio de aire caliente a 50, 60 y 70C. En

este grfico se observa que a medida que las temperaturas son ms elevadas, los

tiempos de secado decrecen, alcanzando 150 minutos a 50C, 95 minutos a 60C y 85

minutos a 70C. Estos resultados permiten establecer que el tiempo de secado de las

hojas de Stevia depende de la temperatura, por lo que al haber una mayor

temperatura del aire de secado, la remocin de humedad se ocurre en un menor

tiempo.

Los tiempos obtenidos son comparables con un estudio japons realizado a hojas y

tallos de Stevia, que present similares resultados, 150 minutos (50C), 120 minutos

(60C) y 80 minutos (70C) (Taharazako, 1985). Durante el desarrollo del secado los

valores de humedad fueron decreciendo hasta el ltimo tercio de la curva, en donde la

humedad se acerca a la de equilibrio, describiendo un proceso normal de secado

(Toledo, 2007).

23

Grfico 3 Curvas de secado de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C.

En el Grfico 4 se muestran las velocidades de secado de las hojas de Stevia a

50C, 60 y 70C. Se observa que la velocidad de secado, disminuye a medida que la

humedad de la hoja decrece, lo que concuerda con los resultados obtenidos en otro

estudio de secado de hojas de Stevia realizado en Japn (Taharazako, 1985).

Durante el secado de las hojas el agua es removida desde la superficie, y a medida

que el tiempo de secado transcurre, la velocidad de secado disminuye debido al menor

contenido de agua disponible en la superficie (Toledo, 2007).

A 50C la velocidad de secado fue menor que a las otras dos temperaturas,

mientras que la velocidad de secado a 70C fue la mayor, por ello es posible

establecer una relacin directa entre la velocidad de secado y la temperatura, es decir,

al haber una mayor temperatura las hojas de Stevia se secan ms rpido. Los

resultados obtenidos fueron similares a los de un estudio japons realizado a hojas de

Stevia y uno francs realizado en hojas de menta (Taharazako, 1985; Ethmane, 2009).

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Xb

h (

g a

gu

a/g

s

lid

o h

m

ed

o)

Tiempo (minutos)

Secado 50CSecado 60CSecado 70C

24

Grfico 4: Velocidad de secado de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C.

El Grfico 5 presenta la razn de humedad en el tiempo para cada temperatura de

secado. A 70C la razn de humedad comienza a ser constante a los 80 minutos y se

acerca a la humedad de equilibrio, mientras que en el secado a 60C la humedad de

equilibrio se alcanza a los 90 minutos. Ambas curvas presentan comportamientos

similares entre s pero distintas de la de 50C en la que el equilibrio se alcanza a los

140 minutos.

Grfico 5: Razn de humedad versus tiempo a 50C, 60C y 70C.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0 1 2 3 4 5 6

Nc

(g a

gu

a/c

m^

2 *

min

uto

s)

Xbs (g de agua/ g slidos secos)

50C60C70C

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 50 100 150

MR

( -

)

Tiempo (minutos)

50C60C70C

25

Los resultados que se presentan en los Grficos 4 y 5 concuerdan con estudios

realizados en hojas de menta y hortalizas (Kadam, 2011; Garca, 2007). El secado de

las hojas de Stevia hasta la humedad del 10% se produjo en el periodo decreciente de

la razn de humedades, con una alta velocidad de secado, sin embargo no alcanzaron

un periodo de velocidad de secado constante.

La ecuacin de difusin de Fick (Ec.18) para partculas de geometra plana, fue

utilizada para calcular la difusividad efectiva de la humedad de las hojas de Stevia

secas (Kadam, 2011). Al graficar el Ln (MR) versus tiempo es posible determinar la

difusividad efectiva del agua para las tres temperaturas de secado, a travs de las

pendientes de las rectas (ko) y la ecuacin 19. La linealizacin se presenta en el

Grfico 6.

Grfico 6. Logaritmo de la razn de humedades versus tiempo de secado de hojas de Stevia a 50C, 60C

y 70C.

A 50C se obtuvo el mejor coeficiente de correlacin (0,9969), mientras que a 60C

fue 0,9943 y a 70C fue 0,9936.

Los valores de difusividad efectiva de la humedad de las hojas de Stevia varan

entre 2,24x10-10 y 4,13x10-10 (Tabla 4), lo que se encuentra dentro del rango general

de difusividad para el secado de alimentos (Kadam, 2011). Adems se observa que

las difusividades aumentan con el aumento de la temperatura (Tabla 5), estos

resultados son comparables con un estudio realizado en secado de hojas de menta

(Ethmane, 2009).

y = -0,0282x + 0,105 R = 0,9969

y = -0,0437x + 0,1293 R = 0,9943

y = -0,052x + 0,1987 R = 0,9936

-5

-4

-3

-2

-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Ln

(M

R)

Tiempo (minutos)

50C60C70CLineal (50C)

26

Tabla 4: Difusividad efectiva de hojas de Stevia a 50C, 60C y 70C.

Temperatura Valor Deff

50C 2,240E-10

60C 3,805E-10

70C 4,131E-10

Se grafic el Ln (Deff) vs 1/T (grfico 7) con los resultados de la Tabla 4, y se

obtuvo un r2 de 0,8608, lo que implica una desviacin de los puntos a un ajuste lineal.

Debido a la escasez de datos no se eliminaron puntos, sin embargo para efectos de

comparacin con la bibliografa disponible, mediante la ecuacin 20, se determin la

energa de activacin, 28,4 y el factor de Arrhenius, 9,38x10-6 .

Estos valores se encuentran dentro de los rangos obtenidos en estudios de secado a

hojas de menta (Ethmane, 2009; Kadam, 2011), hojas de oliva (Bahloul, 2011) y t

negro (Panchariya, 2002).

Grfico 7: Logaritmo natural de la difusividad efectiva a 50C, 60C y 70C versus 1/T (1/K).

5.6 Modelado de curvas de secado

La Tabla 5 muestra los parmetros estadsticos obtenidos en el ajuste de los

modelos matemticos a los datos experimentales de cintica de secado a 50C

(Anexo 10). A esta temperatura de trabajo el modelo exponencial fue el que mejor

describe el secado por conveccin forzada de las hojas de Stevia, con un r2 = 0,997 y

los valores ms bajos de %E y RMSE (1,21% y 1,16, respectivamente), lo que indica

una menor diferencia entre los valores experimentales y los calculados.

y = -3416,6x - 11,577 R = 0,8608

-22,3

-22,2

-22,1

-22

-21,9

-21,8

-21,7

-21,6

-21,5

-21,4

0,0029 0,00295 0,003 0,00305 0,0031 0,00315

Ln

(D

eff

)

1/T (1/K)

27

Tabla 5: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 50C.

Modelo Ecuacin ndices

%E r2

RMSE

Henderson

Pabis 5,22 0,961 5,06

Cbica 1,37 0,997 1,28

Exponencial 1,21 0,997 1,16

La Tabla 6 presenta los parmetros estadsticos obtenidos tras ajustar los modelos

matemticos a los datos obtenidos al secar hojas de Stevia a 60C (Anexo 11), siendo

el modelo cbico el que mejor se ajust con un r2 de 0,991, un error porcentual de

2,85% y 3,89 como valor de RMSE.

Tabla 6: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 60C.

Modelo Ecuacin ndices

%E r2

RMSE

Henderson Pabis

6,39

0,950

6,12

Cbica 2,85 0,991

3,89

Exponencial 3,52 0,986 3,95

En la Tabla 7 se observan los parmetros estadsticos en el ajuste de los modelos

a 70C (Anexo 12). El modelo exponencial present el mejor ajuste a los datos

experimentales (R2 =0,990), el menor error porcentual (2,68%) y el menor valor de

RMSE (2,47).

Tabla 7: Comparacin entre modelos matemticos secado hojas de Stevia 70C.

Modelo Ecuacin ndices

E% R2

RMSE

Henderson Pabis

5,34 0,959 5,06

Cbica 2,82 0,990 2,52

Exponencial 2,68 0,990 2,47

28

Con los modelos que presentan el mejor ajuste a los datos experimentales, es

posible predecir el tiempo de secado de la hoja de Stevia a una determinada

temperatura para alcanzar una humedad de 10% en base hmeda, lo que facilita su

posterior industrializacin (Rojas, 2009). A 50C utilizando el modelo exponencial es

posible estimar que en 153 minutos las hojas alcanzarn una humedad del 10%

(experimentalmente 150 minutos), a 60C usando el modelo cbico el secado tardar

91 minutos (experimentalmente 95 minutos) mientras que a 70 usando el modelo

exponencial demorar 87 minutos (experimental 85 minutos).

5.7 Estudio de Mercado

La hoja de Stevia debido a sus caractersticas ha sido utilizada como edulcorante

de mesa en Japn y parte Sudamrica durante dcadas. En la actualidad, la demanda

de edulcorantes a base de esta hoja ha aumentado debido a que la industria ha

reconocido a este ingrediente natural como un producto que entrega valor agregado a

sus productos terminados y a la bsqueda de los consumidores de productos

saludables (Hembrough, 2011).

El punto de partida para el desarrollo del mercado en torno a la Stevia fue en 2008

cuando los componentes de la hoja, especialmente el Reb-A, fueron considerados

como seguros. Desde entonces, la aprobacin por parte de las distintas legislaciones a

travs del mundo, permiti la formulacin y reformulacin de alimentos y bebidas con

reduccin o cero contenido calrico (Hembrough, 2011).

5.7.1 Anlisis del producto:

- Producto: Edulcorante en polvo, en sachets de 0,5 g, equivalentes a dos

cucharaditas de azcar.

- Composicin: Eritritol (94%) y steviolglicsidos (6%) (Anexo 13).

29

Steviolglicsidos: Origen natural, no calrico, 300 veces ms dulce que sacarosa,

obtenido de hoja seca de Stevia (10% de humedad) (Anexo 14).

Eritritol: Agente de relleno, enmascarador de sabores no deseados, no

calrico, dulzor relativo 0,6 (DeCock, 2002).

5.7.2 Anlisis de la demanda:

- Antecedentes: A nivel mundial la poblacin que padece enfermedades

cardiovasculares, diabetes, hipercolesterolemia y obesidad, ha ido en aumento. En el

caso de Chile la tasa de obesidad en hombres es un 68,4% mientras que en mujeres

es de un 73,3% (Anexo 15). Frente a esta situacin es que la demanda de

edulcorantes no calricos y naturales ha aumentado, disminuyendo as el consumo de

azcar y edulcorantes artificiales (Micol, 2008).

- Distribucin del mercado de consumo: La venta de edulcorantes a base de hojas

secas de Stevia se realiza desde la primera a la dcima regin, en localidades con

acceso a cadenas de supermercados, tiendas de productos naturales y farmacias

(Rojas, 2010).

- Comportamiento y proyeccin de la demanda: El mercado del azcar y del jarabe de

maz de alta fructosa (HFCS) se estima en 50 billones de dlares a nivel mundial. A

nivel nacional, en el ao 2010 el consumo de azcar fue de 42,7 kg/per cpita/ao, lo

que se traduce en la comercializacin de 711 mil ton al ao (IANSA, 2010). Sin

embargo, se ha observado una disminucin en el consumo de azcar de un 8% en el

perodo 2007-2010 (Tabla 8).

Tabla 8: Azcar refinada: produccin nacional, importaciones, exportaciones y disponibilidad (MT) (Fuente: ODEPA, 2010).

Produccin

nacional Importaciones Exportaciones

Disponibilidad aparente

Consumo per cpita

2007 330 442 0 771 46,5

2008 185 549 0 734 43,8

2009 171 562 0 733 43,3

2010 260 470 0 730 42,7

Promedio 286 401 0 686 41,3

30

Por otra parte, el mercado de los edulcorantes alternativos, artificiales y naturales a

nivel mundial, es de 5,5 billones de dlares, lo que representa un 11% del mercado del

azcar y crece a una tasa de 3 - 4% anualmente, se estima que para el 2015

alcanzar 8 billones de dlares (Gilson, 2011).

En el 2008 ms del 50% de la poblacin de Estados Unidos utiliz edulcorantes

alternativos bajos en caloras (Gilson, 2011), lo que se tradujo en un negocio de US$

1.000 millones ese ao (Chilealimentos, 2009).

En Espaa la demanda de edulcorantes alternativos al azcar est aumentando un

8,3% anualmente (SINC, 2008). En Reino Unido, se estima que en dos aos el

mercado de los edulcorantes alcanzar un 20% del mercado del azcar (Jones, 2011).

A nivel nacional los edulcorantes ocupan el 10% del mercado del azcar, teniendo

un crecimiento anual del 18% (Vinagre, 2011).

Con respecto a la Stevia, en el 2010 las ventas del edulcorante, alcanzaron las

3.500 toneladas a nivel mundial (Ilustracin 6). Esto signific un ingreso de $285

millones de dlares, un 27% ms que el 2009 (Hembrough, 2011).

Ilustracin 6: Mercado global de Stevia, perodo 2006 2010 (Fuente: Hembrough, 2011).

A nivel mundial, al igual que en Chile, el mercado de la Stevia alcanza un 4% del

volumen total del mercado de los edulcorantes (Ros, 2011). En la Tabla 9 se presenta

el volumen que ocupan en el mercado global, los edulcorantes nutritivos y no

nutritivos.

31

Tabla 9: Mercado global de edulcorantes nutritivos y no nutritivos (Fuente: Gilson, 2011).

Edulcorantes Mercado Total

Azcares 80%

HFCS 9%

Alternativos 9%

Otros 2%

En la ilustracin 7 se observa el mercado de los edulcorantes a base de Stevia a

nivel mundial en el ao 2010 dividido por regin, el cual alcanz las 3.500 toneladas.

Cabe destacar que la mayor demanda se encuentra en Asia Pacfico con un 35,7%,

seguida por Norte Amrica con un 30,0%, Sudamrica (24,3%) y muy por debajo

Europa (8,6%).

Ilustracin 7: Mercado global de Stevia por regin, ao 2010 (Fuente: Hembrough, 2011).

El mercado de los edulcorantes a base de Stevia est creciendo rpidamente y se

estima un crecimiento del volumen anual de un 25%. A esta velocidad podran abarcar

el 20% del mercado de los edulcorantes alternativos a nivel mundial en el ao 2015

(Gilson, 2011) y se espera que para el 2014 el mercado global de la Stevia alcance las

11.000 toneladas, equivalentes a $825 millones de dlares (Hembrough, 2011).

Alternativos (9%) Mercado Total

Aspartame 31%

Sucralosa (Splenda) 24%

Otros 21%

Sacarina 20%

Stevia (reb-A) 4%

32

5.7.3 Anlisis de la oferta:

- Antecedentes: Actualmente, China es el principal productor de hojas de Stevia, le

siguen Paraguay, Kenya, Indonesia e India (Gilson, 2011). El extracto de Stevia es

comercializado, en forma de tabletas, cristales, sobres y lquido, mientras que la hoja

es comercializada en forma triturada (Zubiate, 2007). A nivel nacional se pueden

observar varias empresas que ofrecen el edulcorante a base de Stevia en formatos

lquido, polvo y tabletas, provenientes de China y Paraguay, principalmente. El precio

de venta de 50 g de edulcorante en polvo flucta entre $1.400 y $4.000 (Walmart,

2011; Cencosud, 2011) (Anexo 16).

- Caractersticas de los principales productores: A nivel internacional el principal

productor de edulcorante a base de Stevia es China, que en el 2009 export cerca del

80% de su produccin de extracto de Stevia Rebaudiana, seguida por Paraguay

(Zubiate, 2007; Wood, 2011).

PureCircle es el principal productor y proveedor de Stevia de alta pureza del

mundo para la industria alimentaria y de bebidas en asociacin con PepsiCo

(PureCircle, 2011). Esta empresa tiene 15.000 H de Stevia contratadas en Kenya,

Paraguay, Colombia, Indonesia, Vietnam, Tailandia y China (Halliday, 2009). Por otro

lado la empresa Cargill patent el primer edulcorante a base de Stevia denominado

rebiana y en colaboracin con Coca-Cola solicit la aprobacin a la FDA, de su

edulcorante a base de reb-A y eritritol, llamado Truvia para uso en bebidas (Gilson,

2011). Ambas compaas ya estn comercializando sus productos a las empresas

nacionales del rubro de alimentos, principalmente a productoras de edulcorantes como

IANSA (Vergara, 2011).

A nivel nacional, la empresa Prodalysa produce extracto de Stevia utilizando hojas

secas importadas de Centroamrica y tecnologas de extraccin y purificacin sin

solventes, para proveer a las empresas de componentes naturales (Sinz, 2010).

33

La oferta de edulcorantes a base de Stevia presente a nivel internacional es mucho

ms amplia que a nivel nacional, la cual se limita a una empresa que produce y

comercializa el edulcorante a base de Stevia como materia prima para la industria

alimentaria. Frente a este escenario es que surge la idea de realizar una planta

elaboradora de edulcorante que abarque en una primera etapa al mercado local y que

se posicione en el comercio minorista (retail) con un edulcorante en polvo (sachet) a

base de hojas secas de Stevia (provenientes de plantines cultivados en el pas) y

eritritol como agente de relleno.

- Proyeccin de la oferta local: En Chile, la empresa MantoVerde a cargo de Claudio

Rojas, posee un campo experimental de Stevia en Illapel y como objetivo a mediano

plazo pretende tener 100 hectreas de Stevia plantadas en el valle del Choapa, con un

rendimiento anual de cuatro mil kilos de hojas secas por hectrea. Rojas sostiene que

la Stevia se puede convertir en un cultivo alternativo para Chile, tal como ocurri con la

palta, adems indica que los mrgenes del cultivo de la Stevia (aproximadamente

3.000 USD por tonelada de hojas de Stevia seca) son ms altos que los mrgenes del

cultivo de la remolacha (20 USD por tonelada de remolacha limpia) (Rojas, 2010;

Iglesias, 2010).

5.8 Factibilidad tcnico-econmica

5.8.1 Estudio tcnico

5.8.1.1 Tamao del proyecto:

La planta tendr una capacidad de produccin anual de 20 toneladas de cristales

de steviolglicsidos, provenientes de 200 toneladas de hoja seca, que equivalen

aproximadamente a 100 Ha de plantas de Stevia. Para asegurar el suministro de hojas

de una variedad determinada se les entregarn plantines de Stevia a los productores,

quienes estarn inscritos dentro del registro de la empresa, y se firmar un acuerdo de

exclusividad, en el cual por un cierto nmero de aos estarn comprometidos a

suministrar hojas de Stevia secas a la empresa.

34

La produccin total de la planta ser de 310 toneladas de edulcorante al ao

(Anexo 17), lo que equivale al 10% de la oferta actual, a nivel nacional, de edulcorante

a base Stevia (IANSA, 2010; Vinagre, 2011; Ros, 2011).

El tamao de la planta fue diseado para satisfacer la capacidad de produccin

considerando dos turnos de trabajo de ocho horas cada uno, de lunes a viernes. El

rea de la planta es de 640 m2, que incluyen la seccin de produccin y envasado,

bodegas, sala de caldera, sala de mantencin, administracin, laboratorio, recepcin,

despacho y reas verdes.

5.8.1.2 Localizacin del proyecto:

La planta se ubicar en el Valle del Choapa, especficamente en Illapel, debido a la

cercana a las plantaciones de Stevia, el acceso a servicios bsicos y acceso a

carreteras (Anexo 18).

5.8.1.3 Ingeniera del proyecto:

Proceso productivo: El proceso para obtener edulcorante a partir de hojas de

Stevia se observa en la Ilustracin 8. Se debe tener en consideracin que las hojas

deben tener un 10% de humedad para facilitar su molienda y mejorar la extraccin de

los steviolglicsidos (Rojas S. , 2009). El proceso fue elaborado tras consultar material

bibliogrfico (Rojas, 2009; Fuh, 1990; Zhang, 2000; Lipnizky, 2002) y visitas realizadas

a la planta productiva de la empresa Prodalysa que elabora edulcorante a base de

Stevia en la quinta regin. El proceso fue dividido en dos zonas dentro de la planta, la

zona hmeda que comprende desde la extraccin de los steviolglicsidos de las hojas

hasta la produccin del extracto lquido y la zona seca en donde el extracto se

transforma en cristales y se mezcla con eritritol.

35

Ilustracin 8: Diagrama de bloques del proceso productivo para obtencin edulcorante a base de Stevia.

36

Zona hmeda

I. Recepcin de materia prima:

- Se recepcionan fardos de hojas de Stevia secas provenientes de campos inscritos

en el registro de la empresa y se pesan en balanza para verificar la cantidad

recibida.

- Se determina la humedad (10%-12%) con una termobalanza.

II. Inspeccin manual:

- Las hojas pasan a travs de un detector de metales y placa magntica para

retener objetos metlicos (clavos, herramientas de corte, etc).

- En la cinta de seleccin se descartan de forma manual objetos distintos de las

hojas (piedras, ramas, etc.).

III. Molienda:

- Las hojas son molidas hasta un tamao de 1 mm con un molino de martillo.

- Mediante tornillos transportadores las hojas se llevan a los estanques de

extraccin.

IV. Extraccin filtracin gruesa:

- Las hojas molidas se mezclan con agua en proporcin 1:15 y se maceran por

cuatro horas.

- El estanque cuenta en su interior con un filtro de 0,5 mm con el cual se realiza la

primera separacin de hoja y extracto.

- El extracto es bombeado hacia las siguientes etapas de filtracin, mientras que las

hojas se sacan del estanque y son transportadas al exterior de la planta.

V. Microfiltracin:

- En este punto son retenidos pigmentos, algunas sustancias de alto peso molecular

y bacterias que superen un tamao de .

VI. Filtracin con carbn activado:

- Tiene como finalidad eliminar color y olores extraos del extracto.

VII. Ultrafiltracin:

- En este punto son retenidas las protenas, pectinas y pigmentos que superen un

tamao de .

- Se utiliza diafiltracin con el fin de facilitar el permeado de steviolglicsidos.

- El retenido es enviado a la unidad de osmosis inversa para ser tratado.

37

VIII. Nano filtracin:

- Mediante membranas con tamao de poros de son retenidos y

concentrados los steviolglicsidos.

- El agua permeada es almacenada para su posterior tratamiento mediante osmosis

inversa.

IX. Osmosis Inversa:

- Mediante osmosis inversa se purifican el retenido de la ultrafiltracin y el permeado

de la nanofiltracin. Aqu se retienen partculas con tamao superior a .

- El agua tratada se reutiliza en la etapa de extraccin.

X. Intercambio inico:

- El extracto pasa por columnas de intercambio inico (resinas aninicas y

catinicas) para eliminar minerales y el permeado es almacenado en estanques de

acopio.

Zona Seca

I. Cristalizacin:

- La solucin acuosa de steviolglicsidos es transportada hasta un secador spray en

donde se reduce la humedad del producto hasta un 20%.

II. Secado:

- Los cristales son secados mediante lecho fluidizado para conseguir la humedad

final del producto (2%).

III. Pulverizado Mezclado:

- Los cristales de steviolglicsidos son pulverizados mediante un molino

pulverizador y mezclados con eritritol.

IV. Envasado y Almacenamiento:

- El producto es envasado en sachets bilaminados (0,5 g), los cuales a su vez son

envasados en cajas de cartulina (100 sachets), las cuales son embaladas en cajas

de cartn corrugado (24 unidades).

- Las cajas son paletizadas y almacenadas en bodega a temperatura ambiente.

38

Seleccin de equipos

Los principales equipos involucrados en el procesamiento de la Stevia son cintas

de seleccin, molinos, mdulos de microfiltracin, filtros de carbn activado, mdulos

de ultrafiltracin y nanofiltracin, intercambio inico, osmosis inversa, secador spray,

lecho fluidizado, pulverizador y envasadora (Anexo 19). Es posible conseguir ms de

un proveedor en el mercado local para cada uno de los equipos, los cuales por sus

especificaciones debern ser importados en su mayora.

Diseos preliminares de planta

La distribucin fsica de los equipos en la planta se muestra en el layout (Anexo

20). El P&ID proporciona informacin bsica de caeras y sistemas de manejo y

control de fluidos (Anexo 21).

Organizacin

La ilustracin 9 muestra la estructura organizacional de la empresa, la cual fue

diseada en torno a las necesidades de sta.

Ilustracin 9: Estructura organizacional de la empresa.

39

Al mando de la organizacin se encuentra el gerente general, quien est a cargo

de dos gerencias, administracin y operaciones. Ambas reas tienen subdivisiones, la

primera se subdivide en compras/ventas y recursos humanos, mientras que

operaciones de subdivide en planta y aseguramiento de calidad.

Recurso humano:

El requerimiento de personal se determin segn la participacin directa e indirecta

con el producto a elaborar. La mano de obra directa consta de 29 personas e involucra

a las personas de cada una de las reas de la operacin, diecisis operarios (ocho por

turno), cuatro laboratoristas (dos por turno), seis personas en el servicio de mantencin

de equipos (tres por turno), un jefe de planta por turno y un operador de caldera. La

mano de obra indirecta incluye al personal administrativo y no administrativo y consta

de 21 personas (considerando las tres gerencias) (Anexo 22).

mbito legal:

Los aspectos legales y ambientales para el funcionamiento de una planta industrial,

desde el punto de vista sanitario y requisitos municipales para obtener la patente

comercial se obtienen a travs de la Seremi de salud, en este caso, de la cuarta regin

(SEREMI, 2011) (Tabla 10).

Tabla 10: Detalle de los trmites que presta la Seremi Regin de Coquimbo

Nombre del trmite,

servicio o beneficio

A quin est

dirigido

Trmites a realizar y/o

etapas

Dnde se realiza?

Autorizacin para

establecimientos de

alimentos que no

cuentan con gua de

trmite especifica.

Pblico en

general.

-Solicitud de

antecedentes, iniciacin

de actividades sanitaria.

-Presentacin de

antecedentes a la oficina

correspondiente previo

pago de arancel.

-Visita de inspeccin.

-Emisin de resolucin

de autorizacin sanitaria.

Oficina comunal

seremi de salud.

40

La Seremi de Salud entrega una resolucin sanitaria para el funcionamiento de

todas las instalaciones que producen, elaboran, preservan, envasan, almacenan,

distribuyen, expenden alimentos o aditivos alimentarios (SEREMI, 2010). De acuerdo al

Ttulo III, Art. N 146 del Reglamento Sanitario de los Alimentos, el edulcorante a base

de Stevia es considerado un aditivo alimentario y por ello se requiere una resolucin

sanitaria para el funcionamiento de la planta (MINSAL, 2010).

La actividad fiscalizadora se enmarca dentro de lo establecido en el Reglamento

Sanitario de los Alimentos (D.S. N 977/96) y el Decreto Supremo 594

Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Bsicas en los lugares de

trabajo , ambos del Ministerio de Salud. La autorizacin sanitaria no reemplaza bajo

ninguna circunstancia a la patente comercial emitida por la municipalidad respectiva

(MINSAL, 1999).

De acuerdo a las exigencias de la municipalidad, es necesario destacar que los

procesos implicados en el normal funcionamiento de la planta elaboradora de

edulcorante a base de Stevia no generan residuos industriales txicos ni genera

ruidos molestos.

41

5.8.2 Estudio econmico

5.8.2.1 Materias primas.

Las materias primas utilizadas para realizar el edulcorante a base de Stevia

corresponden a Eritritol y hojas secas de Stevia con un 10% de humedad de las

cuales se extraern los steviolglicsidos.

El eritritol es un poliol, que puede ser utilizado como agente de relleno, es

relativamente estable al calor y a los cambios de pH. Posee bajo valor calrico y su

dulzor relatvo es 0,6 (en relacin a la sacarosa). Su perfil de dulzor es similar al de la

sacarosa, levemente cido y amargo, pero sin un regusto posterior (Embuscado,

2011).

El valor de la hoja seca de Stevia es un punto a destacar antes de determinar la

rentabilidad del proyecto, debido a que el precio de venta de sta, vara segn el tipo

de secador utilizado (Tabla 12).

En el estudio de rentabilidad de la planta elaboradora de edulcorante se utiliz el

valor de la hoja secada en tnel y como an no existe un registro que indique las

fluctuaciones de precio de esta materia prima durante los aos anteriores, se

consider que para todo el periodo de anlisis de rentabilidad de este proyecto, el

precio de la hoja no sufrir cambios.

Para efectos comparativos se usaron los valores de hoja secada en cancha y en

secador solar, ya que son los mtodos de secado ms utilizados en la actualidad en

los pases productores de hojas secas de Stevia.

Tabla 11: Valor por kilo de hoja seca de Stevia (Rojas, 2010)

Tipo de secado Valor kg hoja seca (CLP)

Secado en cancha $2000

Secado en secador solar $2750

Secado en tnel $3500

42

5.8.2.2 Inversin

El proyecto considera como fuente de financiamiento el aporte de inversionistas

privados. En la Tabla 12 se resumen los valores de la inversin (Anexo 23), la cual se

divide en:

- Activos nominales: corresponden a los bienes intangibles, tales como patente y

resolucin sanitaria, entre otros, que autorizan el funcionamiento de la planta.

- Activos fijos: corresponden a los equipos, vehculos, terreno, infraestructura y

materias primas necesarias para la produccin del edulcorante.

- Capital de trabajo del proyecto: corresponde al valor requerido para cumplir con cinco

meses de produccin. En este caso se compone de la mano de obra directa y de los

costos variables.

Tabla 12: Inversiones planta productora de edulcorante a base de Stevia.

tem Valor (CLP)

Valor kg/hoja seca 3.500

Activos fijos 1.853.101.940

Activos nominales 170.108.040

Capital de trabajo 995.278.179

Total Inversin 3.018.488.159

5.8.2.3 Ingresos, gastos y costos

Los ingresos de la empres