Ing. Francisco Jesús Mora Barandiarán.Ingeniero en Industrias Alimentarias Universidad Privada Antenor Orrego

M. Sc. Gabriela del CarmenBarraza Jáuregui Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de Trujillo

Dr. Raúl Benito Siche Jara Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de Trujillo

Ing. Jesús Alfredo Obregón Domínguez Consultor en Gestión de la Calidad en Engineering Consulting & Services

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE CMC, GOMA GUAR Y GOMA XANTANA SOBRE LA SINERESIS,

CARACTERISTICAS REOLOGICAS Y CONSISTENCIA SENSORIAL DE SALSA DE ALCACHOFA (Cynara scolymus

L.) VARIEDAD IMPERIAL STAR.

I CONGRESO AGROINDUSTRIAL DE INVESTIGACION Y RESPONSABILIDAD SOCIAL ICARS - 2013

INTRODUCCION

Sin embargo, el conocimiento de las propiedades reológicas de alimentos fluidos o semisólidos, como las salsas, es de especial interés en la industria alimenticia, y desviaciones específicas en estas propiedades pueden ser influenciadas por la adición de diferentes hidrocoloides (Sahin y Ozdemir, 2004).

Actualmente existe una gran competencia de productos alimentarios, tanto frescos como procesados, es por ello que las empresas agroindustriales se ven en la necesidad de promover el desarrollo de nuevos productos como derivados de materias primas vegetales, generando un mayor desarrollo de la cadena agroalimentaria nacional (MINAG, 2005).

Las diversas presentaciones son más notorias en frutas y hortalizas, como es el caso de la alcachofa, que ha venido posicionándose a lo largo de los últimos años en el mercado nacional e internacional. Ya que en nuestro país no existe gran hábito de consumo de la alcachofa, la mayoría de la producción nacional es destinada al mercado internacional en la modalidad de producto procesado (MINAG, 2006).

El uso industrial de la alcachofa permite la obtención de productos y subproductos derivados directamente de cualquiera de sus partes empleadas. Uno de estos productos es la salsa de alcachofa.

Es por esto que se presenta esta investigación en la que se elabora una salsa de alcachofa adicionándole en su elaboración ciertos hidrocoloides, como: carboximetilcelulosa (CMC), goma guar y goma xantana. Lo cual llevó a plantearse el siguiente problema: ¿Cuál será el efecto de la concentración de CMC, gomar guar y goma xantana en la sinéresis, características reológicas y consistencia sensorial de salsa de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad Imperial Star?

Estos hidrocoloides se emplean para modificar la textura y brindar características específicas en diversas formulaciones alimenticias (Yaseen y otros, 2001); dando lugar a altas viscosidades a bajas concentraciones (≤1%) y son de estudio complejo, lo que hace que su descripción a través de correlaciones matemáticas sea de gran interés (Silva, 2010).

Por lo que, se han desarrollado numerosos hidrocoloides específicamente como sustitutos de grasa o mejoradores de características texturales; esto en consecuencia, ha dado lugar a un aumento en su demanda (Williams y Phillips, 2000).

INTRODUCCION

Esta optimización en formulaciones alimenticias puede realizarse mediante el uso de técnicas adecuadas. Una de estas, es el diseño de mezclas, la cual asume que una respuesta de interés en una mezcla depende únicamente de las proporciones relativas de los ingredientes en esta. Dichas proporciones son positivas, dependientes entre si, y si están expresadas como fracción de mezcla, deben sumar siempre la unidad. (Gutiérrez, 2008).

ANTECEDENTES

Nikzade y otros (2011) estudiaron el efecto de leche de soya y estabilizantes (goma xantana, goma guar y emulsificantes mono y digliceridos) en la estabilidad de mayonesa baja en grasa aplicando el método de diseño de mezclas simplex con centroide para determinar la mezcla que brinde la mayor estabilidad y mejores propiedades texturales y reológicas; concluyendo una mezcla óptima (en base a 1%) de 6,7% mono y diglicéridos; 36,7% goma guar y 56,7% goma xantana. La goma xantana mostró ser la más efectiva como estabilizante ya que un incremento en su concentración seguida por la goma guar causó los más altos valores de estabilidad, viscosidad y firmeza.

Igualmente, Arocas y otros (2009) investigaron el efecto de la goma xantana y goma de algarrobo en concentraciones de 0,15% en la estabilidad de salsa blanca durante el ciclo congelación – descongelación. Determinaron la sinéresis como indicador de la estabilidad en la salsa. Ambos hidrocoloides redujeron los cambios estructurales después de la congelación, pero la goma xantana fue más efectiva que la goma de algarrobo.

Sahin y Ozdemir (2004), adicionaron hidrocoloides (goma tragacanto, guar, algarrobo, xantana y CMC) en diferentes concentraciones (0; 0,5 y 1,0%) a tres formulaciones de salsa kétchup (con 7,5; 10 y 12,5 % de sólidos solubles totales) y estudiaron el efecto sobre la sinéresis. Todos los hidrocoloides disminuyeron la separación de fases (sinéresis); sin embargo, la mezcla binaria de goma xantana y goma guar fueron los más efectivos al producir los menores valores de sinéresis.

ANTECEDENTES

Función Aplicación en Alimentos

Inhibidor de la cristalización Helados

Emulsificante Aderezos, bebidas

Encapsulante Sabores, vitaminas microencapsuladas

Formador de películas Productos cárnicos

Agente floculante Vino, cerveza

Estabilizador de espuma Cerveza, cremas

Agente gelificante Postres

Estabilizante Mayonesa, cerveza

Agente espesante Salsas, mermeladas

Cuadro 1. Funciones y aplicaciones de hidrocoloides en alimentos.

Fuente: Badui (2006)

REVISION BILIOGRAFICA

Características reológicas

)/( yv dd

Dilatante

Newtoniano

Plástico General

(Pa)

Plástico Bingham

Pseudoplástico

Figura 1. Esfuerzo de corte frente a velocidad de corte para fluidos newtonianos y no newtonianos.

Fuente: Levenspiel (1993)

MATERIALES Y METODOS

• Materia primaAlcachofa sin espinas (Cynara scolymus L.) variedad Imperial Star.

• InsumosCarboximetil celulosa (CMC), goma guar y goma xantana procedentes de la empresa Montana S.A.

CMC GOMA GUAR GOMA XANTANA

Metodología ExperimentalEl esquema experimental empleado para la elaboración de salsa de alcachofa correspondió al desarrollo de un “diseño de mezclas” denominado “Diseño simplex reticular (3,2) con centroide ampliado” (Figura 2) dentro de la metodología “Superficie de respuesta”.

GG GX

x2= 0

x1= 1

x2 = 1x1 = 0

x3 = 1

x1 = x2= 1/2 x1 = x3 = 1/2

x3 = 0

x2 = x3 = 1/2

x1 = x2 = x3 = 1/3

CMC

Figura 2. Diseño símplex reticular (3,2) con centroide ampliado.Fuente: Montgomery (2002).

1)!-( m!!)1(

pmp

N

Donde:N : Número de tratamientos : Número de factores

: Número de niveles de los factores

p

m

Trata-miento

Variables reales Variables respuesta

CMC(%)

GG(%)

GX(%)

Sinéresis(%)

Índice reológico

“n”

Índice de consistencia

“k”(Pa.sn)

Esfuerzo de corte inicial

“ “

Consistencia sensorial

T1 1 0 0

T2 0 1 0

T3 0 0 1

T4 0,5 0,5 0

T5 0,5 0 0,5

T6 0 0,5 0,5

T7 0,33 0,33 0,33

T8 0,67 0,17 0,17

T9 0,17 0,67 0,17

T10 0,17 0,17 0,67

Cuadro 2. Diseño simplex reticular (3,2) con centroide ampliado.

Procedimiento para la elaboración de salsa de alcachofa

Hidrocoloide: Preservante:

CMC Sorbato de Potasio

Goma Guar

Goma Xantana

Ingredientes:

Agua Aceite

Vinagre Azúcar

Sal Especias

Brácteas

Tallo fibroso

Punta de hojas

Fibra interna

Pilosidades

Alcachofa

Mezclado y estandarizado

Pasteurizado

Envasado

Cierre

Enfriamiento

Recepción y pesado

Perfilado

Selección

Desbractado

Clasificación

Enfriado

Escaldado

Despuntado

Cuarteado

Repaso de Cuartos

Reducción de Tamaño

Tamizado

Almacenamiento

Figura 3. Diagrama de flujo para la elaboración de salsa de alcachofa variedad Imperial Star.

Métodos de análisis

Análisis de la alcachofa

- Análisis fisicoquímico

Humedad. Método de la A.O.A.C. (1995).Sólidos solubles. Método de la A.O.A.C. (1995).Acidez. Método de la A.O.A.C. (1995).pH. Método de la A.O.A.C. (1995).

Análisis de la salsa de alcachofa

- Sinéresis: Pérdida de agua por centrifugación. Downey (2003)

Donde:M1: Peso de la muestraM2: Pérdida de peso después de la centrifugaciónS: Porcentaje de Sinéresis

- Análisis reológico

Reómetro rotacional digital modelo Brookfield RVDV – III. Spindle # 27.Temperatura de las muestras: 25 ºC. Velocidades de rotación: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 rpm.Elaboración de reogramas mediante las gráficas: vs. Cálculo del esfuerzo de corte inicial ( ):

Ecuación de Casson:

Una vez encontrado el esfuerzo de corte inicial, se procede a encontrar el índice de consistencia (k) y el índice reológico (n) mediante la gráfica : vs.

Siendo : k: antilog del intercepton: pendiente

- Consistencia sensorial

Prueba de medición del grado de aceptación en función a la consistencia con escala hedónica estructurada de nueve puntos (me gusta – me disgusta), empleando como panelistas no entrenados a consumidores de 18 a 45 años, conformado por 40 personas, de ambos sexos.

)/( yv dd

0

)/(.0 yv dd

)( 0 Log )/( yv ddLog

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Característica Fisicoquímica Cantidad

pH 5.60

Sólidos solubles totales (ºBrix) 6

Acidez 0.45

Humedad (%) 84.1

Caracterización de la materia prima

Peso promedio: 210 g.Calidad: Primera.Calibre de materia prima: 60 – 65 mm. de diámetro.Calibre de corazón: 50 – 55 mm. de diámetro (luego de extraer las brácteas externas)

Evaluación fisicoquímica de la alcachofa

Evaluación de la materia prima

Cuadro 3. Evaluación fisicoquímica de la alcachofa.

Cuadro 4. Valores experimentales para la sinéresis, índice reológico, esfuerzo de corte inicial, índice de consistencia y consistencia sensorial.

Tratamiento CMC (%)

GG (%)

GX (%)

Sinéresis(%)

Índice reológico

(n)

Índice de consistencia

k (Pa.sn)

Esfuerzo de corte inicial

“ “(Pa)

Consistencia sensorial

T1 1 0 0 1,008 0,31 84,55 9,1038 6,75

T2 0 1 0 0,273 0,14 126,30 11,4010 6,70

T3 0 0 1 0,080 0,16 79,09 9,4268 6,40

T4 0,5 0,5 0 0,198 0,11 167,80 13,5100 6,85

T5 0,5 0 0,5 0,134 0,14 129,66 11,7470 6,30

T6 0 0,5 0,5 0,108 0,09 156,24 13,0500 6,25

T7 0,33 0,33 0,33 0,133 0,20 151,32 11,5870 5,55

T8 0,67 0,17 0,17 0,498 0,22 147,64 11,2280 6,30

T9 0,17 0,67 0,17 0,150 0,21 133,20 11,6860 5,80

T10 0,17 0,17 0,67 0,098 0,25 135,96 10,6040 5,95

Evaluación de las salsas de alcachofa

0

Evaluación de la sinéresis

Tratamiento CMC (%)

GG (%)

GX (%)

Sinéresis(%)

T1 1 0 0 1,008

T2 0 1 0 0,273

T3 0 0 1 0,080

T4 0,5 0,5 0 0,198

T5 0,5 0 0,5 0,134

T6 0 0,5 0,5 0,108

T7 0,33 0,33 0,33 0,133

T8 0,67 0,17 0,17 0,498

T9 0,17 0,67 0,17 0,150

T10 0,17 0,17 0,67 0,098

Cuadro 5. Valores calculados para la sinéresis de las salsas de alcachofa.

Cuadro 6. Análisis de varianza de los modelos aplicados a la variable respuesta sinéresis de las salsas de alcachofa.

ModeloSuma de

Cuadrados (SC)

Grado de

libertad(GL)

Cuadra-dos

medios(CM)

Error de SC

Error de GL

Error de CM

F p R2

Lineal 0,5093 2 0,2546 0,2362 7 0,0337 7,55 0,0179 0,6832

Cuadrático 0,2165 3 0,0722 0,0197 4 0,0049 14,69 0,0126 0,9736

CúbicoEspecial

0,0107 1 0,0101 0,0090 3 0,0030 3,55 0,1558 0,9879

Ajuste Total 0,7455 9 0,0828

Al analizar los resultados se tuvo que el modelo matemático que más se ajustó estadísticamente al comportamiento de la sinéresis fue el modelo cuadrático, ya que su valor p fue 0.0126 (p < 0.05) y su coeficiente de determinación (R2) fue mayor a 85% (0, 9736).

Cuadro 7. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado para la sinéresis.

Variables CoeficienteError

Estándart(3) p

-95.% Límite de confianza

+95.% Límite de confianza

CMC (%) 1,02044 0,067614 15,09211 0,000112 0,83271 1,208163

GG (%) 0,25953 0,067614 3,83838 0,018485 0,07180 0,447254

GX (%) 0,07565 0,067614 1,11893 0,325826 -0,11207 0,263381

CMC*GG -1,53871 0,311623 -4,93772 0,007830 -2,40391 -0,673503

CMC*GX -1,39045 0,311623 -4,46197 0,011143 -2,25566 -0,525248

GG*GX -0,07787 0,311623 -0,24989 0,814981 -0,94308 0,787334

Modelando matemáticamente el comportamiento de la sinéresis, la ecuación fue la siguiente:

Sinéresis = 1,02044*CMC+0,25953*GG+0,07565*GX–1,53871*CMC*GG–1,39045*CMC*GX–0,07787*GG*GX

TratamientoCMC

(%)

GG

(%)

GX

(%)

Sinéresis

observada (%)

Sinéresis

estimada (%)

T1 1 0 0 1,008 1,020

T2 0 1 0 0,273 0,260

T3 0 0 1 0,080 0,076

T4 0,5 0,5 0 0,198 0,255

T5 0,5 0 0,5 0,134 0,200

T6 0 0,5 0,5 0,108 0,148

T7 0,33 0,33 0,33 0,133 0,118

T8 0,67 0,17 0,17 0,498 0,409

T9 0,17 0,67 0,17 0,150 0,137

T10 0,17 0,17 0,67 0,098 0,058

Cuadro 8. Valores observados y estimados para la sinéresis de las salsas de alcachofa.

Figura 4. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta sinéresis de las salsas de alcachofa

(a) (b)

Figura 5. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para la sinéresis de las salsas de alcachofa .

CMC (%)

GG(%)

GX(%)

1.25

2.50

3.75

5.00

6.25

7.50

8.75

10.0

011

.30

12.5

015

.00

17.5

020

.00

22.5

025

.00

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

f(x) = 96.2908740295365 x^0.32158122643596R² = 0.995539776198397

Reograma de Salsa de Alcachofa "T1"

γ (1/s)

τ (P

a)

0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000 6.00000.00002.00004.00006.00008.0000

10.000012.000014.000016.0000

f(x) = 1.33692984726445 x + 9.10378440616694R² = 0.955192855119694

√τ vs √γ"T1"

√γ

√τ

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.4000 1.60000.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

f(x) = 0.313133944644121 x + 1.92706410959026R² = 0.993092323634526

Log (τ-τ0) vs Log (γ) "T1"

Log γ

Lo

g (

τ-τ0

)

Reograma de salsa de alcachofa a 25°C.

Evaluación de las características reológicas

• Evaluación del índice reológico “n”

Los valores de “n” están comprendidos entre 0,0856 y 0,3131 para todos los tratamientos evaluados, confirmando un comportamiento no newtoniano de tipo plástico general al notarse un valor “n” menor a 1 (Levenspiel, 1993) y un esfuerzo cortante que no parte del origen ( ).

Tratamiento CMC (%)

GG (%)

GX (%)

Índice reológico (n)

T1 1 0 0 0,31T2 0 1 0 0,14T3 0 0 1 0,16T4 0,5 0,5 0 0,11T5 0,5 0 0,5 0,14T6 0 0,5 0,5 0,09T7 0,33 0,33 0,33 0,20T8 0,67 0,17 0,17 0,22T9 0,17 0,67 0,17 0,21T10 0,17 0,17 0,67 0,25

Cuadro 9. Valores calculados para el índice reologico de las salsas de alcachofa

0

Cuadro 10. Análisis de varianza de los modelos aplicado a la variable respuestaíndice reológico de las salsas de alcachofa

ModeloSuma de

cuadrados(SC)

Grado de

libertad(GL)

Cuadrados medios

(CM)

Error de SC

Error de GL

Error de CM

F p R2

Lineal 0,0152 2 0,0076 0,0281 7 0,0040 1,90 0,2199 0,3513

Cuadrático

0,0033 3 0,0011 0,0248 4 0,0062 0,18 0,9064 0,4275

Cúbico Especial

0,0170 1 0,0170 0,0078 3 0,0026 6,55 0,0832 0,8202

Ajuste Total

0,0433 9 0,0048            

Al analizar los resultados se tuvo que ningún modelo matemático se ajustó al comportamiento de la variable respuesta índice reológico, ya que ninguno tuvo un coeficiente de determinación mayor o igual a 0,85 (R2 ≥ 85%); sin embargo, el modelo matemático que más se acercó fue el modelo cúbico especial con un coeficiente de determinación (R2) de 0,8202.

Tratamiento CMC (%)

GG (%)

GX(%)

Índice de consistencia k (Pa.sn)

T1 1 0 0 84,55

T2 0 1 0 126,30

T3 0 0 1 79,09

T4 0,5 0,5 0 167,80

T5 0,5 0 0,5 129,66

T6 0 0,5 0,5 156,24

T7 0,33 0,33 0,33 151,32

T8 0,67 0,17 0,17 147,64

T9 0,17 0,67 0,17 133,20

T10 0,17 0,17 0,67 135,96

Evaluación del índice de consistencia “k”

Los valores de “k” estuvieron comprendidos entre 79,09 y 167,80 (Pa.sn) para todos los tratamientos evaluados.

Cuadro 11. Valores calculados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa

Cuadro 12. Análisis de varianza para el índice de consistencia “k” y su significancia en los modelos matemáticos

ModeloSuma de

cuadrados(SC)

Grado de

libertad(GL)

Cuadrados medios

(CM)Error de SC

Error de GL

Error de CM F p R2

Lineal 1509,2885 2 754,6443 6078,0582 7 868,2940 0,87 0,4601 0,1989

Cuadrático 5124,0803 3 1708,0268 953,9779 4 238,4945 7,16 0,0437 0,8743

CúbicoEspecial 283,9307 1 283,9307 670,0472 3 223,3491 1,27 0,3416 0,9117

Ajuste Total 7587,3467 9 843,0385

Al analizar los resultados se tuvo que el modelo matemático que más se ajustó estadísticamente al comportamiento del índice de consistencia fue el modelo cuadrático, ya que su valor p es 0.0437 (p<0,05) y su coeficiente de determinación (R2) es mayor a 85% (0.8743).

Cuadro 13. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático aplicado al índice de consistencia “k”

Variables CoeficienteError

Estándart(4) p

-95.% Límite de confianza

+95.% Límite de confianza

CMC (%) 8930 1489.4 5.995875 0.003892 4795 13066

GG (%) 12090 1489.4 8.117608 0.001252 7955 16226

GX (%) 8220 1489.4 5.519186 0.005262 4085 12356

CMC*GG 2104224 686445.4 3.065391 0.037461 198346 4010102

CMC*GX 1692924 686445.4 2.466219 0.069227 -212954 3598802

GG*GX 1718267 686445.4 2.503138 0.066543 -187611 3624145

Modelando matemáticamente el comportamiento del índice de consistencia “k”, la ecuación fue la siguiente:

k = 8930*CMC + 12090*GG + 8220*GX + 2104224*CMC*GG + 1692924*CMC*GX + 1718267*GG*GX

Cuadro 14. Valores observados y estimados para el índice de consistencia de las salsas de alcachofa.

Figura 6. Ajuste del modelo cuadrático para la variable respuesta índice de consistencia de las salsas de alcachofa.

TratamientoCMC (%)

GG (%)

GX (%)

Índice de consistencia, k

observado (Pa.sn)

Indice de consistencia, k

estimado (Pa.sn)

T1 1 0 0 84,55 89,30T2 0 1 0 126,30 120,90T3 0 0 1 79,09 82,20T4 0,5 0,5 0 167,80 157,71T5 0,5 0 0,5 129,66 128,08T6 0 0,5 0,5 156,24 144,51T7 0,33 0,33 0,33 151,32 158,75T8 0,67 0,17 0,17 147,64 140,35T9 0,17 0,67 0,17 133,20 156,36T10 0,17 0,17 0,67 135,96 133,58

(a) (b)

Figura 7. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para el índice de consistencia “k” de las salsas de alcachofa.

CMC (%)

GG(%)GX(%)

Figura 8. Representación gráfica de superficie de respuesta (b) y de contornos (a) para la consistencia sensorial de las salsas de alcachofa.

(a) (b)

CMC (%)

GG(%)

GX(%)

Evaluación de la consistencia sensorial

Determinación de la zona de formulación factible y localización numérica de la mezcla óptima

Figura 9. Superposición de las gráficas de contorno de las variables sinéresis, índice de consistencia y consistencia sensorial .

Optimización de la mezcla de hidrocoloides

Validación de la mezcla óptima

Trata-miento

CMC (%)

GG (%)

GX (%)

Sinéresis(%)

Índice reológico (n)

Índice de consistencia “k” (Pa.sn)

Esfuerzo de corte inicial

“ “(Pa)

Consistencia sensorial

TOPTIMO 0,28 0,13 0,59 0,089 0,13 116,68 11,3390 6,3

Mezcla óptima

CMC: 0,28%Goma Guar: 0,13%Goma xantana: 0,59%

0

CONCLUSIONES• La evaluación de la sinéresis demostró que al utilizar solamente goma xantana en concentración

de 1% (T3) se obtiene el menor valor de sinéresis (0,08%); seguido por el T2 (0,27%), y finalmente el T1 (1,01%).

• El índice reológico “n” demostró que las salsas de alcachofa evaluadas tuvieron un comportamiento “no newtoniano” de tipo “plástico general” ya que estuvieron en el rango de 0,0856 y 0,3131 (n<1) y siguieron el modelo matemático de Hershel – Bulkley. Además, presentaron un esfuerzo de corte inicial entre 9,1038 y 13,5100 Pa.

• El índice de consistencia “k” varió entre 79,09 y 168,79 Pa.sn y se observó un efecto sinérgico de las mezclas binarias (T4, T5 y T6) y ternarias (T7, T8, T9 y T10) de hidrocoloides ya que éstas produjeron valores más altos que los producidos con las concentraciones puras (T1, T2 y T3), demostrando un efecto sinérgico positivo al aumentar el índice de consistencia “k”.

• Con el uso de estos hidrocoloides en proporciones de 0,28% de CMC; 0,13% de goma guar: y 0,59% de goma xantana como mezcla óptima se obtuvo los siguientes valores de las variables respuesta: 0,089% de sinéresis y calificación de 6 “me gusta ligeramente”.