OBTENCIÓN DE UNA PELÍCULA BIODEGRADABLE A PARTIR DEL OLOTE

DE MAÍZ PARA SER UTILIZADA COMO EMPAQUE DE ALIMENTOS, A ESCALA LABORATORIO, EN LA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

CARTAGENA.

BRENDA PUELLO SALCEDO LISBETH ZABALETA DE LA CRUZ

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA, ARTES Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.

2014

OBTENCIÓN DE UNA PELÍCULA BIODEGRADABLE A PARTIR DEL OLOTE DE MAÍZ PARA SER UTILIZADA COMO EMPAQUE DE ALIMENTOS, A

ESCALA LABORATORIO, EN LA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CARTAGENA.

BRENDA PUELLO SALCEDO LIZBETH ZABALETA DE LA CRUZ

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico e Ingeniero de Alimentos.

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA, ARTES Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.

2014

NOTA DE ACEPTACIÓN

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___________________________ PRESIDENTE DEL JURADO

___________________________ JURADO

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JURADO

Cartagena, Diciembre de 2014

DEDICATORIA A Dios por bendecirme en cada paso que doy en mi vida, por brindarme salud, dar sabiduría y mucha paciencia. A mi familia por ser mis modelos a seguir, por su amor, por sus esfuerzos, por apoyarme en todo momento y estar presentes en cada una de las etapas de mi vida. A Kevin, por estar presente en el final de esta etapa de mi vida, por su amor y comprensión. A mi compañera y amiga en este proyecto de grado, Lisbeth, por su entrega, tolerancia y compañía durante todo este tiempo. A mi mejor amigo Luis Fernando, por todos los momentos vividos en estos años, por sus consejos y por brindarme su amistad sincera. A mis compañeros Karen, Jenyffer, Yessith, Aida, Mayito y Yohasky, que con el tiempo se convirtieron en amigos para toda la vida.

BRENDA PUELLO SALCEDO

DEDICATORIA A Dios por bendecirme y darme la fortaleza para seguir adelante

ante toda dificultad.

A mi Hermosa Madre, mi vida, a ella le debo cada triunfo.

A mi tía Aida Luz Quiñones, por haberme guiado y apoyado en los

momentos más difíciles.

A mis profesores y amigos Sonia y Jhoan, por haberme inculcado

tantos valores.

A mi amiga Brenda Puello, por haberme acompañado en el

desarrollo de este proyecto, haberme soportado y en especial por

cada detalle.

A mis amigas Maira y Aida, por cada momento vivido en estos

años, por sus consejos y por estar siempre a mi lado.

A mis compañeros Karen, Luifer, Yessith, Jennifer e Ingry por estar

siempre a mi lado, por hacer de esta experiencia la mejor de toda

mi vida, siempre estarán en mi corazón.

LISBETH ZABALETA DE LA CRUZ

AGRADECIMIENTOS Principalmente a Dios por darnos la oportunidad de realizar este proyecto de grado, darnos sabiduría, salud, paciencia y permitir que este camino haya culminado exitosamente. A nuestra tutora Sonia Liliana Gómez por su colaboración y su paciencia, por hacer cada cosa con todo el cariño sin importar el tiempo, transmitirnos sus conocimientos y guiarnos en la realización de este proyecto. A todo el grupo de docentes del programa de ingeniería química, en especial a Adalberto Matute y Vicente Vargas que con sus conocimientos hicieron valiosos aportes a este trabajo de grado.

¡GRACIAS!

CONTENIDO INTRODUCCIÓN Pág. 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................... 1 1.1 BREVE DESCRIPCION DEL PROBLEMA ...................................................... 1 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................. 2 1.3 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 3 1.4 OBJETIVOS ..................................................................................................... 4 1.4.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 4 1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................................... 4 2. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................ 5 2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS .............................................................. 5 2.2 MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 8 2.3 MARCO LEGAL ............................................................................................. 16 2.4 MARCO CONCEPTUAL ................................................................................ 18 3. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................. 21 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................................ 21 3.2 DISEÑO ADOPTADO ..................................................................................... 21 3.3 ENFOQUE ADOPTADO ................................................................................. 22 3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA ............................................................................ 22 3.5 TECNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN .................................... 22 3.6 HIPÓTESIS ..................................................................................................... 23 3.7 VARIABLES ................................................................................................... 23 3.8 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ................................................... 23 3.9 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN .................................................. 25 4. RESULTADOS ................................................................................................. 26 4.1 SELECCIÓN DEL MÉTODO PARA LA ELABORACIÓN DE UNA PELÍCULA BIODEGRADABLE .............................................................................................. 26 4.2 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA, MICROBIOLÓGICA Y ORGANOLÉPTICA DE LA MATERIA PRIMA (OLOTE DE MAÍZ). ..................... 31 4.3 FORMULACION Y ESTANDARIZACION DEL PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE PELÍCULAS BIODEGRADABLES. ......................................... 37 CONCLUSIONES ................................................................................................. 39 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 41 REFERENCIAS .................................................................................................... 42 ANEXOS ............................................................................................................... 45

LISTA DE CUADROS

Pág.

Cuadro 1. Plásticos derivados del petróleo utilizados en el envasado de alimentos.

.............................................................................................................................. 11

Cuadro 2. Clasificación de los atributos de texturas. ........................................... 16

Cuadro 3. Variables dependientes del proceso. ................................................... 23

Cuadro 4. Variables independientes del proceso.................................................. 24

Cuadro 5. Distribución de Tamaños ...................................................................... 28

Cuadro 6. Características Olote (A) ...................................................................... 31

Cuadro 7. Características Olote (B) ...................................................................... 32

Cuadro 8. Peso y humedad de las muestras. ....................................................... 32

Cuadro 9. Peso y contenido de cenizas de las muestras. .................................... 33

Cuadro 10. Atributos catados para la percepción de textura. ............................... 35

Cuadro 11. Atributos catados para la percepción de olor y aroma. ...................... 35

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Distribución del endospermo córneo y harinoso en distintos tipos de

maíz. a) Maíz dentado, b) Maíz colorado duro o Flint, c) popcorn, d) Maíz

harinoso, e) Maíz dulce. ........................................................................................ 10

Figura 2.. Olote de maíz ....................................................................................... 27

Figura 3.. Materia prima picada ............................................................................ 27

Figura 4.. Olote de maíz molido ............................................................................ 28

Figura 5..Olote de maíz seco ................................................................................ 28

Figura 6.. Película biodegradable con malla N°10 y N°12 .................................... 29

Figura 7. Película con malla N°14 y Almidón de yuca ........................................... 30

Figura 8. Película con malla N°20 y Almidón de papa .......................................... 30

Figura 9.. Película biodegradable obtenida a partir del Olote de Maíz. ................. 31

Figura 10. Penicillum ssp presente en la muestra de almidón de yuca. ............... 34

Figura 11. Aspegillus niger presentes en las muestras de almidón de papa ........ 34

LISTA DE DIAGRAMAS

Pág.

Diagrama 1. Procesos utilizados y sus etapas para la obtención de la película ... 26

Diagrama 2. Flujograma para la obtención de película. ........................................ 37

LISTA DE GRÁFICAS

Pág.

Gráfica 1. Percepción sensorial olfato y textura para el olote. .............................. 36

Gráfica 2. Percepción sensorial olor y aroma. ...................................................... 36

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Horno. .................................................................................................... 46

Anexo B. Conservante (Sorbato de Potasio). ....................................................... 47

Anexo C. Conservante (Benzoato de Sodio). ....................................................... 47

Anexo D. Laminadora. .......................................................................................... 48

INTRODUCCIÓN La alimentación ha sido un tema de importancia en el transcurrir de la historia del hombre, debido a que marca el estado de salud del ser humano. Es por esta razón que se estudian diferentes métodos para lograr que los productos que llegan a las manos de los consumidores sean cada vez más favorables para la nutrición, las alternativas que son utilizadas para lograr esta característica de favorabilidad la podemos identificar en todas las fases de su procesamiento desde la cosecha de los alimentos hasta el empacado y distribución del producto. Naturalmente todos los alimentos desde el inicio de un proceso productivo tienen un envase biológico (epicarpio) el cual protege a la masa alimenticia (endocarpio) de todas las adversidades naturales existentes; con el pasar del tiempo el hombre ha buscado la manera de alargar el período de conservación de los alimentos, hecho que se ha logrado con el suministro de químicos y/o creación de envases y empaques para los mismos, tema que trae a su vez desacuerdos entre proveedores y consumidores, debido a que en la actualidad se elaboran envases que protegen de eficiente manera el alimento pero no contribuyen al medio ambiente y otros que generan migración de componentes químicos lo cual es perjudicial para la salud del consumidor. Los envases son la barrera que protege y conserva el producto, manteniendo su función de almacenamiento y conservación de las características sensoriales (olor, color y aroma), nutritivas y fisicoquímicas propias. Por esta razón, la presente investigación busca obtener una película biodegradable a escala de laboratorio que cumpla las funciones anteriormente mencionadas. La investigación de las características que debe cumplir un material para elaborar envases, se ve reflejado en los estudios relacionados con películas biodegradables debido a que el consumidor está exigiendo alimentos seguros, sanos y que contengan aditivos naturales. Todo esto con las nuevas prácticas de distribución asociadas con la globalización, conlleva a la implementación de nuevos sistemas logísticos los cuales exigen innovación, calidad y tecnología en sus envases, empaques y embalajes que hacen parte de su proceso de aprovisionamiento a proveedores y consumidores, brindando inocuidad total del producto. Actualmente en Colombia se fabrican envases en polietileno, materia que es denominada como un derivado del petróleo. La contaminación generada a partir de polímeros sintéticos, genera la necesidad de elaborar envases innovadores que contribuyan de manera positiva tanto al alimento almacenado como al medio ambiente, sin perder de vista que todos los envase y empaque a nivel internacional deben cumplir con propiedades específicas: térmicas, mecánicas, de

barrera y ópticas, además, deben obedecer a las regulaciones establecidas por NTC (Normas Técnicas Colombianas), ISO, directrices asignadas por las Directivas Europeas, normativas alemanas (Ley de Troffer) y demás normativas internacionales, todo con el fin de obtener un envase optimo donde se mitigue la migración de agentes químicos. Entre otras cosas, es importante destacar los bajos costos que traería consigo la fabricación de este empaque debido a que los residuos agroindustriales que se obtienen del desgranado de la mazorca, conocido comúnmente como Olote, presenta un alto volúmen de desecho y por lo tanto puede ser obtenido a bajos costos. El proceso de fabricación de películas para envases biodegradables trae consigo altos beneficios, pero a su vez demarca desventajas las cuales son mínimas frente a la fabricación de películas para envases a base de polietileno u otro polímero, a partir de aquí, se busca que la gran mayoría de los insumos, componente o materia a utilizar para este desarrollo propuesto sean naturales y si es posible llegar a obtener un “envase inteligente” con base de recursos naturales. En síntesis la innovación en la elaboración de películas biodegradables además de traer consigo la posibilidad de establecer nuevos mecanismos de empaque, implica una forma de mantener una alimentación saludable y segura desde todos los puntos de vista, además se optimizará el aprovechamiento de residuos agroindustriales para evitar la contaminación.

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OBTENCIÓN DE UNA PELÍCULA BIODEGRADABLE A PARTIR DEL OLOTE

DE MAÍZ PARA SER UTILIZADA COMO EMPAQUE DE ALIMENTOS, A ESCALA LABORATORIO, EN LA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

CARTAGENA.

1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 BREVE DESCRIPCION DEL PROBLEMA

En la actualidad las industrias de empaques para alimentos están dirigidas a la utilización de materiales a partir de polímeros sintéticos, este material interacciona con el alimento transformando sus características organolépticas y su inocuidad, liberando tóxicos que causan daño a los consumidores, por esta razón se requiere la innovación en empaques menos agresivos que permitan la conservación de las características del alimento y que además contribuyan con el medio ambiente. En Colombia para el año 2012 según la Asociación Colombiana de Industrias Plásticas, Acoplásticos; el sector de los plásticos proceso 980.000 toneladas de resinas plásticas, de las cuales un 50 por ciento son de producción nacional. Actualmente cada tonelada de resina plástica tiene un valor en el mercado de 2.000 dólares, lo cual equivale al 50 por ciento del producto terminado1. Con base a lo anterior se toma la iniciativa de trabajar con materias primas biodegradables para la elaboración de empaques, en este caso a partir del residuo del desgranado de maíz el cual se conoce como olote de maíz, quien representa la medula donde se almacenan las reservas alimenticias del cereal. De acuerdo con los datos recopilados por el DANE, el maíz es el cereal cuyo cultivo ocupa la segunda mayor extensión en Colombia, 137.720 hectáreas en 2010 con una producción cercana a 688.000 toneladas y un rendimiento promedio de 5 ton/ha. Se determinó que el área de siembra se encuentra distribuida entre dos tipos: maíz blanco que ocupa el 33,2% de la superficie y maíz amarillo con el 66,8%2. Las condiciones productivas de maíz en bolívar no son las mejores, ya que en el departamento la superficie cultivada se disminuyó de 7.000 mil hectáreas a menos de 20 hectáreas entre 1990 - 2011, con una producción que

1NUÑEZ, G. (2012). Sector de plásticos vende US$4.000 millones anuales. Bogotá - Colombia: Confidencial Colombia.( http://confidencialcolombia.com/es/1/304/1525/Sector-de-pl%C3%A1sticos-vende-US$4000-millones-anuales-Plastico-Industria-Acoplasticos-TLC.htm). 2 Industria y Comercio. Cadena Productiva del Maíz. 2012 p.14

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igualmente se redujo de 4.3 toneladas por hectáreas en 2003 a 2,5 hectáreas en 20103. Por otra parte los polímeros sintéticos tienen efectos en la seguridad sanitaria, así como también, en las características organolépticas del producto, el riesgo de un posible daño a la salud de los consumidores debido a la migración de componentes del material plástico al alimento, es reconocido y ha sido evaluado por el establecimiento de regulaciones alimentarias que definen límites a la migración, dentro de los límites establecidos por las normas nacionales, se han logrado detectar límites de migración hasta un 285% por encima de lo permitido lo cual es potencialmente tóxico para la salud del consumidor.4 Por otra parte, las tintas de impresión de las etiquetas están enmarcadas dentro de las sustancias que deben cumplir con las especificaciones de la norma debido a que muchos de sus compuestos pueden migrar al alimento, debido a esto se ha establecido que no deben contener trazas de plomo, cromo, cadmio o zinc. El desarrollo de técnicas de empaques y envases a partir de materiales orgánicos, es una alternativa para la solución de problemas que enfrenta actualmente la industria en cuanto a conservación, mantenimiento de la calidad y mejoramiento de las condiciones de almacenamiento de los alimentos, disminuyendo el impacto ambiental que producen los materiales plásticos y aumentando la sostenibilidad en las industrias de alimentos, estudios realizados muestran el creciente interés en el desarrollo de películas biodegradables como es el caso de caracterización de películas a base de nanobiopartículas (mucilago y pectina) de nopal verdura (Opuntiaicus-indica)5. A partir de las situaciones anteriormente descritas, en el presente proyecto se pretende obtener una película biodegradable a partir del olote de maíz para ser aplicada como empaque en alimentos con el objetivo de mejorar y evitar los diferentes tipos de contaminación que los empaques elaborados con polímeros están causando en la actualidad. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo obtener, a escala laboratorio, una película biodegradable a partir del olote de maíz para ser utilizada como empaque de alimentos?

3JIMÉNEZ, Leonardo. Acuerdo alianza pacifico: otro golpe mortal al sector agropecuario de

bolívar. 4 POVEA, Ismael. Interacción entre los envases poliméricos y el alimento. En: Virtualpro. (Oct

2008). 5GUEVARA, J.C. PÉREZ, J.D. ÓRNELAS, J. “Elaboración y caracterización de películas

biodegradables a base de nanobiopartículas (mucilago y pectina) de nopal verdura (Opuntia ficus-indica)”. {En línea}. {18 agosto de 2013}. Disponible en: (http://www.ceiich.unam.mx/nanomex2011/MemoriasNanomex/aplicaciones%20pdf/49-JG.pdf).

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1.3 JUSTIFICACIÓN El desarrollo de películas biodegradables con funciones activas, que generen características antimicrobianas y propiedades de barrera sin la adición de agentes químicos, se ha dado fundamentalmente a las exigencias cada vez mayores, de reducir el impacto en la contaminación ambiental que se ha producido con el incremento de desechos generados por el uso de envases y plásticos de origen no biodegradable para el empacado y distribución de alimentos6, además de los tóxicos que son transmitidos por partes de los empaques a el producto. De igual manera la alternativa más viable, la constituye el desarrollo de materiales biodegradables con propiedades funcionales como empaques que ofrezcan costos competitivos y que además ayuden a solucionar los problemas anteriormente mencionados, por esta razón surge la necesidad de remplazar los polímeros sintéticos por películas biodegradables, es importante el desarrollo de este tipo de proyectos porque además de buscar una innovación en el área de los empaques, también implica la reducción de un material el cual no está siendo utilizado como lo es el Olote en muchos países, en este caso México siendo el 4º productor a nivel global está siendo afectado por este residuo, produciendo el 2.7% del maíz en el mundo (23 millones de toneladas en 2010)7. En este proyecto se pretende innovar en la obtención de una película biodegradable que cumpla con las especificaciones de proteger las características principales de un alimento (color, olor, sabor), contribuyendo a la disminución del impacto ambiental que además de ser producido por el uso de polímeros no degradables, es también ocasionado por los desperdicios de algunos residuos orgánicos como el olote, que son esparcidos o incinerados por las industrias, las cuales utilizan el grano como materia prima para la producción de harinas, panes etc. El proceso para la obtención de la película biodegradable se realizó de la siguiente manera:

1. Se seleccionó y clasificó la materia prima, con el fin de ingresar un producto apto para su procesamiento

2. Se trituró y tamizó el material seleccionado para disminuir y clasificar el diámetro de las partículas.

3. Posterior a esto se mezcló con el pegante orgánico y se laminó para obtener la película biodegradable

6 AVENDAÑO CETINA, Grace Lady. Diseño y evaluación de las propiedades mecánicas y de

barrera de un biopolímero obtenido a partir de almidón de papa para ser empleado en empaques para alimentos. Duitama, 2009. Universidad nacional abierta y a distancia una escuela de ciencias básicas e ingeniería. Escuela de ciencias básicas e ingeniería. 7 Producción de maíz, México 2010. Comparativo regional de rendimientos de Maíz. 2012.

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Los recursos para desarrollar esta iniciativa se ven influenciados por la producción de maíz que existe en Cartagena, especialmente en las zonas de Turbaco, Arjona y otros pueblos aledaños. Es importante destacar que la Universidad de San Buenaventura "Considera fundamentalmente en su acción, la búsqueda constante de la verdad; la actividad creadora; el análisis serio y objetivo de la realidad; el rigor científico y el valor intrínseco de la ciencia y de la investigación, el examen crítico de los conocimientos y la aplicación de los mismos al desarrollo de la comunidad”8. La idea se basa en un aporte al desarrollo de la comunidad mediante una búsqueda constante de la verdad, incluyendo en el recorrido la práctica de los conocimientos transmitidos por nuestros docentes. 1.4 OBJETIVOS 1.4.1 OBJETIVO GENERAL Obtener una película biodegradable a partir del olote de maíz para ser aplicada como empaque de alimentos, a escala laboratorio, en la Universidad San Buenaventura Cartagena. 1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Seleccionar el método para la elaboración de una película biodegradable. Caracterizar fisicoquímica, microbiológica y organolépticamente la materia prima (Olote de maíz). Formular y estandarizar el proceso para la obtención de películas biodegradables a partir del olote de maíz

8UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA. Proyecto Educativo Bonaventuriano, PEB. 43p

Disponible en:

{http://www.usbcartagena.edu.co/phocadownload/USBInstitucionales/Proyecto_Educativo_Bonave

nturiano.pdf}

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2. MARCO DE REFERENCIA 2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS Las películas biodegradables han sido de gran importancia en los últimos años ya que surgieron como una alternativa viable a la problemática ocasionada por la acumulación de residuos plásticos, la elaboración de estas da la posibilidad de disminuir el volumen de plásticos almacenados y la contaminación por parte de desechos orgánicos que de igual forma también pueden ser utilizados para la elaboración de este tipo de productos. En este caso el residuo orgánico de importancia es el Olote, el cual es el producto obtenido después del desgranado del maíz. Investigaciones realizadas referentes a las películas biodegradables y el olote, como ha sido su utilización hasta la actualidad y como han ido avanzando los estudios respecto al tiempo. El estudio de las propiedades físicas de películas biodegradables y su posible aplicación como sistema mulching (acolchado)9; fue realizado en el 2009 por María Elizabeth Alemán Huerta y colaboradores, el cual tuvo como objetivo conocer el comportamiento de las propiedades físicas de membranas elaboradas a base de pectina y alcohol polivinílico en un sistema de mulching. Para lograr este objetivo se prepararon membranas de pectina y alcohol polivinílico mediante la técnica “casting”. Se evaluaron dos formulaciones de polímeros y dos membranas como control, una de polietileno de baja densidad (PEBD) y la otra de pectina al 100%. Para medir la permeabilidad al agua, se colocaron muestras de suelos de humedad conocido en cajas Petri, las cuales fueron selladas con las películas biodegradables y sometidas a diferentes temperaturas y tiempos de almacenamiento. Posteriormente, determinaron la humedad del suelo por el método gravimétrico. Los valores de porcentaje de retención de agua presentados por las películas biodegradables (10.3%), fueron menores que los presentados por las películas sintéticas, indicando ser más permeables. La permeabilidad al vapor de agua para las películas biodegradables no fue afectada por el tiempo y la temperatura. Es posible utilizar películas biodegradables como sistema de mulching, ya que evita la acumulación de residuos persistentes en el suelo, aunque deberán buscarse mejorar las propiedades de barrera para optimizar su uso.

9 ALEMAN, María. MORALES, Lilia. DE LUNA, Erick. SALAZAR, Ruby. AREVALO, Katiushka.

Estudio de las propiedades físicas de películas biodegradables y su posible aplicación como sistema mulching (acolchado). {En línea}. {9 de septiembre 2013}. Disponible en: (http://www.uaemex.mx/Red_Ambientales/docs/memorias/Extenso/TA/EC/TAC-27.pdf).

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El sistema “mulching” implementado permitió monitorear las propiedades de películas biodegradables para predecir su comportamiento en ambientes naturales, con la limitante de que las condiciones a nivel campo son similares pero no iguales, ya que la temperatura en este estudio se mantuvo constante, lo cual no sucede en el exterior. Las películas sintéticas mostraron mejores propiedades de barrera que las biodegradables ya que la temperatura y el tiempo afectan la permeabilidad al vapor de agua de las películas biodegradables. La caracterización morfológica de Películas biodegradables a partir de Almidón modificado de yuca, agente Antimicrobiano y plastificante10, según Reinaldo Velasco y colaboradores, realizado en el 2012; en este estudio se evaluó la morfología superficial de almidones termoplásticos (TPS) obtenidos de tres variedades de almidón modificado de yuca, plastificante y un agente antimicrobiano. Las películas fueron obtenidas por extrusión soplada, se acondicionaron a una temperatura de 25 °C y humedad relativa de 50 % durante 48 horas y se extendieron sobre un portaobjetos; se procedió a tomar las fotomicrografías con los objetivos de 4x y 10x. Se usó la técnica microscopia óptica de alta resolución (MOAR) para caracterizar las imágenes. La técnica mostró que la adición del plastificante afecta la microestructura de películas de almidón de yuca demostrando una falta de homogeneidad, sin embargo se presentaron regiones lisas relacionadas con el tamaño y forma del gránulo de almidón, la concentración del plastificante y las condiciones del proceso de extrusión como la velocidad del tornillo y el perfil de temperatura. Esta investigación contribuyó a caracterizar las propiedades microestructurales de los almidones termoplásticos, que son imprescindibles para la continuidad en el estudio de películas biodegradables. El uso del olote de maíz como sustrato microbiano para la obtención de xilanasas11, realizado en el 2012 por Armando Robledo Olivo y colaboradores, es ampliamente rico en xilano (28-35 % base seca), se desecha de diversas maneras, por esparcimiento sobre la tierra, por incineración al aire libre o mezclado con otros compuestos en la alimentación ganadera como forraje, generando ganancias muy bajas o nulas. A causa de esta concentración de xilano, el olote de maíz se ha venido empleando como sustrato en fermentaciones en medio líquido, para la producción dirigida de enzimas degradadoras de ésta hemicelulosa y otros procesos de valor agregado (Gupta y Kar, 2008), pero se

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VELASCO, Reinaldo y colaboradores. Caracterización morfológica de Películas biodegradables a partir de Almidón modificado de yuca, agente Antimicrobiano y plastificante. Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial. 2012. 11ROBLEDO, Armando. AGUILAR, Cristóbal. MONTAÑEZ, Julio. “Uso del olote de maíz

como sustrato microbiano para la obtención de xilanasas”. {En línea}. {17 de agosto de 2013}. Disponible en: (http://www.posgradoeinvestigacion.uadec.mx/AQM/No.%207/7.html).

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requiere de mayor información para el empleo de olote de maíz como sustrato-soporte en fermentación en estado sólido con la finalidad de producir metabolitos de interés. La conversión del xilano en productos de valor agregado empleando recursos que pueden ser renovables ha acaparado la atención de los investigadores sobre el estudio de aspectos bioquímicos, reguladores y moleculares de los sistemas de enzimas xilanolíticas. Actualmente, los estudios se han encaminado en descubrir enzimas xilanolíticas a partir de residuos agroindustriales que sean más robustas en cuanto a sus características bioquímicas, que permitan amplios rangos de operación para su uso en diversos procesos térmicos alimenticios, así como los estudios para el incremento en su producción y escalamiento industrial. Los objetivos de J.C. Guevara-Arauza y colaboradores, en la Elaboración y Caracterización de películas biodegradables a base de nanobiopartículas (mucilago y pectina) de nopal verdura (opuntia ficus-indica)12 para el 2000 cuando se realizó de este proyecto, fueron elaborar y caracterizar películas poliméricas biodegradables a base de nanopartículas de mucilago y pectina de nopal para su posible aplicación para el empacado en atmósferas modificadas de productos alimenticios. Utilizaron nopales cv. Milpa Alta cultivada en Milpa Alta D.F. a partir de los cuales se extrajo el mucilago y la pectina conforme la metodología reportada por [1,2] con ligeras modificaciones. La precipitación se realizó utilizando un sistema de goteo seguido de molienda con martillos con la finalidad de generar nanopartículas <300 nm, caracterizadas previamente (SEM). Tanto el mucilago como la pectina fueron caracterizaron por su contenido de azucares, proteína, humedad y cenizas. El ácido galacturónico en la pectina se determinó conforme lo reportado por las soluciones filmógenas consistieron de nano partículas, la dispersión formadora de la película fue mantenida 12 h bajo agitación magnética. Grace Lady Avendaño Cetina, diseñó y evaluó las propiedades mecánicas y de barrera de una película basada en almidón de papa en el 2005, tubérculo autóctono de la región para ser empleado en empaques para Alimentos. Los objetivos principales del diseño y evaluación de las propiedades mecánicas y de barrera de un biopolímero obtenido a partir de almidón de papa para ser

12GUEVARA, J.C. PÉREZ, J.D. ÓRNELAS, J. Elaboración y caracterización de películas biodegradables a base de nanobiopartículas (mucilago y pectina) de nopal verdura (opuntia ficus-indica). 2000.

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empleado en empaques para alimentos13, fueron describir los parámetros de diseño de un empaque para ser empleado en la industria de alimentos; relacionar las pruebas de calidad que debe cumplir un material para fabricación de empaques; describir las características de los materiales empleados en el diseño del polímero biodegradable; optimizar la formulación de las mezclas Almidón de papa-Glicerol estudiando la influencia del porcentaje de nisina presente en la mezcla, en las propiedades mecánicas y de barrera. Debido a la necesidad de reducir la acumulación de desechos sólidos, crearon dos películas biodegradables, las cuales se comparan con polímeros sintéticos. La adición de compuestos agroindustriales con alto contenido de lignina y celulosa contribuye a una innovación. Las películas basadas en polisacáridos, proteínas y/o compuestos lipídicos, han sido consideradas para la protección de diversos productos alimenticios, a través del control de la transferencia de gases y en la mejora de revestimientos naturales aplicados en frutas y hortalizas. El análisis de las Películas biodegradables a partir de residuos de cítricos: Propuesta de empaques activos14, se realizó en el 2005 mediante técnicas de casting o vaciado en placa, a base de residuos de la industria citrícola, pectina, alcohol polivinílico y benzoato de sodio para estudiar el efecto de éste, así como del grosor en las propiedades fisicomecánicas y de barrera de dichas películas por Katiushka Arévalo Niño y colaboradores. Fue posible la incorporación de residuos agroindustriales, como matriz polimérica, para la elaboración de empaques activos, los cuales mostraron propiedades físico mecánicas y de barrera, similares a las de otras películas biodegradables, lo que las hace potencialmente útiles para su aplicación en la industria del empaque de alimentos y particularmente como empaques activos. 2.2 MARCO TEÓRICO El maíz es uno de los cuatro principales cultivos en el mundo con 695 millones de toneladas producidas en 2007. El mayor productor es Estados Unidos, con 282 millones de toneladas anuales. Este país oferta en su mayor parte maíz amarillo (692.3 millones de toneladas), y produce solamente 2.7 millones de toneladas de maíz blanco. A nivel de producción lo siguen China, Brasil, México y Argentina. Estados Unidos también es el principal productor de olote mientras que México en este rubro pasó a ser el segundo productor en el sexenio de 2000-2006 (FAOSTAT, 2007)15.

13AVENDAÑO, Grace. Diseño y evaluación de las propiedades mecánicas y de barrera de un biopolímero obtenido a partir de almidón de papa para ser empleado en empaques para alimentos. 2005 14ARÉVALO, Katiushka. ALEMÁN, María. ROJAS, Ma. MORALES, Lorenzo. Análisis de las Películas biodegradables a partir de residuos de cítricos: Propuesta de empaques activos. 2010 15

ACEVEDO, Francisca. et al. Información biológica-agronómica básica sobre los maíces nativos y sus parientes silvestres. 2008.

9

La producción de maíz ha tenido gran importancia en varios sectores de la economía a escala mundial durante los siglos XX y los inicios del siglo XXI, en la mayoría de estos el uso que se le da al maíz es para forraje, se utiliza como materia prima para la producción de alimentos procesados e incluso para la producción de etanol. El maíz es uno de los granos alimenticios más antiguos que se conoce, tiene una gran variedad de color del grano, textura, composición y apariencia, los cuales también pueden ser clasificados en distintos tipos; por la concentración del endospermo y del grano, por el color del grano, el ambiente en que es cultivado, la madurez y su uso. Entre las categorías más importantes del maíz está, el maíz duro, el dentado y el harinoso, los cuales adquieren esta importancia gracias al uso que se les da. Por otra parte también se encuentran otro tipo de categorías que son menos usadas entre ellos está, el maíz reventón para preparar bocadillos, maíz dulce para consumir las mazorcas verdes y maíz ceroso. El maíz duro se caracteriza por ser suave al tacto, tener granos redondos y duros, este tipo de maíz germina mejor que otros, teniendo en cuanta donde sea cultivado, en suelos húmedos o fríos, por lo general su madurez es temprana y se seca más rápidamente, de igual forma el maíz duro rinde menos que el maíz dentado. El área ocupada usual del maíz duro esta alrededor de 20 millones de hectáreas correspondientes a los de color amarillo-naranjado y 12,5 millones de hectáreas referentes al maíz duro de color blanco-cremoso. Otro de los maíces más comunes es el dentando, para ellos el endospermo tiene más almidón blando que los tipos duros, cuando el grano se comienza a secar el almidón blando en la parte superior del grano se contrae y esto en lo que hace que tome la apariencia de diente. Los granos del maíz duro poseen una profundidad de inserción en el olote y tienen a ser más difíciles de trillar. En los trópicos, el maíz dentado blanco se cultiva en 19 millones de hectáreas y el dentado amarillo en 9,7 millones de hectáreas16. Por otra parte el maíz reventón está constituido por granos con bajo contenido de humedad, cuando se calientan alrededor de 170°C, revientan y cuan mayor sea su explosión de mejor calidad es el producto final. Entre las características más generales de este tenemos que es, de tallo débil, es una planta baja y de madurez temprana. El uso común de este maíz reventón es para bocadillos (palomitas). El maíz harinoso es predominante en las zonas altas de la región andina y de México. El endospermo está compuesto casi exclusivamente de un almidón muy blando. Esta variedad de maíz tiene una gran cantidad de colores de grano y textura y su uso es más que todo para alimento humano y bebidas.

16

PALIWAL, Ripusudan y otro. El maíz en los trópicos: Mejoramiento y producción. Roma. 2001.

10

Figura 1. Distribución del endospermo córneo y harinoso en distintos tipos de maíz. a) Maíz dentado, b) Maíz colorado duro o Flint, c) popcorn, d) Maíz harinoso, e) Maíz dulce.

Fuente: Watson (1991)

El residuo del desgranado del maíz (Zea mays L.) se conoce como olote de maíz, un tejido esponjoso y blanco que representa la médula donde se almacenan las reservas alimenticias del cereal. Está compuesto en base seca por celulosa (45 %), hemicelulosa (35 %) y lignina (15 %), de los cuales la hemicelulosa se compone mayoritariamente por xilano de olote (28-35 % base seca) uno de los heteroxilanos complejos que contiene residuos de xilosa con enlaces β-1,4 (Saha y Bothast, 1999). El xilano de olote de maíz se compone principalmente de xilosa (48-54 %), arabinosa (33-35 %), galactosa (5-11 %) y ácido glucurónico (3-6 %) (Doner y Hicks, 1997; Saha y col., 2003). Estas características le confieren al olote la posibilidad de ser empleado como sustrato en la producción de la enzima xilanasa. 2.2.1 OLOTE DE MAIZ

Es el producto obtenido después de haber desgranado el maíz, este representa la medula donde se almacenan las reservas alimenticias del cereal, está compuesto en base seca por celulosa (45%), hemicelulosa (35%) y lignina (15%)17. Las características fisicoquímicas del olote se ven representadas de la siguiente manera: Proteína cruda (2.86%), grasa (2,49%), fibra Cruda (31,74%)18.

17

Robledo. Op. Cit.

11

2.2.2 ENVASES ALIMENTARIOS

Así como la seguridad sanitaria en el proceso de elaboración de los alimentos es de gran importancia para garantizar la inocuidad al final de su producción, los envases cumplen un objetivo importante en la industria, ya que tienen la función de contener, proteger, manipular y presentar, tanto artículos acabados como materia prima utilizada para la producción. De igual forma protege de agentes externos procedentes del ambiente como el calor, el oxígeno, la luz, la humedad, la presión, microorganismos e insectos. Los materiales más utilizados que cumplen con algunas de las características anteriormente expuestas se ven reflejados en el cuadro 1. Es justificada la utilización de estos polímeros porque presentan características como la de ser químicamente inertes, ligeros, resistentes y desde un punto de vista publicitario, son fáciles de adecuar y manejar. Sin embargo por el hecho de ser compuestos sintéticos derivados del petróleo, su utilización además de generar problemas de tipo ambiental, presenta la desventaja de vincular sustancias tóxicas como monómeros, antioxidantes y pacificantes a la composición del alimento. Cuadro 1. Plásticos derivados del petróleo utilizados en el envasado de alimentos.

Tipo Material Abreviatura Aplicaciones

1 Polietileno tereftalato PET Botellas

2 Polietileno de alta densidad PEAD Botellas, bandejas

3 Policloruro de vinilo PVC Películas flexibles

4 Polietileno de baja densidad PEBD Películas , bolsas

5 Polipropileno PP Películas flexibles

6 Poliestireno PS Bandejas, tarrinas

7 Otros Policarbonatos Fuente: Arrieta y otros, 2011.

2.2.3 ENVASES BIODEGRADABLES

La materia prima utilizada para la elaboración de envases biodegradables suele ser de uso alimentario y procedente de residuos orgánicos o fuentes renovables, se caracterizan por presentar propiedades de barrera, mecánicas, antimicrobianas y de trasmisión de luz. 2.2.3.1 Consideraciones técnicas del diseño de un empaque: Las consideraciones técnicas que se deben tener en cuenta para la elaboración de un empaque son muy diversas debido a las diferentes funciones que este cumple en

18

MENDIOLA AMOR, Ana Sofía. Producción de bioetanol: pretratamiento del maíz. México D.F. 14 mayo 2008. Universidad Iberoamericana

12

los alimentos, a esto se debe la necesidad de innovación en el mercado lo cual obliga a implementar y diseñar empaques que además de proteger el alimento mantengan sus características organolépticas desde todos los puntos de vista. Los parámetros que se deben tener en cuenta al momento de escoger y diseñar un empaque son los siguientes:

Investigar acerca de los diferentes tipos de materiales que podrían ser utilizados para la elaboración del empaque.

El empaque debe ser elaborado de acuerdo con el producto, el mercado y los materiales teniendo en cuenta las normas técnicas de aplicación desde el punto de vista de diseño y estructura.

Posteriormente es importante realizar unas pruebas de mercado para verificar que tan aceptado es el producto. De acuerdo con los resultados que se muestren se realizaran los ajustes necesarios para su posterior lanzamiento.

2.2.3.2 Funciones del empaque

Función de localización: Se refiere a la forma y el color que lo identifica en función de una marca.

Función de identificación: Esta característica en especial le da al consumidor la facilidad de identificar el producto de acuerdo con su marca y categoría o empresa que lo fabrica.

Función de servicio: Cualidades de empleo que debe tener el empaque desde el punto de vista del consumidor. En estas cualidades se puede destacar el reciclaje o su reutilización.

2.2.3.3 Tipos de envase

Empaque primario: El envase primario se caracteriza por estar en contacto directo con el producto además permanece en el hasta su consumo, Ej. ; Frasco, bolsa de papel, plástico y envoltura.

Empaque segundario: Es aquel que contiene los envases y el embalaje más sus accesorios, es decir que son los contenedores de uno o varios envases primarios Ej; separadores tales como cuadrículas de cartón, rejillas de plástico, telgopor, entre otros.

Empaque terciario: Contiene envases primarios y secundarios, es utilizado para almacenar, manipular y trasladar productos19.

19

TOLOSA, Diana. Aspectos sanitarios de los materiales y envases de alimentos. 2008.

13

2.2.4 ADITIVOS

Así como los alimentos necesitan de componentes de origen químico u orgánico para adquirir características que por naturaleza no tienen, las películas biodegradables elaboradas con residuos agroindustriales, también requieren de aditivos que contribuyan a proporcionar las cualidades de las que carecen. La función que puede cumplir un aditivo en una película biodegradable depende del tipo de aditivo a agregar y del resultado que se desea obtener. Así, entre los aditivos más comunes para polímeros biodegradables se encuentran estabilizantes contra rayos ultravioleta (UV), sustancias ininflamables, fungicidas, herbicidas, antioxidantes, fertilizantes, estabilizantes, y otros. La concentración o porcentaje de adición de los aditivos suele estar entre 0,005 % y 1 % del peso de la mezcla, lo cual lo convierte en el componente que se incluye en menor proporción en las películas20. Las películas a base de polisacáridos (almidón) suelen ser poco flexibles y en ocasiones quebradizas por lo que es necesario la adición de plastificantes, en el caso de películas biodegradables elaboradas a partir de fibra, es indispensable adicionar un pegante de tipo orgánico para lograr la fijación de las partículas. 2.2.4.1. Almidón El almidón es un polisacárido vegetal que se hidroliza a glucosa y proporciona al hombre energía, se almacena en las raíces, tubérculos y semillas de plantas, en los granos se encuentra situado en el endospermo. Está constituido por moléculas de amilosa y amilopectina, los almidones ricos en amilosa son fáciles de moldear y mantienen su forma, es por ello que el almidón además de ser utilizado para moldear caramelos, dar textura y estabilidad a dulces, es usado en la industria alimentaria para la elaboración de recubrimientos comestibles dando como resultados películas con buenas propiedades mecánicas y de barrera O2y CO2.

21 El desarrollo de la industria alimentaria requiere del uso de gelificantés de origen orgánico como el almidón de papa y almidón de yuca, que permitan de forma eficaz y segura proporcionar características de resistencia, dureza y maleabilidad. Para evitar el crecimiento de hongos y otros microorganismos es indispensable adicionar conservantes, entre los cuales se destaca el Benzoato de Sodio (E211); en la industria alimentaria es utilizado como persevante y eficaz en medios alcalinos, tiene la característica de proteger el alimento de hongos, levaduras y bacterias, la dosis máximas permisible es de 1gr por cada kg de producto terminado. Así mismo el Sorbato de Potasio (E202); es un conservante 20

ENRÍQUEZ C, Mario, Composición y procesamiento de películas biodegradables basadas en almidón. Junio 2012 21

LOPEZ, Ana. Diseño, desarrollo y aplicación de envases comestibles potencialmente bioactivos. 2013

14

antimicrobiano inhibidor de mohos y levaduras, blanco o amarillo, soluble en agua, su dosis permisibles es de 0.05% - 0.1% gramos/litros según el producto a elaborar22. 2.2.5 PRUEBAS SOBRE EL CONTROL DE CALIDAD Dentro de las pruebas que deben ser realizadas a los empaques biodegradables se destacan las siguientes:

Análisis fisicoquímicos

Análisis Microbiológicos

Caracterización organoléptica 2.2.5.1 ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS Análisis de humedad La determinación de humedad puede ser el análisis más importante llevado a cabo en productos alimentarios, es más difícil obtener resultados exactos y precisos. La materia seca que permanece en el alimento posterior a la remoción de agua se tiene como resultado una materia seca que se conoce como sólidos totales. El contenido de humedad es un factor de calidad en la conservación de algunos productos, ya que afecta la estabilidad de: frutas y vegetales deshidratados, leches deshidratadas, papas deshidratadas y especias23. Además, todos los cálculos de valor nutricional requieren del conocimiento previo del contenido de humedad, los datos sobre contenido de humedad se utilizan para expresar los resultados de otras determinaciones analíticas en una base uniforme (por ejemplo, con base en el peso seco).

Es importante tener en cuenta que el contenido de humedad de los alimentos varía enormemente debido a que el agua es un constituyente principal en la mayoría de los productos alimenticios, con base a los diferentes

Determinación de ceniza

La determinación de cenizas se define como la cantidad de residuos inorgánicos resultante después de haberse retirado el material orgánico presente en una muestra, es importante conocer la cantidad de cenizas presente en un producto porque da el cocimiento de saber qué porcentaje minerales contiene la muestra y posterior a esta los metales pesados que la componen.

22

VICENTE, Antonio. Los aditivos en los alimentos. Madrid España 1992 23

CERVANTES, Zaira. Determinación de humedad y cenizas en fruta en almíbar. Villa de Álvarez, Colima. 2012. InstitutoTecnológico de Colima.

15

Se conocen tres métodos para determinar cenizas: cenizas en seco utilizado para la mayoría de los alimentos, cenizas húmedas (por oxidación), para el caso de muestras con alto contenido de grasa (carnes y productos cárnicos) se usa el análisis simple de cenizas de plasma en seco a baja temperatura elementales.

Los minerales constituyentes (cenizas) permanecen en el residuo en forma de:

Óxidos, sulfatos, fosfatos, silicatos y cloruros, dependiendo de condiciones de incineración y la composición del producto analizado.

La determinación del contenido de cenizas en los alimentos es por tanto un indicador del contenido total de minerales y materia inorgánica, micro elementos que cumplen funciones metabólicas importantes en el organismo.

2.2.5.2 ANALISIS MICROBIOLÓGICOS La flora microbiana que se da con frecuencia en empaques biodegradables elaborados con materiales orgánicos son los hongos, además de ser usado el almidón como compactante, lo cual produce un medio adecuado para su desarrollo, por esta razón es importante la implementación de análisis microbiológicos donde se determine a que factores se puede presentar un crecimiento de esta especie. 2.2.5.3 ANALISIS ORGANOLÉPTICO Según el Instituto de Alimentos de EEUU (IFT) define la evaluación sensorial como “la disciplina científica utilizada para evocar, medir analizar e interpretar las reacciones a aquellas características de alimentos y otras sustancias, que son percibidas por los sentidos de la vista, olfato, gusto, tacto y oído24”. El análisis sensorial o evaluación sensorial es el análisis de los alimentos u otros materiales a través de los sentidos25. El olor de los alimentos se percibe a través del epitelio olfatorio, este contribuye gradualmente en el placer al comer, al igual que la apariencia, el olor es un índice valioso de calidad porque refleja el buen estado y la frescura del alimento catado. El gusto es el atributo que caracteriza a los alimentos en cuanto a su sabor y se percibe por los corpúsculos gustativos. Las características táctiles de un alimento pueden constituir un aspecto de textura la textura, aunque se aprecia la textura de los alimentos por algo más que el sentido del tacto. Los componentes estructurales de los alimentos le confieren un

24

SCHUTZ, H.G. Sources invalidity in the Sensory Evaluation of Food. Food Techn. 25

ANZALDÚA, Antonio. La evaluación sensorial de los alimentos en la teoría y la práctica

16

amplio rango de propiedades referidas colectivamente como textura26; estos clasifican en: mecánicas, geométricas y de composición. El cuadro 2 indica algunas de las propiedades de textura para materiales de empaque, teniendo en cuenta esta clasificación. Cuadro 2. Clasificación de los atributos de texturas.

ATRIBUTOS DE TEXTURA

MECÁNICOS GEOMÉTRICOS

PRIMARIOS

Dureza

Cohesividad

Elasticidad

Adhesividad

Viscosidad

SECUNDARIOS

Fracturabilidad

Masticabilidad

Gomosidad

FORMA Y TAMAÑO DE PARTICULAS

Granuloso

Arenoso

Perlado

Pulverizado

FORMA Y ORIENTACIÓN DE LAS PARTICULAS

Escamoso

Fibroso

Laminar

Fuente: Autores 2.3 MARCO LEGAL La necesidad de mantener un control en la calidad de los alimentos requiere de la implementación de regulaciones, que sean aplicadas en empaques y envases destinados al uso alimentario, estas cada día son más exigentes en cuanto a materiales de elaboración, sustancias permitidas y procesos productivos. La implementación de normas se ven aplicadas en todos los mercados, esto evidencia la importancia que tiene el proceso de empacado en la conservación de alimentos. Actualmente en Colombia INCONTEC (El instituto de Normas Técnicas Colombianas), en compañía con el ministerio de protección social y un porcentaje importante de industrias relacionadas con el sector de bebidas, alimentos, empresas, laboratorios y otros agentes gubernamentales, han tomado la determinación de elaborar un reglamento técnico de envases, empaques para cada material de fabricación 27 ,en donde uno de los principales objetivos de este proyecto está enfocado en el uso racional de los recursos disponibles en la fabricación de empaques y envases, teniendo en cuenta la utilización de materias primas amigables con el medio ambiente. La migración de componentes que ocurre entre el envase y el alimento dependen de la naturaleza de ambos y de las condiciones de procesado industrial, unos de los compuestos con mayor interés es el Bisfenol A (BPA) , este debido a su alto grado de toxicidad ha sido prohibido en Colombia y otros países. Cabe señalar

26

DURAN, Felipe. Manual del Ingeniero de Alimentos. Bogotá: Grupo Latino Ltda., 2006. 465p. 27

GARCIA, Aldemar. Envases y empaques saludables. 2007, p. 58,59.

17

que existen enfermedades que son provocadas por este tipo de agentes contaminantes, solo por mencionar algunas como el botulismo y el saturnismo este último es un envenenamiento provocado por el plomo (Pb) cuando ingresa al cuerpo humano generando anemia. “MATERIALES, COMPUESTOS Y ARTÍCULOS PLÁSTICOS PARA USO EN CONTACTO CON ALIMENTOS Y BEBIDAS”. Norma técnica NTC colombiana 5023; 2001-12-19 28 Esta norma específica los materiales y las buenas prácticas de manufactura de compuestos y artículos plásticos para contacto con alimentos y bebidas y usos derivados, de tal forma que en las condiciones normalizadas o previsibles de empleo, no presenten migración hacia los alimentos o bebidas en cantidad que pueda:

Representar un peligro para la salud humana. Ocasionar una modificación inaceptable de la composición de los alimentos o

bebidas o una alteración de las características organolépticas de estos. Los requisitos especificados en ésta norman, incluyen:

Lista de materiales cuyo empleo es adecuado para la fabricación de compuestos y artículos plásticos para contacto con alimentos o bebidas

Criterios de pureza y condiciones particulares de empleo de ciertos materiales plásticos.

Límites específicos de migración de algunos o de cierto grupo de materiales, en o sobre los productos alimenticios.

Metodología de ensayo para determinar la pureza y migración especifica. “MATERIALES Y ARTÍCULOS PLÁSTICOS DESTINADOS A ESTAR EN CONTACTO CON ALIMENTOS O BEBIDAS. DETERMINACIÓN DE MIGRACIÓN GLOBAL”NTC 5022:2001 Directiva Europea 82/711/EEC229: Que establece las normas de base necesarias para la verificación de la migración de los componentes de los materiales y objetos de materia plástica destinados a entrar en contacto con productos alimenticios. Directiva Europea 90/128/EEC2: Relativa a los materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con productos alimenticios.

28

Norma Técnica NTC COLOMBIANA 5023; 2001-12-19 29

Directiva Europea 82/711/EEC2

18

2.4 MARCO CONCEPTUAL CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS: son las características físicas de cualquier materia y que podemos percibir con nuestros sentidos: sabor, textura, olor y color. Se utilizan para evaluar materias sin instrumentos científicos y poder determinar si son óptimas para su finalidad. CELULOSA: es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ß-glucosa a través de enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. EMBALAJE: El embalaje es la cobertura que brinda protección y manipulación a las mercancías envasadas, esta tiene como función principal perfeccionar las condiciones de almacenamiento y mantener el alimento empacado doblemente protegido. EMPAQUE: es la carta de presentación de un producto e impulsa la decisión de compra. Por eso, además de proteger, conservar y guardar determinado artículo, debe ser atractivo a los ojos del consumidor. ENVASE: Se denomina envase al contenedor que está en contacto directo con el producto mismo, este tiene como función proteger, conservar e identificar el producto; además este también facilita el manejo y la distribución del producto empacado. ESCALDADO: es un tratamiento térmico que se aplica sobre todo a productos vegetales. A diferencia de otros procesos, no destruye los microorganismos ni alarga la vida útil de los alimentos. ESTERILIZACIÓN: es la destrucción o eliminación de todas las formas de microorganismos patógenos. HEMICELULOSA: son polisacáridos no celulósicos flexibles (xilanos, glucanos, galactanos, mananos, fructanos, xiloglucanos, glucomananos, arabinoxilanos, calosaglucanos) compuestos producidos por los dictiosomas. Revisten las fibrillas de celulosa y cristalizan con ella, uniéndolas. Las hemicelulosas, por lo tanto, forman cadenas (sogas) que atan a las microfibrillas de celulosa juntas formando una cadena cohesiva, o bien actúan como un revestimiento resbaladizo que impide el contacto directo entre microfibrillas. IMPACTO AMBIENTAL: modificación del ambiente ocasionada por la acción del hombre o de la naturaleza.

19

INOCUIDAD: la inocuidad de un alimento es la garantía de que no causará daño al consumidor, cuando sea preparado o ingerido y de acuerdo con el uso a que se destine. La inocuidad es uno de los cuatro grupos básicos de características que junto con las nutricionales, organolépticas y comerciales componen la calidad de los alimentos. LIGNINA: es un biopolímero, está presente en todas las plantas vasculares, y al igual que muchos otros componentes de la biomasa, se forma mediante la reacción de fotosíntesis. MATERIALES ORGÁNICOS: Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. MIGRACIÓN: es la cantidad de material, en este caso plástico, que pueda pasar a los alimentos al estar en contacto con estos y que puede suponer un peligro para la salud humana y provocar una modificación inaceptable de la composición de los alimentos. MOLIENDA: es una operación que permite la reducción del tamaño de la materia hasta tener una granulometría final deseada, mediante los diversos aparatos que trabajan por choques, aplastamiento o desgaste. OLOTE DE MAÍZ: El residuo del desgranado del maíz (Zea mays L.) se conoce como olote de maíz, un tejido esponjoso y blanco que representa la médula donde se almacenan las reservas alimenticias del cereal. POLÍMEROS SINTÉTICOS: creados por el hombre a partir de elementos propios de la naturaleza. La gran variedad de propiedades físicas y químicas de estos compuestos permite aplicarlos en construcción, embalaje, industria automotriz, aeronáutica, electrónica, agricultura o medicina. PLÁSTICO: Son materiales formados por moléculas muy grandes llamadas polímeros, formadas por largas cadenas de átomos que contienen materiales de origen orgánico y de elevado peso molecular. Están compuestos fundamentalmente de carbono y otros elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. Es un material noble, fuerte/durable, flexible, versátil, ligero, seguro, resistente al agua, reciclable, reusable y virtualmente indestructible, por estas características tiene múltiples aplicaciones. PELÍCULA BIODEGRADABLE: es aquel capaz de descomponerse en bióxido de carbono, metano, agua, compuestos inorgánicos o biomasa, siendo el mecanismo dominante de descomposición la acción enzimática de los microorganismos y que

20

de los productos resultantes puedan ser obtenidos y medidos en un periodo determinado de tiempo. SECADO: La operación de secado es un proceso que implica transferencia de masa entre un gas y un sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa. ASPERGILLUS SPP. : Aspergillus es un hongo que se encuentra formado por hifas hialinas y puede tener reproducción sexual, es uno de los principales hongos productores de mico toxinas, crece en cualquier tipo de sustrato especialmente en suelos y materiales en descomposición Algunas especies de este hongo tiene la capacidad de infectar el maíz, Es termo estable, y puede vivir entre los 12°C y los 57°C 30. PENICILLUNSP: El género penicillum fue descrito por primera vez por Alexander Flemingen 1809 en el año 1910. Las especies que incluyen el género penicillum son ubicadas, de amplia distribución por todo el mundo y consideradas taprofilas , muchas de ella viven en el suelo o en materia orgánica en descomposición 31, son de rápida proliferación, algunas especies producen toxinas y otras son utilizadas de forma benéfica en la elaboración de quesos, antibiótico como la penicilina.

30

Aspergillus spp.; {en línea}. {23 Septiembre 2012} disponible en: (http://www.insht.es/RiesgosBiologicos/Contenidos/Fichas%20de%20agentes%20biologicos/Fichas/Hongos/Ficha%20Aspergillus%20spp.pdf). 31

METINEZ. Estudio de especies micotoxígenas del género penicillum: penicillumverrucosumDierckx. Universidad autónoma de Barcelona. 2003.

21

3. DISEÑO METODOLÓGICO 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

Según Arias (2012), la investigación explicativa se encarga de buscar el porqué de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinación de las causas (investigación post facto), como de los efectos (investigación experimental), mediante la prueba de hipótesis. Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel más profundo de conocimientos32. La investigación es de tipo explicativa - aplicada debido a que la información recolectada para la realización del proyecto será adoptada en la práctica con el fin elaborar una película resistente que pueda ser utilizada a futuro en la elaboración de empaques para alimentos, permitiendo la reducción de agentes contaminantes que puedan afectar la salud de los consumidores, los objetivos propuestos para este proyecto se llevó a un nivel experimental a través del cual se evaluó el comportamiento de la película desde los puntos anteriormente descritos. 3.2 DISEÑO ADOPTADO Según Palella y Martins (2010), el diseño experimental es aquel según el cual el investigador manipula una variable experimental no comprobada, bajo condiciones estrictamente controladas. Su objetivo es describir de qué modo y porque causa se produce o puede producirse un fenómeno. Busca predecir el futuro, elaborar pronósticos que una vez confirmados, se convierten en leyes y generalizaciones tendentes a incrementar el cúmulo de conocimientos pedagógicos y el mejoramiento de la acción educativa33. El diseño que se adoptó en esta investigación es de tipo experimental debido a que, se realizaron pruebas para determinar a partir de modificaciones en la temperatura, granulometría y espesor de la película, que tipos de cambios puede generar en el material obtenido las variaciones anteriormente descritas. Teniendo en cuenta lo anterior, se determinó la flexibilidad, resistencia y permeabilidad del material; de igual forma, se tuvo en cuenta el tipo de aditivo y que tanto influye en la elaboración de la película.

32

ARISMENRI, Emir. Tipos y diseño de la investigación. 2013. 33

Ibíd. ARISMENRI, Emir.

22

3.3 ENFOQUE ADOPTADO El enfoque del presente proyecto es cuantitativo porque utiliza la recolección y el análisis de datos para contestar preguntas de investigación y probar hipótesis establecidas previamente. En el enfoque cuantitativo los planteamientos a investigar son específicos y delimitados desde el inicio de un estudio. La recolección de los datos se fundamenta en la medición y el análisis en procedimientos estadísticos. La investigación cuantitativa debe ser objetiva y este estudio sigue un patrón predecible y estructurado, utiliza la lógica y el razonamiento deductivo34. 3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA A partir de un muestreo no probabilístico se estableció como población la materia prima, olote (zea maíz), por ser un residuo agroindustrial obtenido del desgranado. Sus condiciones de almacenamiento y tratamiento fueron establecidas basándose en los análisis fisicoquímicos realizados en el laboratorio. La materia prima utilizada fue obtenida de diferentes puntos de la ciudad, se tomó como de estudios una muestra de 4.5 kg de olote. La muestra estudiada contaba con la humedad y apariencia requerida, la distribución se realizó de acuerdo al proceso al cual se iba a ser sometido el olote (Proceso 1 y proceso 2).

3.5 TECNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 3.5.1 Fuentes primarias Las fuentes primarias empleadas para obtener la información mediante la experimentación fueron la observación y el acercamiento a expertos en la materia nacionales e internacionales (México), quienes aportaron de forma significativa datos iniciales referentes al material estudiado. Así mismo, los resultados obtenidos fueron analizados conceptualmente por el panel de catación entrenado de la Universidad De San Buenaventura Cartagena. 3.5.2 Fuentes secundarias Las fuentes de información secundarias utilizadas se basaron en consultas de internet, libros, videos, revistas, tesis y artículos relacionados con el tema, dentro

34

CASTRO, María Alejandra, MURILLO, Zarahi, RONQUILLO, Tania Estrella y SOLIS, Brenda Anahi. Enfoques cuantitativo y cualitativo de la investigación en ciencias sociales. Universidad del Valle de México. México. 2011 p. 2.

23

de los que se destacaban la elaboración de películas biodegradables con otro tipo de materia prima. 3.6 HIPÓTESIS Hi: El manejo de sólidos y proceso de conformado, dará como resultado una película biodegradable resistente que cumpla con las propiedades mecánicas y de barrera para la protección de los alimentos H0: El manejo de sólidos y proceso de conformado, no dará como resultado una película biodegradable resistente que cumpla con las propiedades mecánicas y de barrera para la protección de los alimentos. 3.7 VARIABLES 3.7.1 Variables dependientes Rugosidad, dureza, espesor de la película 3.7.2 Variables independientes Temperatura, diámetro de partícula, concentración en masa, naturaleza del adherente 3.8 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES Variables dependientes Cuadro 3. Variables dependientes del proceso.

VARIABLES DEPENDIENTES

Variables Definición Unidades

Rugosidad

Variaciones en la forma de la superficie. La alta rugosidad genera retención de partículas y posterior contaminación*.

-

Dureza

Es la propiedad que ofrece un material para resistir una deformación en

-

24

presencia de esfuerzo*.

Espesor de la película

Grosor de un sólido, difiere en la resistencia y el uso que se le vaya a dar.

mm

Fuente: Autores *La rugosidad y dureza se evaluaron de forma cualitativa.

Variables independientes Cuadro 4. Variables independientes del proceso.

VARIABLES INDEPENDIENTES

Variables Definición Unidades

Diámetro de

partícula

Se expresa habitualmente en función del diámetro de Una esfera, de esta depende la rugosidad y la resistencia de la película.

Concentración

en masa

Relación entre la cantidad de soluto (olote molido) y la cantidad de disolvente (adherente)

⁄

Temperatura

Grado de energía térmica medida en una escala definida, que influye en la flexibilidad y humedad de la película.

Naturaleza del

adherente

Sustancia que puede mantener unidos dos o más cuerpos por

Adimensional

25

contacto superficial. Influye en la resistencia y aglomeración de las partículas.

Fuente: Autores

3.9 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Para procesar la información se realizaron análisis fisicoquímicos y organolépticos con el objetivo de conocer la composición del material (Olote de maíz), utilizado en la investigación, con base en protocolos35, los cuales abarcan los diferentes métodos que existen para determinar humedad y cenizas. Inicialmente se adecuó la materia prima donde se seleccionó y clasificó de acuerdo a su estado de maduración y apariencia, dejando exclusivamente para la muestra, el material con las características anteriormente expuestas. La segunda operación fue el triturado donde se utilizó una licuadora industrial (Java). Posteriormente se secó en un horno y se pasó por el tamiz para obtener la distribución de tamaño, con los cuales se realizó la experimentación.

Teniendo en cuenta que la resistencia del material tiene relación con el pegante, una vez obtenidos y clasificados los diferentes diámetros se manipuló la concentración Olote-pegante, donde se tomaron como referencia diferentes tipos de pegantes comestibles, entres estos almidón de papa y almidón de yuca.

Para lograr compactar las partículas, se utilizó una cilindradora de panificación, proceso durante el cual fue necesario someter la película a calentamiento para evaporación de la humedad.

35

Métodos oficiales de análisis de los alimentos. Madrid (España): AMV Ediciones Mundi-Prensa, 1994. 449p.

26

4. RESULTADOS

4.1 SELECCIÓN DEL MÉTODO PARA LA ELABORACIÓN DE UNA PELÍCULA

BIODEGRADABLE

Para lograr establecer un proceso adecuado que llevará a la obtención de una película biodegradable a partir del olote de maíz, fue necesario implementar dos diseños en los cuales se varió el orden de las etapas del proceso, estructurados de la siguiente manera:

Diagrama 1. Procesos utilizados y sus etapas para la obtención de la película

Proceso No. 1

1. Adecuación de la materia prima picándola; en este proceso se reduce el tamaño de las partículas para facilitar la manipulación del olote y hacer más eficientes los procesos de maceración y tamizado.

2. Pesaje de 2 Kg de olote en la báscula. 3. Secado en horno durante 1 h para retirar la humedad. 4. Molienda del olote, en este punto del proceso se observó que secar la

muestra antes de moler, genera que el material se haga menos facturable y duro ocasionando calentamiento en el equipo, por lo tanto no permite realizar los siguientes pasos que incluyen tamizado, mezclado y laminado.

PROCESO 1

Adecuación

Secado

Triturado

Tamizado

Mezclado

Laminado

PROCESO 2

Adecuación

Triturado

Secado

Tamizado

Mezclado

Laminado

27

Proceso No. 2 Pesaje de la materia prima (4,5 Kg), adecuación de la materia prima picándola, en este proceso se reduce el tamaño de las partículas para facilitar la manipulación del olote y hacer más eficientes los procesos de maceración y tamizado.

Triturado durante 1 minuto en repetidas ocasiones.

Secado en horno durante 1 hora.

Tamizado en malla N°10, N°12, N°14, N°20 y Fondo.

Figura 2. Olote de maíz.

Fuente: Autores

Figura 3. Materia prima picada.

Fuente: Autores

28

Figura 4. Olote de maíz molido.

Fuente: Autores

Figura 5. Olote de maíz seco.

Fuente: Autores

Cuadro 5. Distribución de Tamaños

NÚMERO DE TAMIZ

PESO DEL MATERIAL RETENIDO

EN CADA TAMIZ (gr.)

10 290

12 370

14 240

20 130

Fondo 160 Fuete: autores

En los experimentos expuestos a continuación se manejaron distintas concentraciones de olote de maíz, almidón de papa, CMC, almidón de yuca y

29

conservantes como Sorbato de Potasio y Benzoato de Sodio aplicados de acuerdo a la Norma36, considerando el diámetro de partículas. Experimento 1

Olote de maíz pasado por la malla N°10 y N°12

7gr de olote de maíz de cada malla

120 ml de agua

50 gr de almidón de papa La primera prueba se realizó tomando el olote de maíz retenido en la malla N°10 y N°12, se pesaron 7gr de cada una, 120 ml de agua, 50 gr de almidón de papa y sin ningún conservante, esta mezcla fue expuesta a calor durante 50 seg hasta obtener una masa viscosa. Se esparció en una bandeja de aluminio y fue expuesta nuevamente al calor para retirar la humedad y obtener la película final.

Figura 6. Película biodegradable con malla N°10 y N°12

Sin embargo, como resultado de esta prueba se determinó que la utilización de diámetros de partículas de la malla N°10 y N°12 generaba una película muy quebradiza y con poca resistencia. Simultáneamente fueron realizadas dos pruebas, con almidón de yuca, almidón de papa, olote de maíz y sin conservante, en forma independiente. Se realizó el secado al aire durante 1 día sobre una bandeja de aluminio. En la primera prueba el olote de maíz pasado por la malla N°14 con almidón de yuca y en la segunda pasado por la malla N°20 con almidón de papa.

36

NTC. 1453. ADITIVOS PARA ALIMENTOS. CONSERVANTES. 2012-06-20.

30

Figura 7. Película con malla N°14 y Almidón de yuca

Como resultado de estas dos pruebas, se produjo una proliferación de hongos considerable, debido a su prolongado tiempo de exposición al aire y al alto contenido de humedad. Experimento 2.

Olote de maíz del fondo del tamiz.

16,09 gr de olote de maíz

200 ml de agua

80,08 gr de almidón de papa

Benzoato de Sodio 0,60 gr

Sorbato de Potasio 0,60 gr La segunda prueba se realizó tomando el olote de maíz retenido en el fondo, se pesaron 16,09 gr de olote, 200 ml de agua, 80,08 gr de almidón de papa, 0,60 gr de Benzoato de Sodio, 0,60 gr de Sorbato de Potasio como conservantes, esta mezcla fue expuesta a calor durante 50 seg hasta obtener una masa viscosa, para moldear y darle forma a la película se utilizó una cilindradora. Teniendo en cuenta todo el proceso llevado a cabo y las cantidades específicas utilizadas se obtuvo una película más resistente y maleable donde el tamaño de partículas jugo un papel importante.

Figura 8. Película con malla N°20 y Almidón de papa

31

Figura 9. Película biodegradable obtenida a partir del Olote de Maíz.

4.2 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA, MICROBIOLÓGICA Y ORGANOLÉPTICA DE LA MATERIA PRIMA (OLOTE DE MAÍZ). Caracterización fisicoquímica Humedad Se determinó la humedad tomando como referencia el método de secado por estufa37, para esto fueron seleccionadas dos muestras de olote denominadas olote seco (A) y olote verde (B). En los cuadros 4 y 5, se muestran las características del olote A y B respectivamente.

Cuadro 6. Características Olote (A)

Olote A (Seco)

Características Amarillo oscuro, sin daño aparente posible crecimiento de hongo

Textura Duro

Peso 100 gr

Color olote Negruzco Fuente: Autores

37

Métodos oficiales de análisis de los alimentos. Op. Cit.

32

Cuadro 7. Características Olote (B)

Olote B ( Verde)

Características Amarillo claro sin daño aparente

Textura Blanda

Peso 180 gr

Color olote Blanco o ámbar Fuente: Autores

Una vez caracterizado el olote, se realizó la adecuación donde se trituró y tamizó para escoger las partículas de menor diámetro, se repartieron las muestras de 5 series para cada olote en los crisoles y se introdujeron 1 hora en la estufa. Posterior a esta operación las muestras fueron dejadas en el desecador durante 30 minutos, se pesaron y metieron en la estufa hasta lograr un peso constante. El cuadro 7 muestra el contenido de humedad teniendo en cuenta la variación en peso de la muestra.

Cuadro 8. Peso y humedad de las muestras.

Peso muestra inicial ( gr )

Peso de la muestra

final ( gr )

Humedad ( % )

A1 ; 0,693 0,582 16

A2 ; 0,794 0,622 21

A3 ; 0,748 0,616 17,6

A4 ; 0,736 0,620 15,7

A5 ; 0,701 0,624 10,9

B1 ; 0,768 0,510 33,5

B2 ; 0,734 0,529 27,9

B3 ; 0,626 0,534 14,6

B4 ; 0,693 0,549 20,7

B5 ; 0,800 0,534 33,2

B6 ; 0,853 0,505 40,7 Fuente: Autores

Varianza A = 13,343 B = 90,0626667

Los resultados expuestos anteriormente hacen referencia a la desviación en las muestras de olote seco (A) y maduro (B), antes y después del secado, que da por las diferentes condiciones a las que fue expuesto el material estudiado.

33

Una vez realizados los procedimientos establecidos por el protocolo, y teniendo en cuenta la variación en peso antes y después del secado mostrado en el cuadro 6, se aplicó la siguiente ecuación para determinar la Humedad correspondiente:

Ec. 1

Los resultados obtenidos para cada tipo de olote son los siguientes: Olote A (Seco); 16,24 % Olote B (Verde); 31,2 %

Ceniza

Para determinar cenizas, se pesaron 0,5 gr haciendo réplicas de 5 muestras por cada tipo de olote, se incineraron a una temperatura de 500 a 600 °C utilizando para esta operación una mufla. Para permitir que las muestras alcanzaran la temperatura ambiente y evitar la absorción de humedad, fueron llevadas al desecador, donde permanecieron durante 30 minutos. En la anterior descripción el análisis se dio por terminado cuando el residuo estuvo libre de partículas carbonosas (de color negro) y las cenizas presentaron un color blanco o gris uniforme. El cuadro 8 muestra el contenido de ceniza presente en el olote, los porcentajes obtenidos presentaron un 97,84% de ceniza para el olote verde y 97,11% en el olote seco38.

Cuadro 9. Peso y contenido de cenizas de las muestras.

Peso muestra inicial ( gr )

Peso de la muestra final ( gr )

( % ) Ceniza

A1 ; 0,582 0,011 98,10

A2 ; 0,622 0,009 98,55

A3 ; 0,616 0,012 98,05

A4 ; 0,620 0,02 96,77

A5 ; 0,624 0,014 97,77

B1 ; 0,510 0,015 97,05

B2 ; 0,529 0,017 96,78

B3 ; 0,534 0,013 97,56

B4 ; 0,549 0,017 96,90

B5 ; 0,534 0,016 97,00

B6 ; 0,505 0,013 97,42 Fuente: Autores

38

Métodos oficiales de análisis de los alimentos. Op. Cit.

34

Caracterización microbiológica Una vez realizadas las operaciones, y elaborada la película biodegradable con los diferentes tipos de pegante, fueron conservadas durante 8 días para observar que tipo de microorganismos se reproducían, al 5 día se observó que en ambas muestras, tanto en las experimentaciones realizadas con almidón de papa como en las que se utilizó almidón de yuca se presentó crecimiento de microorganismos. Figura 10. Penicillum ssp presente en la muestra de almidón de yuca.

Fuente: Autores

Figura 11. Aspegillus niger presentes en las muestras de almidón de papa.

Fuente: Autores

Para determinar y clasificar qué tipo de hongo estaba presente en las muestras, se aislaron los microorganismos donde se llevó acabo el siguiente procedimiento:

35

1) Se aisló el hongo en agar patata y se incubo a T ambiente 2) Una vez transcurridas las 48 horas se observó con azul de lacto fenol en

las muestras las características microscópicas de cada uno de estos. 3) Posterior a esto fue necesario revisar la literatura para determinar el género

de los microorganismos.

Los microorganismos presentes fueron, Aspergillus níger ssp. y Penicillum ssp. Para el almidón de papa y almidón de yuca respectivamente.

Caracterización organoléptica

Para la caracterización organoléptica de la película biodegradable, se requirió de un panel de catación. La textura, olor y el aroma fueron los atributos estudiados en la muestra. El cuadro 9 muestra los atributos catados para la percepción de textura y el cuadros 10 los atributos catados para la percepción de olor y aroma; el cual consistió en determinar en qué grado de intensidad se encontraban cada uno de estos.

Cuadro 10. Atributos catados para la percepción de textura.

JUEZ CALIFICACION

A B C D TOTAL

BLANDO 0 0 0 0 0

DURO 4 4 5 4 17

DESMENUZABLE 0 0 2 1 3

QUEBRADIZO 1 0 1 2 4

HARINOSO 0 0 0 1 1

DESGRANABLE 0 2 0 0 2

GRASOSO 2 3 4 0 9

MALEABLE 2 0 3 3 8

ADHESIVO 0 0 0 1 1

RUGOSO 2 2 4 4 12 Fuente: Autores

Cuadro 11. Atributos catados para la percepción de olor y aroma.

JUEZ CALIFICACION

A B C D TOTAL

Olor

Agradable 1 3 2 4 10

Intenso 0 0 0 0 0

desagradable 0 0 1 1 2

Aroma

Frutal 0 0 2 0 2

Floral 0 0 0 0 0

madera 3 1 0 1 5 Fuente: Autores

36

Gráfica 1. Percepción sensorial olfato y textura para el olote.

Fuente: Autores

Gráfica 2. Percepción sensorial olor y aroma.

Fuente: Autores

De los datos obtenidos posterior a la realización de los análisis sensoriales se expuso que el material estudiado cuenta con un alto porcentaje de dureza, rugosidad y maleabilidad, es quebradizo en menor proporción. De la misma manera, se realizó la percepción olfativa de donde se destacó un olor agradable a madera, lo cual puede verse reflejado de forma positiva al momento de que el empaque tenga contacto directo con el alimento.

0

5

10

15

20BLANDO

DURO

DESMENUZABLE

QUEBRADIZO

HARINOSO

DESGRANABLE

GRASOSO

MALEABLEADHESIVO

RUGOSO

Series1

0

2

4

6

8

10agradable

intenso

desagradable

frutal

floral

madera

Series1

37

4.3 FORMULACION Y ESTANDARIZACION DEL PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE PELÍCULAS BIODEGRADABLES.

Con base en los resultados obtenidos se propuso el siguiente procedimiento para la elaboración de una película biodegradable a partir del olote de maíz.

Diagrama 2. Flujograma para la obtención de película.

Para la elaboración de la película biodegradable a partir del olote de maíz (Zea Maíz) se determinaron los siguientes parámetros:

1. El contenido de humedad total de la muestra debe estar en un rango ± 31,2%., para evitar la proliferación de microrganismos y permitir una mayor estabilidad en el material.

2. El tamaño de partícula debe ser menor que 140 µm., para proporcionar una textura más uniforme y mejorar su resistencia.

3. La cantidad de conservante con base a la NTC 1453, debe ser de 0,60 gr de benzoato de sodio y sorbato de potasio, respectivamente, rango en el cual se evita el crecimiento microbiano de materiales orgánicos.

4. Por cada 200 ml. de agua, se adicionan 17 gr de almidón de papa, cantidades que permiten obtener una masa uniforme y adecuada para el laminado.

38

5. Temperatura requerida para el secado se encuentra en un rango de 75°C a 80°C, preferiblemente debe realizarse en equipos de control automático y con dispositivos que permitan la disposición de la masa en forma homogénea.

6. La masa debe permanecer en condiciones de temperatura ambiente aproximadamente por 30 minutos, para evitar adherencias en el rodillo, al ser laminada.

39

CONCLUSIONES

Se obtuvo una película biodegradable a partir del olote de maíz con características aptas para ser utilizado en la elaboración de embalajes. El olote de maíz constituye un material de condiciones adecuadas para la elaboración de papel, debido al contenido de fibra que permite la laminación y la obtención de películas biodegradables, y la humedad contenida le atribuye una mejor absorción del adherente. El contenido de humedad de este material varía con respecto al grado de maduración del grano; una vez realizados los respectivos análisis se determinó que el olote más adecuado debe ser proveniente de una mazorca verde cuyo contenido de humedad sea del 31,2%, que es el valor más apropiado para la elaboración de películas biodegradables, además, la humedad beneficia el proceso de trituración haciendo que sea más eficiente y evita el sobrecalentamiento del equipo. A pesar de ser utilizada la granulometría de menor tamaño (fondo), la textura de la lámina presentó características de rugosidad, lo cual puede afectar las condiciones del material por desprendimiento de las partículas. El estado de maduración no influye en la composición de minerales que pueda tener el olote, el hecho de que contenga un 97,84% indica que en su mayoría está compuesto por variedad de minerales, lo cual implica un estudio más profundo para determinar los tipos de metales presentes y de qué manera pueden influir en el alimento. La cantidad de olote que debe ser adicionado por 40,093 gr de almidón es de 8,047 gr, para lograr que las partículas se compacten y genere las características requeridas. Del tipo de adherente depende la resistencia del producto, el almidón permitió las características adecuadas, proporcionando dureza y maleabilidad, de igual forma el utilizar un pegante orgánico requiere de la adición de conservantes (Benzoato de sodio y sorbato de potasio).

Los resultados microbiológicos realizados al material que no tenían conservantes presentaron crecimientos de aspergillus ssp. y penicillum ssp.

40

El proceso N0 2 descrito en el documento es el más adecuado para la obtención de una película biodegradable, porque permite lograr mayor eficiencia y hace más fácil la manipulación de las variables, Dp, T y Humedad.

Considerando la dureza y estabilidad del material obtenido, se considera adecuado para elaborar empaques preformados, sustituto del icopor, anaquel de huevos, liners, o cualquier tipo de embalaje, considerando que de esta forma se evita el contacto directo con el alimento y su posible contaminación.

41

RECOMENDACIONES

Procesar el olote en el menor tiempo posible para evitar el crecimiento de hongos y daños en la composición de la materia prima que a futuro pueden generar una influencia negativa en algunas de las etapas del proceso. Utilizar un equipo de trituración más eficiente y adecuado para evitar el recalentamiento y lograr mayor rendimiento en la disminución del tamaño de partícula La utilización de almidón como pegante orgánico genera una alta probabilidad de contaminación por hongos, por esto es recomendable la utilización de conservantes que tengan como función principal inhibir el crecimiento de hongos. Analizar el ciclo de vida de la película para obtener el tiempo de biodegradabilidad.

42

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45

ANEXOS

46

Anexo A. Horno.

47

Anexo B. Conservante (Sorbato de Potasio).

Anexo C. Conservante (Benzoato de Sodio).

48

Anexo D. Laminadora.