UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN DE AREQUIPAESCUELA DE POS GRADO

DOCTORADO ENINGENIERIA DE PROCESOS

ANTE PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

I. TITULO.

“ABSORCION DE HUMEDAD EN EL ACONDICIONAMIENTO DE GRANOS ANDINOS PREVIO A LA MOLIENDA”

II. EJECUTOR.

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Los granos andinos son cultivos del altiplano peruano boliviano y no requiere de elevados costos para su producción, soporta adversidades climatologías tales como heladas, granizadas y veranillos, son cultivos que no requiere abundante agua para su producción. Los granos andinos (Quinua, Kañihua, Kiwicha) poseen alto valor nutritivo determinado por su contenido en proteínas, carbohidratos y minerales.

La harina es el principal producto obtenido de la molienda de los granos andinos por sistema de fragmentación gradual, y cuando todas estas fragmentaciones separadas se mezclan, la mezcla resultante se conoce como harina integral de granos andinos (Quinua, Kañihua y Kiwicha); actual mente este producto es utilizado para la elaboración de pan, galletas y otros productos, los cuales presenta baja calidad organoléptica, y en algunos de los casos tiene reducida aceptación por el consumidor.

La harina selecta se obtiene del acondicionamiento de granos andinos previo a la molienda, obteniendo harina de primera, segundad, sémola y salvado. En esta operación se efectúa el aumento del contenido de humedad del grano y la uniforme distribución de este en todo el grano. Un deficiente manejo del proceso de acondicionamiento puede provocar bajo rendimiento del producto, pardeamiento enzimático, elevados costos de secado y proliferación de micro organismos.

En la actualidad no existen parámetros de acondicionamiento para grano granos andinos previo a la molienda, en función a las características del producto (Quinua, Kañihua, Kiwicha todos de grano duro y blando), razón por la cual muchas empresas dedicadas a la transformación de estos granos se limitan a obtener harina integral.

Al determinar los parámetros de acondicionamiento del grano de andinos previo a la molienda, las empresas dedicadas a la producción de harina, galletas, fideos y otros productos, podrán comercializar sus productos con mejor calidad y obtendrán mayores ganancias económicas.

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Con la absorción de humedad adecuada, podrá determinarse los parámetros de acondicionamiento de los granos andinos previos a la molienda, bajo diferentes condiciones (humedad y tiempo) tomado en consideración las diferentes características y variedades del producto (Quinua, Kañiwa, Kiwicha)

3.1 Formulación del problema.

3.1.1 Problema general.

¿Cómo influye el acondicionamiento de los granos andinos previo a la molienda, en la absorción de humedad?

3.1.2 Problema especifico.

¿En que medida el método matemático de modelación determina la absorción de migración de humedad en los granos andinos?

¿Cómo influirá la absorción de humedad en el rendimiento de granulocidad en los granos andinos?

¿Qué características físico químicas tendrán la granulocidad de los granos andinos?

IV. JUSTIFICACIÓN.

Actualmente, los consumidores cada vez más exigentes, exigen productos de calidad y bajo diferentes presentaciones, que tengan bondades nutracéuticas; constituyéndose los granos andinos en uno de los alimentos con alta calidad nutricional. Desde el punto de vista económico, el aumento de la productividad, la mejora de la calidad física y la presentación del grano en sus diferentes formas; genera oportunidades para incrementar los ingresos económicos de las empresas dedicadas a la transformación de granos andinos.

Los parámetros de acondicionamiento de los granos andinos previos a la molienda, servirán para obtener: harina de primera, harina de segunda, sémola y salvado. Harina de primera, por sus características nutricionales este producto podrá destinarse para la elaboración de pan selecto, tortas, galletas ya que estos productos requieren de harina con bajo porcentaje en proteína (Ranken, 1993). Harina de segunda, con mayor proporción en porcentaje de proteína en relación a la harina de primera, podrá destinarse para la elaboración de pan de diferentes tipos y otros. Sémola podrá ser utilizado para la elaboración de sopas, fideos y otros. Mientas que el salvado podrá ser utilizado para la elaboración pan con alto contenido de fibra destinado para consumo humano.

Con la determinación de los paramentos de acondicionamiento bajo un modelo matemático, considerando las variables humedad, tiempo y tomando en cuenta las propiedades de los granos andinos, se podrá obtener harina de primera, harina de segunda, sémola, salvado los cuales podrán ser comercializados con estándares de calidad a mercados competitivos, y remplazar el proceso tradicional de obtención de harina de quinua (harina integral), cuyo

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producción en su mayor parte se destina su comercialización en los mercado regional y nacional pero con regular exigencia en calidad.

El incremento social y la importancia económica de la producción de alimentos, junto con la complejidad de la tecnología para su producción, procesamiento y aceptación, requieren un mayor conocimiento en los parámetros de acondicionamiento de los granos andinos a la molienda, con el fin de ofrecer alimentos con alta calidad. Con la ejecución del proyecto se beneficiara la industria, los consumidores y los productores de granos andinos ya que este producto tendrá mayor demanda en el mercado.

V. MARCO TEORICO CONCEPTUAL.

5.1. Quinua.

5.1.1. Generalidades sobre la quinua.

La Quinua (Chenopodium quínoa willd) su origen y domesticación es el altiplano peruano, la quinua es una planta alimenticia muy antigua del área andina según algunas investigaciones su cultivo data de 5000 anos a.c. los incas reconocieron desde muy temprano su alto valor nutricional. La quinua es una planta anual cuyo periodo vegetativo varía de 150 a 240 días. Se adapta muy bien a diferentes condiciones ambientales y por eso se puede cultivar desde los 0 hasta los 4000 metros sobre el nivel del mar.

La semilla de quinua es el fruto maduro de forma lenticular elipsoidal, cónica o esferoidal. Presenta tres partes bien definidas que son: epispermo, embrión, perisperma, el tamaño de la semilla puede ser entre 1.5-2.6 mm de diámetro dependiendo de la variedad, como también su color (Mújica, 1993)

Clasificación Botánica.

División : FanerogamasClase : AngiospermasSub clase : DicotiledonesOrden : CentrospermalesFamilia : QuenopodiáceasGenero : ChenopodiumEspecie : Chenopodium quínoa

5.1.2. Características de grano de quinua.

- Fruto.

Es un aquenio, que se deriva e un ovario supero unicolar y simetría dorsiventral, tiene forma cilíndrico – lenticular, levemente ensanchado hacia el centro, e la zona ventral del aquenio se observa una cicatriz que es la inserción del fruto con el receptáculo floral, esta constituido por el perigonio que envuelve a la semilla por completo y contiene una sola semilla, con un diámetro de 1.5 a 4mm en la figura 1, se muestra la vista ventral el fruto de quinua (Gallardo et al., 1997).

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Figura 1: Vista ventral del fruto de quinua.

Fuente: Gallardo et al. (1997).

- Semilla.

Constituye el fruto maduro sin el perigonio, es de forma lenticular, elipsoidal, cónica o esferoidal, presenta tres partes bien definidas que son: Episperma, embrión y perisperma.

Figura 2: Vista ventral del fruto de quinua, al microscopio electrónico de barrido.

Fuente: Gallardo et al. (1997).

- Epispermo.

Constituido por cuatro capas: la externa de superficie rugosa, quebradiza, la cual se desprende fácilmente al frotarla, en ella se ubica la saponina que le da el sabor amargo al grano y cuya adherencia a la semilla es variable con los genotipos, tiene células de forma alargada con paredes rectas; la segunda capa es muy delgada y lisa, se observa solo cuando la capa externa es translucida; la tercera capa es de coloración amarillenta, delgada y opaca y la cuarta capa, translucida, esta constituida por un solo estrato de células ( Villacorta y Talavera, 1976).

- Embrión.

Esta formado por dos cotiledones y radica, constituyen el 30 % del volumen total de la semilla y envuelve al perisperma como un anillo, con una curvatura de 320 grados, es de color amarillento, mide 3.54mm de longitud y 0.36mm de ancho. Carrillo (1992), en algunos casos menciona que alcanza una longitud de 8.2mm de longitud y ocupa el 34% de toda la semilla y con cierta frecuencia se encuentran tres cotiledones (Gallardo et al., 1997). En estos se encuentra la mayor cantidad de proteína que alcanza 35 a 40% mientras que en el perisperma solo un 6.3 a 8.3% de la proteína total del grano; la radicula, muestra una pigmentación de color castaño oscuro (Ayala, 1977).

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Figura 3: Sección longitudinal media del grano

Fuente: Prego et al. (1998).

Figura 4: Corte Transversal de la radicula del Embrión de Quinua

Fuente: Gallardo et al. (1997).

- Perisperma.

Es uno de los principales tejidos de almacenamiento y esta constituido mayormente por granos de almidón, en la figura 5 se muestran la disposición del almidón dentro del perisperma, es de color blanquecino y representa prácticamente el 60% de la superficie de la semilla sus células son grandes de mayor tamaño que las del endosperma, de forma poligonal con paredes delgadas, rectas y con grandes agregados de almidón, estos agregados están compuestos por miles de gránulos de almidón individuales, de forma hexagonal en la mayoría de los casos.

Figura 5: Células del perisperma con los gránulos de almidón de quinua.

Fuente: Gallardo et al. (1997).

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PE : PericarpioSC : Cubierta de la semillaEN : EndospermaC : CotiledonesH : HipocotiloSA : Apice del meristemoR : RadiculaP : PerispermaF : Funiculo

r : rizodermiscp : parénquima corticalen : endodermisp : periciclo

a: almidón

5.1.3. Variedades de quinua.

En el Perú y en especial en la región Puno, se muestra la mayor diversidad y variedad genética de granos de quinua. Las principales variedades conocidas son Kancolla, Cheweca, Witulla, Tahuaco, Camacani, Yocara, Wilacayuni, Blanca de Juli, Amarilla de Marangani, Salcedo INIA, Pacus, Rosada, Blanca de junin, Huancayo, Mantaro, Huacariz, Huacataz, Acostambo, Blanca de ayacuchana, Nariño. En Bolivia se tiene las variedades como Sajama, Real Blanca, Chucapaca, Camiri, Huaranga, Pasancalla, Pandela, Tupiza, Jachapucu, Wila Coymini, Kellu, Uthusaya, Chullpi, Kaslali. En Ecuador se presentan las siguientes variedades Imbaya, Chaucha, INIAP-Cochasqui, Tanlahua, Piartal, Porotoc, Amarga del Chimborazo, Amarga de Imbabura, Morada y en Chile se tiene las variedades como Baer, Lito, Faro, Picchaman (Mujica et al., 2001).

Cuadro 1. Características de la semilla de algunas variedades de quinua.Variedad Color Forma Tamaño(mm)

Sajama Blanco Cónica 2.0-2.5Real Blanco Cónica 2.2-2.8Kancolla Blanco Cónica 1.2-1.9Blanca de Juli Blanco Cónica 1.2-1.6Witulla Morado Lenticular 1.7-1.9Misa Jupa Blanco - Rojo Cónica 1.4 – 1.8Amarilla Marangani Amarillo anaranjado Cónica 2.0 – 2.8Tunkahuan Blanco Redondo aplanado 1.7 – 2.1Ingapirca Blanco opaco Esférico 1.7 – 1.9Imbaya Blanco opaco Esférico 1.8 – 2.0Cochasqui Blanco opaco Esférico 1.8 – 1.9Negra de Oruro Negro Redonda 2.1 – 2.8Katamari Plomo Esferoidal 1.8 – 2.0Roja Coporaque Púrpura Cónica 1.9 – 2.1Toledo Blanco Cónica 2.2 – 2.8Pandela Blanco Cónica 2.2 – 2.8Chullpi Cristalino Esférica aplanada 1.2 – 1.8Fuente: Mújica et al. (1993).

- Kancolla.

El rendimiento de esta variedad puede alcanzar hasta 3500Kg/ha, respondiendo bien a la fertilización nitrogenada, sobre todo si es fraccionada, los rendimientos promedios son 1500 a 1700 Kg. /ha (Tapia et al., 1979).El grano es de color blanco, semidulce (bajo contenido de saponina), muy limpio de tamaño medio (1.5 mm), aunque el tamaño varia mucho, de acuerdo al tipo de flor, la planta es de color verde, la panoja puede ser blanca o rosada, la planta alcanza una altura de 1.00 a 1.60m, teniendo una variación con la densidad de siembra. El tallo puede llegar a tener 1.20 cm de diámetro. Menos resistente al granizo que la variedad sajama, es susceptible alas heladas tempranas de menos de –2ºC. Su área foliar alcanza 474 cm2 (Rosas, 1975; mencionado por Tapia et al., 1979).

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5.1.4. Características físico químicas de la quinua.

- Proteína.

La organización para la agricultura y la alimentación (FAO) ha declarado que la quinua contiene el balance de proteínas y nutrientes mas cercano al ideal de alimentos para el ser humano, frente a cualquier otro alimento (FAO, 1992).

- Carbohidratos

El almidón es el carbohidratos mas importante en todos los cereales, en la quinua el contenido de almidón es de 58.1% a 64%. Los gránulos de almidón de la quinua tiene un diámetro de 2 um. Siendo más pequeños que los granos comunes. Entre otros carbohidratos esta la pentonasas, forman las paredes celulares de los granos. Las pentonasas son polímeros de azúcar pentosas como arabinosa y xilosa.

El contenido de almidón en la quinua puede variar entre 42 y 68% del total del grano. El contenido de almidón es menor que en otros granos como maíz y trigo, donde tienen porcentajes de 60 y 70% respectivamente y presenta una temperatura de gelatinizacion de 56.9ºC y termina a 70º (Scarpati y Briceño, 1980).

- Lípidos.

Wood et al (1993) encontraron que el 11% de los ácidos grasos eran saturados, como predominante el ácido palmitico. También encontró a los ácidos grasos insaturados como ácido linoleico 52.3%, ácido oleico 23%. Mientras que en investigaciones realizados por Debruin (1964), encontró ácido oleico 48%, ácido linoleico 50.7% y 0.8% de ácido linolenico.

- Minerales.

En general casi todas las sustancias minerales (61.1%), están ubicadas en la capa aleurona.

Cuadro 2. Valor nutricional de la Quinua comparado con otros cereales.Componente Quinua Arroz Trigo Maíz

Valor energético Kcal/100g 350.00 353.00 305.00 338.00Proteína g/100g 13.81 7.40 11.50 9.20Grasa g/100g 5.01 2.20 2.00 3.80Hidratos de carbono g/100g 59.74 74.60 59.40 65.20Agua g/100g. 12.65 13.10 13.20 12.50Ca mg/100g 66.60 23.00 43.70 150.00P mg/ 100g 480.30 325.00 406.00 256.00Mg mg /100g 204.20 157.00 147.00 120.00K mg/100g 1040.00 150.00 502.00 330.00Fe mg/100g 10.90 2.60 3.30 -Mn mg/100g 2.21 1.10 3.40 0.48Zn mg/100g 7.47 - 4.10 2.50Fuente: FAO (2002).

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5.1.5. Producción de quinua.

En la actualidad se propicia la producción de quinua con posibilidades de una comercializadas masiva. Las características mínimas de una variedad de quinua deberán ser libre de saponinas, de color blanco uniforme, de tamaño grande (2.0-2.6mm) y libre de impurezas

Los rendimientos de quinua en el Perú varían entre los 492 -2000 kg/ha en diferentes departamentos, siendo Arequipa y Huancavelica los de mayor y menor rendimiento respectivamente, como lo confirma datos del ministerio de agricultura. La región de mayor producción es el departamento de Puno con el 70% de la producción nacional le siguen las regiones Junín, Cuzco y Ayacucho.

5.1.6. Principales formas de transformación y usos de los granos de quinua.

Los productos transformados que se pueden obtener a partir de los diferentes genotipos de quinua y su uso son: Sémola de quinua, Harina cruda de quinua, harina cocida, expandidos, harina precocida para sopas instantáneas, harina para elaborar fideos, Harina preparada para tortas y pasteles, chisitos de quinua, grano de quinua perlado y otros productos (Mújica y Jacobsen, 2001).

Cuadro 3: Composición físico-química de la quinua procesada en sus diversas presentaciones.

Componentes Und. Med.

Harina Hojuelas Sémola Quinua cruda

Quinua cosida

Afrecho

Energía cal. 341 374 376 374 101 347

Agua gr. 13.7 7.0 12.6 11.5 79.0 14.1

Proteína gr. 9.1 8.5 19.5 13.6 12.8 10.7

Grasa gr. 2.6 3.7 10.7 5.8 1.3 4.5

Carbohidratos gr. 72.1 78.6 53.8 66.3 0.7 65.9

Fibra gr. 3.1 3.8 8.3 1.9 0.7 8.4

Ceniza gr. 2.5 2.2 3.4 2.5 0.6 4.8

Calcio mgr. 181.0 114.0 76.0 52.0 27.0 537.0

Fósforomgr.

161.0 160.0 0.04 242.0 61.0 342.0

Hierromgr.

3.7 4.7 3.6 7.5 1.6 4.0

Retinolmgr.

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

8

Tiaminamgr.

0.19 0.13 0.21 0.48 0.01 0.21

Riboflavinamgr.

0.24 0.38 0.25 0.03 0.00 0.22

Niacina mgr.

0.62 1.10 1.84 1.40 0.26 1.00

A. Ascórbicomgr.

0.0 0.0 0.0 0.50 0.0 0.0Fuente: INN (1994).

5.1.7. Criterios técnicos en el procesamiento de los granos de quinua.

Cuadro 4. Quinua lavada

Grado Porcentaje de extracto acuoso,

grado de saponina

Porcentaje de granos chupados

Porcentaje de granos partidos

Porcentaje de granos dañados por

cesamiento

1 0.70 0.5 2.5 2.5

2 De 0.71 a 1.5 De 0.51 a 1.0 De 2.51 a 3.5 De 2.51 a 3.9

3 1.51 1.1 3.6 4Fuente: IICA y PNUD (1991)

Cuadro 5. Quinua escarificada

Grado Porcentaje de eliminación de

cáscaras

Porcentaje de granos partidos

Porcentaje de granos sin embrión

Porcentaje de extracto acuoso,

grado de saponinas

1 95 1.5 1.0 1.79

2 De 75 a 94.9 De 1.6 a 2.5 De 1.1a 2.0 De 1.8 a 2.5

3 De 74.9 a 65 2.51 2.1 2.51

Fuente: IICA y PNUD (1991).

Cuadro 6. Harina de quinua

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No de tamiz Apertura de la malla(mm)

Denominación

20 0.841 Afrecho

32 0.487 Afrecho

45 0.354 Afrechillo

60 0.250 Afrechillo

6 0.230 Mayuelo

10 0.125 Harina

15 0.075 Harina

Fuente: IICA y PNUD (1991)

Cuadro 7. Hojuela de quinua

Grado Porcentaje de material retenido por el tamiz No 8 con 10 minutos de tamizado

1 40.0

2 De 39.99 a 25.0

3 24.99

Fuente: IICA y PNUD (1991).

5.2. Cañihua 5.2.1. Nombre Científico Y Familia

Chenopodium pallidicaule Aéllen. CHENOPODIACEAE

5.2.2. Nombre Común.

“Kañihua”, “cañihua”, “cañahua”, ”quinua silvestre”, “cañiwa”.

5.2.3. Variedad Genética.

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La cañihua (Chenopodium pallidicaule Aellen) es una planta que tendría su origen alrededor de la hoya del lago Titicaca, la enorme cantidad de formas botánicas, tanto cultivadas como silvestres encontrados en inundaciones del lago Titicaca prueba que el origen de esta especie es el altiplano peruano – boliviano, además una de las bases para tal afirmación, es el hecho que encontraron con muchas variedades cultivadas que muestran un mayor grado de domesticación, esto se ha iniciado antes de la época del incanato. Se parece a la quinua y se ha confundido por mucho tiempo con esta planta, hasta que Aéllen la clasifico en 1929 como una especie propia y no contiene saponina. (Tapia, 1968).

5.2.4. Variedades.

Instituciones como INIA, han realizado esfuerzos y aportes en la obtención de variedades de cañihua a través de métodos de selección y estudios de estabilidad de rendimiento, logrando obtener a Cupi y Ramis que se están multiplicando en semilleros, (Mujica et al, 2002)

5.2.5. Propiedades Nutritivas 

Entre las Chenopodiaceas, la cañihua es un grano que tiene alto valor nutricional, por su elevado contenido de proteínas (que varia entre 15 y el 19%) y lípidos, ha sido identificado como un cultivo alimenticio provisorio por su composición de aminoácidos esenciales con un alto contenido de lisina (Gross et al., 1989,citados por Rastrelli et al., 1996) y al igual que la quinua y la kiwicha tiene una proporción importante de aminoácidos azufrados (Mújica et al., 2002) con la ventaja de poseer menor contenido de saponina. Al respecto (Rastrelli et al., 1996) aislaron siete saponinas triterpenoides del grado de cañihua.

Las semillas de Cañihua ofrecen un alto contenido proteico para las dietas escasas en carnes. Además poseen un balance de aminoácidos de primera línea siendo particularmente rica en lisina, isoleucina y triptófano. Esta calidad proteica en combinación con un contenido de carbohidratos del orden del 60% y aceites vegetales del orden del 8%, la hacen altamente nutritiva (Sonco, 2005).

Cuadro 8: Componentes nutritivos de la cañihua en base seca

Componentes Porcentajes(1) (2)Humedad 9.35 -Carbohidratos totales 67.6 63.4Proteínas (N x 6.25) 16.85 18.8Grasa (soluble en éter) 8.75 7.6Ceniza 2.8 4.1Saponinas 3.2

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CarbohidratosAlmidón (método polarimetrito)Almidón (método pancreatin)Azucares reductores ( monosacáridos )Azucares no reductores ( disacáridos )Fibra crudapentosas

54.156.31.952.03.853.3

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Fuente: (1) De Bruin (1964) (2) Repo- Carrasco, et al. (2003)

5.2.6. Proteínas de cañihua

La quinua y Cañihua sirven como sustituto de la escasa proteína animal y una de las principales fuentes de proteína de la región, la importancia de estas proteínas está basada en su calidad y con una composición balanceada de aminoácidos esenciales similar a la composición de caseína, la proteína de la leche. De acuerdo a los estudios realizados por la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM), la quinua y Cañihua tienen un alto score químico (Repo- Carrasco et al., 2003).

La importancia de las proteínas de las especies andinas está basada en su calidad. Las proteínas de quinua y Cañihua pertenecen principalmente albúmina y globulina, los cuales tienen una composición balanceada de aminoácidos esenciales, similar a la composición de la caseína (Repo- Carrasco et al., 2003).

5.2.7. Fibra dietaria de cañihua

El “Codex Comité on Nutrition and Food for Specialty Dietary Uses” propuso en 2004, que la fibra dietaria consistía en el material disponible no digerible compuesto de polímeros de carbohidratos, con un grado de polimerización (DP) no menor de 3, o de polímeros de carbohidratos (DP>3) procesados por medios físicos, enzimáticos o químicos o sintéticos. La fibra dietaria no es digerida ni absorbida en el intestino delgado y tiene al menos una de las siguientes propiedades: incrementa la producción fecal, estimula la formación de bacterias en el colon, reduce los niveles de colesterol rápidamente, reduce los niveles del azúcar y/o insulina (Duxbury, 2004).

5.3. Procesamiento de cereales.

- Molienda de los cereales.

La molienda implica algún tipo de exigencias con relación al tamaño de la partícula, para el arroz y la cebada debe mantenerse en una sola pieza grande el endospermo; en el trigo y el centeno es necesario obtener harina fina, con el maíz es deseable la sémola gruesa. El molido del grano es posible desarrollarlo siguiendo un tratamiento húmedo o seco. Con la

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molienda húmeda se trata de conseguir la separación del salvado o germen del endospermo y además fraccionar el endospermo en sus componentes químicos (almidón y proteína), la molienda en seco es utilizada con mayor frecuencia en el procesamiento del trigo. La molienda seca separa fundamental mente las partes anatómicas del grano. La molienda húmeda separa alguna de sus partes en sus constituyentes químicos (Repo, 1998).

- Acondicionamiento para la molienda de grano húmedo.

El acondicionamiento consiste en la incorporación de agua al grano para elevar el nivel de humedad, la cantidad de agua que se añade al trigo es variable dependiendo de la humedad y dureza del grano. El trigo blando generalmente se atempera a 15 – 15.5% de humedad. Los trigos duros de invierno o de primavera se atemperan a 16.5% y el trigo “durum”, a niveles todavía mas altos de humedad. El tigo blando necesita mucho mas corto el acondicionamiento que el trigo duro. El acondicionamiento implica el uso de agua y calor para suavizar el endospermo. La penetración de agua en el endospermo puede ser acelerada al subir la temperatura. Para evitar la desnaturalización del gluten de trigo. La temperatura no debe ser mayor a 45ºC (Repo, 1998).

El acondicionamiento de los granos de trigo se efectúa a una humedad relativa óptima para la molturación y el tamizado que depende de la variedad de trigo, la humedad deberá ser de 15 a 17%. El salvado es relativa mente duro y elástico, el endospermo es blando, lo que permite separar más fácil mente el uno del otro. El acondicionamiento se realiza por secado o por humidificación, los intercambios de humedad en el interior del grano son acelerados por calor (Cheftel y Cheftel, 1998).

La distribución de agua en el grano se estabiliza en 2 – 4 horas tras la adición de agua, la humedad migra en la masa de grano almacenado como resultado de la conducción y conveccion de calor, con el riesgo de que tenga lugar una acumulación excesiva de humedad en algunas partes de esa masa de grano. La humedad del grano de trigo para el acondicionamiento será de 14.9 a 16%, se recomienda la ventilación forzada para contrarrestar los efectos de la conducción y conveccion natural (McFarlane, 1997).

El acondicionamiento en humedad para trigos blandos europeos es de 15%, mientras que para trigos duros canadienses es de 19%, para lo cual se adiciona agua y se calienta el trigo a 50ºC con la finalidad de favorecer la flexibilidad de la cáscara impidiendo su rotura sin que el endospermo pierda fiabilidad (Pearson, 1998).

- Tamizado en la obtención de harina.

Al realizar un molido húmedo del trigo, y con el usó de tamices puede obtener sémolas, semolinas y harinas (tamaño + fino < 140 micras). Las partículas más groseras (400-600 micras) son sémolas gruesas. Entre 250 y 400 sémolas finas, entre 150 y 250 micras semolina y < 150, 140 son harinas. El producto estrella de una molturación es el trigo. De cada 100 Kg. de trigo que se muelen se llegan a 75 Kg. de harina. El porcentaje de extracción es un parámetro de calidad de las harinas: a mayor porciento de extracción la calidad de la harina disminuye porque se enriquece en cenizas, fibras, se oscurece y aumentan los riesgos de enranciamiento (oxidación); esto se produce porque se obtiene más harina con lo que en la fase de reducción entran no sólo endospermo sino parte de germen y sus cubiertas.

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El tamaño de partícula para la sémola de trigo duro como máximo 79% de extracción, deberá pasar por gasa de seda de 315 micras o de un tamiz textil sintético. Mientras que para la harina de trigo con un grado de extracción del 98% o más de harina, debe pasar a través de un tamiz (Nº 70) de 212 micras de acuerdo al método AOAC. (CODEX, 1995).

Para la obtención de almidón de trigo en el proceso de caracterización del almidón de quinua variedad Kancolla y Chullpi el numero de tamiza adecuado es de malla Nº 100 (150 m) (Reygada, 2001.)

5.4. Productos obtenidos de molienda húmeda de granos de trigo.

a) Harina.

La harina es el principal producto obtenido de la molienda de trigo, la obtención se logra por sistema de fragmentación gradual. La harina integral debe contener la totalidad de productos derivados de la molienda del trigo limpio. Las harinas para panificación tienen una proporción de trigos fuertes y tiene un contenido proteico de 11 y 12.5% su actividad diastasica debe ser la suficiente para proporcionar azucares, para que pueda actuar las levaduras durante la fermentación de la masa. Las harinas para galletas deben ser débiles y de escaso contenido proteico. Teniendo en su proteína una buena extensibilidad, el contenido proteico debe ser de 8.5 % o inferior. Las harinas para pasteles especiales tienen un tamaño de partícula muy fino y pueden ser tratadas con cloro para ayudar la estabilidad del pastel (Ranken, 1993).

b) Sémola.

La sémola esta constituido por nódulos del endospermo del trigo llevando algunas de ellas salvado. Este tipo producto se obtiene en los rodillos trituradores y tras una purificación y clasificación se muele para dar harina. La sémola también es destinada para la industria de pastas, la mejor calidad de pastas se elabora de trigo duro (Ranken, 1993).

c) Salvado.

El salvado es la envoltura del trigo, se obtiene de la molienda de los granos, este sub producto contiene adheridas cantidades mínimas de endospermo. Su contenido en fibra dietética esta alrededor de 40% (10% de la fibra cruda). El salvado se utiliza principalmente para la alimentación del ganado, en estos últimos años el salvado se emplea en la elaboración de pan para consumo humano (Ranken, 1993).

5.5. Rendimientos de la molienda de algunos cereales.

Cuadro 9. Rendimiento y contenido de proteínas en diferentes fracciones de harina de trigo clasificadas con aire.

Trigo Contenido

de proteínas(%)

Fina(0 – 17 um)

Mediana(17 – 35 um)

Gruesa(mas de 35 um)

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Rendimiento(%)

Contenido de

proteínas(%)

Rendimiento(%)

Contenido de proteínas

(%)

Rendimiento(%)

Contenido de proteínas

(%)

Duro 13.4 12 28.9 41 10 47 14.7Blando 7.7 25 15.7 71 5.0 9 9.5Fuente: Kent (1983).

Cuadro 10. Rendimiento de la molienda de semillas de kiwicha.Componente Rendimiento (%)

Harina fina 16.22Harina gruesa 10.38Granillo 20.07Salvado 52.58Merma 0.78Fuente: Sánchez et al. (1979). Al realizar pruebas de obtención de harina de kiwicha se obtuvo un rendimiento de 52% (Repo, 1992). Los rendimientos de harina de quinua variedad Sajama y Kancolla resultaron con 80 % y 75% respectivamente (Moreyra y Vargas, 1992). Mientras que Repo Carrasco (1992) obtuvo un rendimiento de harina para quinua lavada de 60% y para quinua pre cosida 63.7%.

5.6. Simulación de sistemas.

5.6.1. Definición de la simulación de sistema.

Dado un modelo matemático de un sistema, a veces es posible obtener información relativa al mismo tiempo por medio analítico cuando no es posible es necesario utilizar método de computo, números para resolver las ecuaciones. En el caso de modelos matemáticos dinámicos una técnica especifica que se ha llegado a identificar como simulación de sistemas es aquella en el que se resuelven simultáneamente todas las ecuaciones de modelos con variables continuamente crecientes del tiempo por lo tanto definimos la simulación de sistemas como una técnica de resolver problemas siguiendo los cambios en el tiempo de un modelo dinámico de un sistema. La definición se fundamenta en base a modelos matemáticos (Geofrey, 1991) 5.6.2. Análisis de proceso.

Se refiere a la aplicación de modelos científicos, al reconocimiento y definición del problema así como al desarrollo de procedimientos para su solución; es aplicable en:

a) Especificación matemática del problema para la situación física dada.b) Análisis detallado para obtener modelo matemático.c) Síntesis y presentación de resultados para asegurar la total comprensión.

5.6.3. Sistema.

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El sistema es un conjunto de elementos organizados que se encuentran en interacción que buscan que buscan una meta o metas comunes; operando para ello sobre datos, energía o materia en una referencia temporal para producir como salida información, materia o energía. Aquí los elementos se disponen, estructuran y relacionan para efectuar procesos sobre las entradas y producir así las salidas deseadas.

La simulación de sistema se desarrolla mediante un modelo lógico matemático, estadístico de un sistema, de tal forma que se obtiene una imitación de la operación de un proceso de la vida real o de un sistema a través del tiempo. Este proceso requiere dos pasos:

a) Desarrollo del modelo; Incluye la construcción de ecuaciones lógicas respectivas del sistema y la preparación de un programa computacional.

b) Experimentación.- Una ves que se a validado el modelo del sistema, la segunda fse del estudio de simulación entra en escena, experimental con el modelo para determinar como responde el sistema a cambios en los niveles de las variables de entrada.

5.7. Métodos matemáticos de modelación

Los métodos de modelación clásica utilizados en procesos industriales son: Método integral de análisis y método diferencial. También se describen técnicas derivadas de estos métodos. Además se mencionan los sistemas de programas para microcomputadoras necesarios para la solución de las diferentes situaciones que se pueden presentar.

5.7.1. Método Integral de análisis.

Se basa en asumir una ecuación de velocidad que supuestamente describe el comportamiento. la ecuación diferencial de velocidad se integra, y se comprueba el ajuste de los datos experimentales a la misma. si el ajuste no es satisfactorio se debe asumir otra ecuación o modelo y proceder de igual forma. El método integral de análisis se puede asumir en los siguientes pasos:

- Suposición de un mecanismo que hipotéticamente corresponda a la reacción estudiada, seleccionando su expresión de velocidad.

- Integración de la ecuación de velocidad supuesta.- comparación del ajuste de datos experimentales al modelo.

5.7.2. Método diferencial de análisis de datos.

En el modelo diferencial de análisis de datos se emplea directamente la ecuación diferencial a ensayar. El programa experimental se puede planificar para evaluar la ecuación completa o sus diferentes partes por separado, posteriormente estas partes se combinan para obtener la ecuación completa.

Al igual que en el método de integral de análisis, se asume una expresión de velocidad que supuestamente explique el comportamiento de la reacción estudiada. El método diferencial de análisis se basa en técnica de los mínimos cuadrados que se utilizan para ensayar

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ecuaciones. La modelación debe combinarse en gran medida con la técnica de inferencia estadística.

VI. OBJETIVO.

6.1. Objetivo General.

Determinar la absorción de humedad en granos andinos durante su acondicionamiento previo a la molienda.

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6.2. Objetivos Específicos.

- Determinar método matemático de modelación para absorción de humedad en granos andinos.

- Determinar la influencia de la absorción de humedad en el rendimiento de granulocidad en granos andinos molidos.

- Determinar análisis físico químico (color, proteína, carbohidratos, grasa, ceniza y humedad) de granulocidad de granos andinos de la muestra de cada variedad.

VII. HIPOTESIS.

7.1. Hipótesis General.

Las características de acondicionamiento de granos andinos previo a la molienda, influyen en la absorción de humedad.

7.2. Hipótesis Específica.

- Al aplicar el método matemático de modelación se determina, la absorción de humedad, con el cual es posible determinar las características de acondicionamiento en granos andinos previos a la molienda.

- Durante la molienda, la absorción de humedad influye en el rendimiento de granulocidad de granos andinos.

- Las características físico químicas de la granulodicad de granos andinos son diferentes en cada variedad.

III. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN.

8.1. Población y muestra.

Los granos andinos que serán experimentados en el presente trabajo de investigación serán aquellos productos producidos por el Instituto Nacional de Investigación Agraria (INIA) de las regiones Puno y Cusco, campaña agrícola 2013.

8.2. Ámbito de estudio.

El presente trabajo de investigación se desarrollara en el Distrito, Provincia y Región de Puno situado a 3820 m.s.n.m. La prueba experimental y los análisis de laboratorio se llevarán a cabo en los siguientes lugares:

- Empresa Industrial altiplano SRLtda. en cuyas instalaciones se realizaran el tratamiento (clasificación, limpieza, escarificado, lavado, secado) de granos andinos.

- Planta piloto del Centro de Investigación de Recursos Naturales y Medio Ambiente (CIRMA), en cuyas instalaciones de realizará el acondicionamiento y molido de los granos andinos.

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- Las pruebas de análisis físico químico, se realizaran en el laboratorio ZVIL- CORP de la ciudad de Arequipa (Humedad, proteína, carbohidratos, grasa, ceniza, color).

8.3. Procedimiento experimental.

a) Materia Prima.

Para el presente trabajo de investigación se utilizara los siguientes granos andinos:Quinua de las variedades Kancolla y Chullpi.Kañihua de las variedades Cupi y Ramis.Kiwicha de las variedades A y B

b) Recepción.

Los granos andinos serán pesados por separado en balanza electrónica, con la finalidad de determinar el rendimiento.

c) Limpieza.

Los granos andinos, serán sometidos a una limpieza en una maquina clasificadora de granos, con zaranda vibradora. Esta operación se realizara con la finalidad de poder eliminar las impurezas como piedras, pajas y otras sustancias extrañas presentes en los granos.

d) Escarificado.

Los granos andinos, serán escarificados en maquina pulidora de cereales, la adición de los granos a la maquina, será de forma continua y en cantidades pequeñas, con la finalidad de escarificar la totalidad de los granos. Con la escarificación se lograra eliminar gran parte de las impurezas del grano.

e) Lavado.

Los granos andinos escarificados, serán lavados con agua potable, con la ayuda de recipientes, donde serán sometidos a fricción permanente, se realizara varios enjuagues hasta observar la no formación de espumas. Esta proceso de realizara con la finalidad de eliminar las impurezas no eliminada en el proceso de escarificado.

f) Secado.

Luego de realizar el lavado se procederá al secado de los granos andinos, para el secado se utilizara una estufa a una temperatura de 60ºC durante 6 horas con la finalidad de reducir los niveles de humedad hasta 12%.

g) Acondicionamiento.

Consistirá en la incorporación de agua a los granos andinos secos y libres de impurezas, hasta una humedad de 15 a 16%, esta operación se realizará en equipo diseñado para

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efectuar la operación. La adición de agua a los granos andinos, se efectuará con una pulverización de agua sobre los granos de quinua, bajo un constante homogenizado de los granos, luego procederá a cerrara herméticamente el recipiente. La temperatura ala cual estará expuesta los recipientes será a temperatura ambiental. El tiempo de permanencia de los granos andinos humedecidos en el recipiente, será de 2 a 4 horas. Transcurrido estos tiempos se procederá a realizar el proceso de Molido. El acondicionamiento se realiza con la finalidad de ablandar las diferentes capas de los granos andinos el cual ayudara en su separación por tamaño de partícula.

h) M olido.

Los granos de andinos acondicionados (humedad) serán molidos, en molino de martillo. Se molerá cada tratamiento de forma individual. La adición de los granos acondicionados al molino será lentamente y en pocas cantidades con la finalidad de un molido total de los granos. Se realizara esta operación hasta lograr que los tamaños del grano sean adecuados para ser tamizado.

i) Tamizado.

Los granos andinos molidos se procederá a tamizar, con la ayuda de un equipo para tamizado, esta operación se realizara con la finalidad de identificar la influencia del proceso de acondicionamiento (humedad), en la granulocidad de la muestra. Con esta operación se obtendrá harina de primera, harina de segunda, sémola, salvado y podrá determinarse el rendimiento en cada producto.

Figura 6: Flujo de operaciones para la obtención de grano andino molido, previo acondicionamiento.

MATERIA PRIMA

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Clasificación y

EscarificadoPolvo y otros

Fuente: Elaboración propia.

8.4. Factores en estudio, variables de respuesta y operación de variables.

8.4.1. Método matemático de modelación para absorción de humedad en granos andinos.

Variable Independiente.- Tiempo de acondicionamiento.

Variable Dependiente.Modelo matemático de modelación en función a la humedad del producto final.

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Lavado

Secado

Acondicionamiento

- Humedad (%): 14,14.5, 15, 15.5, 16- Tiempo (horas): 2, 2.5, 3,3.5, 4- Tipo de grano andino.- Variedad de grano andino.

Impurezas

Molido

Tamizado

Granulocidad 2

Granulocidad 1

Granulocidad 3

Granulocidad 4

Operación de variables.

Cuadro 10: Operación de variables para Modelo matemático de modelación para migración de humedad

Variables IndicadoresIndependientes:

- Tiempo de acondicionamiento 2 – 4(horas)

Dependientes:Modelo matemático de modelación en función a la humedad del producto final.

Método diferencial de análisis.Método integral de análisis

Fuente: Elaboración propia.

8.4.2. Rendimiento de granulocidad de granos andinos molidos.

Variable Independiente.- Tipo de grano andino.- Variedad de grano andino- Humedad de acondicionamiento- Tiempo de acondicionamiento

Variable Dependiente.Granulocidad de grano andino molido.

Operación de variables.

Cuadro 11: Operación de variables para granulocidad de quinua molida.Variables Indicadores

Independientes:- Tipo de grano andino- Variedad de grano andino- Humedad de acondicionamiento.- Tiempo de acondicionamiento

Quinua, Kañihua, Kiwicha.Kancolla, Chullpi; Cupi, Ramis; Kiwicha

14 – 16(%)2 – 4(horas)

Dependientes:Rendimiento de granulocidad de grano andino molido.

%

Fuente: Elaboración propia.8.4.3. Análisis físico químico de tamaño de partícula de granos andinos molidos.

Variable Independiente.- Tipo de grano andino- Variedad de grano andino - Granulosidad

Variable Dependiente.- Color- Proteína- Carbohidratos- Grasa

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- CenizaOperación de variables.

Cuadro 12: Operación de variables para análisis físico químico de tamaño de partícula.Variables Indicadores

Independientes:- Tipo de grano andino- Variedad de grano andino.- Granulosidad

Quinua, Kañihua, KiwichaKancolla, Chullpi, Cupi, Ramis, Kiwicha.

4 (unidades, en micras))

Dependientes:- Humedad- Proteína- Carbohidratos- Grasa- Ceniza- Color

%%%%%

Luminosidad

Fuente: Elaboración propia.

8.5. Método de análisis experimental.

a) Análisis proximal de los granos andinos.

- Determinación de Humedad por el método AOAC 1984- Determinación de Proteína por el método AOAC 1984- Determinación de Carbohidratos por el método AOAC 1984.- Determinación de Grasa por el método AOAC 1984- Determinación de Ceniza por el método AOAC 1984.

b) Análisis físico químico de tamaño de partícula de granos andinos.

- Determinación de Humedad por el método AOAC 1984- Determinación de Proteína total por el método AOAC 1984- Determinación de Grasa por el método AOAC 1984- Determinación de Ceniza por el método AOAC 1984.- Determinación de Carbohidratos por el método AOAC 1984.- Determinación de color mediante análisis instrumental por el método CIE

(Comisión Internationale Leclairage).

8.6. Diseño experimental.

Para el presente trabajo de investigación se plantea la utilización de los siguientes métodos:

1) Método matemático de modelación para absorción de humedad en granos andinos.

Para realizar la prueba experimenta se utilizara la metodología de integral de análisis datos, en donde se desarrollara una ecuación con el uso herramientas

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matemáticas, posterior mente se diseñara un simulador, en donde se determinara la dinámica de migración de humedad en granos andinos.

2) Rendimiento de granulocidad de grano andino molido.

Para realizar el procedimiento se propone el uso del modelo estadístico diseño factorial de forma 3A*2B*5C*5C, el total de tratamientos serán de 150 con 3 repeticiones, asiendo un total de 450 unidades experimentales.

3) Características físico químico de tamaño de partícula de grano andino molido

Para determinar las características fisicoquímicas de las muestras de granos andinos de las variedades experimentadas, se propone el modelo estadístico factorial de la forma 3A*2B*4C el total de tratamientos será de 24 con 3 repeticiones, asiendo un total de 72 unidades experimentales.

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Cuadro 15: Dinámica de migración de humedad en el acondicionamiento de granos andinos (Quinua, Kañihua, Kiwicha) previo a la molienda

Problema Objetivo Hipótesis Variables ResultadosProblema General:¿Cómo influye el acondicionamiento de los granos de andinos previo a la molienda, en la absorción de humedad?

Objetivo General:Determinar la absorción de humedad en los granos andinos durante el acondicionamiento previo a la molienda.

Hipótesis General: Las características de acondicionamiento de los granos andinos previo a la molienda, influyen en la absorción de humedad.

Problema Especifico:

¿En que medida el método matemático de modelación determina la absorción de humedad en los granos andinos?

¿Cómo influirá la absorción de humedad en el rendimiento de granulocidad en el grano andino molido?

¿Qué características físico químicas tendrán la granulocidad del grano andino molido?

Objetivo especifico:

- Determinar método matemático de modelación para absorción de humedad en los granos andinos.

- Determinar la influencia de la absorción de humedad en el rendimiento de granulocidad en el grano andino molido.

- Determinar análisis físico químico (color, proteína, carbohidratos, grasa, ceniza y humedad) en granulocidad de granos andinos (variedades experimentadas).

Hipótesis especifica:

- Al aplicar el método matemático de modelación se determina, la absorción de humedad, con el cual es posible determinar las características de acondicionamiento en granos andinos, previos a la molienda.

- Durante la molienda, la

absorción de humedad influye en el rendimiento de granulocidad de los granos andinos.

- Las características físico químicas de la granulodicad de los granos andinos son diferentes en cada variedad.

a) Método matemático de modelación para absorción de humedad en granos andinos.Variable Independiente

- Tiempo de acondicionamiento.Variable DependienteModelo matemático de modelación en función de la humedad final del producto.

b) Granulocidad de grano andino molido.Variable Independiente.

- Tipo de grano andino- Variedad de grano andino- Humedad de acondicionamiento- Tiempo de acondicionamiento

Variable Dependiente. Rendimiento de tamaño de partícula de grano andino molido.

c) Análisis físico químico de tamaño de partícula de granos andinos

Variable Independiente.- Tipo de grano andino.- Variedad de grano andino.- Rendimiento- Granulosidad.

Variable Dependiente.Color, Proteína, Carbohidratos, Grasa, Ceniza, humedad.

El método de modelación de absorción de

humedad, proporcionagrano andino

acondicionado con buen

rendimiento de granulocidad

durante el molido y con buenas características físico químicas

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IX. RECURSO.

10.1 Recurso Humano

- Responsable (tesista) : Tiempo completo- Director : Tiempo Parcial

10.2 Materiales.

10.2.1 Materia Prima- Quinua variedad Kancolla- Quinua variedad Chullpi- Kañihua variedad Cupi- Kañihua variedad Ramis- Kiwicha

10.2.2 Insumos.- Agua destilada.

10.2.3 Materiales- Recipientes.

10.2.4 Equipos- Balanza Analítica.- Higrometro- Equipo micro Kjeldahl- Equipo Soxhle- Estufa- Cocina eléctrica- Acondicionador de grano.

10.2.5 Reactivos.- Lo requerido para el trabajo experimental

10.3 Útiles de escritorio.- Computadora- Papel, bolígrafo y otros.

10.4 Financiamiento.

La ejecución del presente trabajo de investigación se realizara con financiamiento de recursos propios.

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10.5 Presupuesto.

Cuadro 16: Presupuesto para el trabajo de investigación.RUBROS COSTOS (S/.)

SUB TOTAL TOTAL1. Bienes 6,000.00

- Material bibliográfico - Materia prima - Útiles de escritorio - Elaboración del perfil - Otros

500.002000.00500.00

1500.001500.00

500.002000.00500.00

1500.001500.00

2 Servicios 11,600.00- Construcción de equipo para

acondicionamiento de grano.- Alquiler de higrometro - Materiales- Análisis de laboratorio- Borrador de informe - Informe final

3000.00

200.001000.005000.00700.00700.00

3000.00

200.001000.005000.00700.00700.00

3. Pasajes y estadía 2000.00 2,000.004. Imprevistos 1000.00 1,000.00TOTAL 19,600.00Fuente: Elaboración propia.

XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Cuadro 17: Cronograma de actividades. MESES

ACTIVIDADES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Búsqueda de información

x X

Redacción de borrador perfil

X

Redacción del perfil XPreparación de materiales

X X

Ejecución de pruebas XContratación XAnálisis X X XRedacción de borrador

X X

Corrección X XInforme final X XSustentación X

XII. BIBLIOGRAFÍA.

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- IBÁÑEZ V. 2003. Diseños Estadísticos. Facultad de Ingeniería Estadística e Informática. UNA - Puno

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Lima – Perú.

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