Alvarez Orrello - Veliz Espiritu

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA  AGROINDUSTRIAL  

TESIS

Beta vulgaris por atomización y evaluación de sus propiedades pr opiedades fun fu n cionales como colorante natural”  “Microencapsulación del extracto extr acto de betanina del

PRESENTADA PRESE NTADA POR:

Bach. ALVAREZ OLLERO, Ronald Jhon Bach. VELIZ ESPIRITU, Jercy David PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL

TARMA – PERÚ 2015

 

 ASESOR: Dr. QUISPE QUISPE SO SOLANO, LANO, Migu Miguel el Án gel gel  

ii

 

Dedicatoria  

La presente tesis, se lo dedicamos a Dios por acompañarnos en todos los momentos de nuestra existencia; a nuestros padres (Jorge y María) (David y Maruja) que son los tesoros más grandes de nuestras vidas por brindarnos su apoyo y confianza incondicional y a todas aquellas personas que nos apoyaron en el transcurso

de

nuestra

formación

profesional

por

brindarnos su aliento en nuestra lucha diaria de querer alcanzar algo mejor. A Adrián y David por ser nuestra alegría y razón de vivir, También a Náthaly y Sammy por ser las personas que nos animan a luchar por cada uno de nuestros sueños.

iii

 

 Agrad  Ag radeci ecimi mi ent ento o

Al Dr. Quispe Solano, Miguel Ángel, por sus sabios consejos, apoyo moral e incondicional en nuestra formación personal y profesional, y también por su apoyo como asesor en este trabajo de investigación. A los catedráticos de la Universidad Nacional del Centro del Perú de la especialidad de Ingeniería Agroindustrial Tarma, quienes desde nuestra formación profesional supieron aconsejarnos y guiarnos sabiamente. Nuestros más sinceros agradecimientos a todas aquellas personas que colaboraron al desarrollo y culminación del presente trabajo de investigación.

iv

 

Reconocimiento

 A la escuela académico profesional de ingeniería Agroindustrial, Facultad de Ciencias aplicadas

 – 

Tarma, de la

Universidad Nacional del Centro del Perú, por nuestra formación profesional.

v

 

RESUMEN 

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de la microencapsulación del extracto de betanina del Beta vulgaris por atomización en sus propiedades funcionales para su uso como colorante natural, para lo cual se obtuvo el extracto de betalaínas de la betarraga por medio acuoso en una relación 1:2, este se concentró hasta los 19,5º Brix, luego se microencapsuló con maltodextrina (10 dextrosa equivalente) a concentraciones (10%, 15% y 20%) mediante un secado por atomización con el Mini Spray Dryer B-290 a diferentes temperaturas de entrada de aire (130 °C, 140 °C y 150 °C), en el producto atomizado se caracterizó su propiedades funcionales y fisicoquímicas; con respecto a la higroscopicidad (%), solubilidad (%) e índice de insolubilidad (%), no se encontró diferencia significativa (p > 0,05) entre los tratamientos, en cuanto a la humedad (%), densidad (g/cm3), dispersabilidad (%), tiempo de humedecimiento (min.), rendimiento (%), acidez (%), solidos solubles (%), intensidad del color, betaninas (mg/100 g de polvo) y betaxantinas (mg/100 g de polvo), se encontró diferencia estadística significativa (p < 0,05)  por efecto de la interacción de la temperatura del aire de entrada y la concentración del agente encapsulante muchos de estos valores se encuentran dentro de lo establecido para los polvos atomizados, El más alto contenido de betaninas (292,039 y 279,73 mg /100 g) se obtuvo a 130ºC y 140°C con 10 % de maltodextrina el mismo que lo hace viable como un colorante natural.

Palabras Pa labras claves:  microencapsulación de betaninas, atomizado de betanina,

propiedades funcionales del atomizado de betaninas, colorante natural.

vi

 

SUMMARY

This research aimed to evaluate the effect of microencapsulation extract betanina of Beta vulgaris spray in their functional properties for use as a natural dye, for which the extract betalains of beet by aqueous medium was obtained a 1:2, this was concentrated to the 19,7ºBrix, then he was microencapsulated with maltodextrin (10 DE) at concentrations (10%, 15% and 20%) by spray drying with the Mini Spray Dryer B-290 various air inlet temperatures (130 ° C, 140 ° C and 150 °C), in their functional and atomized product was characterized physicochemical properties; with respect to the hygroscopicity (%), Solubility (%) and insolubility index (%) no significant difference (p > 0.05) were found between treatments in terms of moisture (%), density (g / cm 3 ), dispersibility (%), wetting time (min.) yield (%) Acidity (%), soluble solids (%), color intensity, betaninas (mg/100 g. powder) and betaxanthins (mg/100 g. dust) statistically significant difference (p < 0,05) set for atomised powders due to the interaction of the inlet air temperature and the concentration of the encapsulant many of these values are within the , The highest content betaninas (292,039 and 279,73 mg /100 g powder) was obtained at 130ºC and 140°C with 10% maltodextrin which makes it feasible as a natural colorant.  Keywords:   microencapsulation of betaninas, betanina atomized,

fragmented functional properties of betaninas. betaninas.  

vii

 

ÍNDICE GENERAL GENERAL Pág .

DEDICATORIA

iii

AGRADECIMIENTO

iv

RECONOCIMIENTO

v

RESUMEN

vi

SUMMARY

vii

ÍNDICE GENERAL

viii

LISTA DE TABLAS

xii

LISTA DE FIGURAS

xvii

INTRODUCCIÓN

xix CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA  

1.1 Determinación del problema.

22

1.2 Formulación del problema.

23

1.3 Objetivos de la investigación.

23

1.3.1 Objetivo General

23

1.3.2 Objetivo Especifico

24

1.4 Justificación e importancia.

24

1.5 Delimitaciones de la investigac investigación. ión.

25

1.5.1 Delimitación Espacial y Tecnológica

25

1.5.2 Delimitación Cuantitativ Cuantitativa a

26

1.5.4 Delimitación Social

26

viii

 

CAPÍTULO II MARCO TEORICO

2.1. Antecedent Antecedentes es de investigación

27

2.2. Teorías básicas

34

2.2.1. Generalidades

de

la

betarraga

(beta

vulgaris),

34

características botánicas y agronómicas a) Aspectos agroclimáticos del Beta bulgaris L.

36

b) Clasificación botánica del Beta bulgaris L.

37

c) Tipos y cultivares del Beta bulgaris L.

38

d) Cosecha y manejo post cosecha

39

e) Composición química de la betarraga (Beta Bulgaris.)

39

f)

42

Usos de la beterraga

g) Producción nacional de beterraga (Beta bulgaris) 2.2.2. Pigmentos naturales

42 45

a) Aspectos generales

45

a.1) Clasificación de los colorantes.

46

b) Utilización del Beta vulgaris como colorante natural

48

c) Importancia de los colorantes naturales fr frente ente a los

50

artificiales 2.2.3. Betalaínas

51

a) Distribución

54

b) Estructura química

55

c) Biosíntesis

57

d) Funciones

58

e) Vías de degradación de las betalaínas

58

2.2.4. Métodos de en encapsulación capsulación a.1) Secado por atomización (Spray-drying)  Ventajas

y desventajas del secado por atomización

 Variables

a controlar en el secado por atomización

b.1) Maltodextrina

64 65 69 70 72

ix

 

2.2.5. Caracterización de microencapsulados secados por atomización.

74

 

Característic Características as fisicoquímicas.

74

 

Característic Características as físicas.

76 83

2.3. Desarrollo de las variables 2.3.1. Variable indepe independiente. ndiente.

83

2.3.2. Variable depen dependiente. diente.

84 85

2.4. Hipótesis de investigación 2.4.1. Hipótesis general.

85

2.4.2. Hipótesis de trabajo.

85

CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

3.1.

Tipo de investigación

87

3.2.

Nivel de investigación

87

3.3.

Métodos de investigación

87

3.4

Lugar de ejecución

88

3.5.

Análisis fisicoquímico del extracto de la Beta vulgaris.

88

3.6.

Características funcionales del microencapsulado de extracto

88

de la Beta vulgaris. 3.7. 3.8.

3.9.

Diseño de investigación Población y muestra

89 91

a. Población

91

b. Muestra

91

Técnicas, instrumento instrumentoss y procedimientos de recolección de

91

información o datos. 3.10. Técnicas ddee proces procesamiento amiento de informac información ión o datos

95 96

a. Pruebas Estadísticas Estadísticas..

x

 

CAPÍTULO IV RESULTADOS DE LA INVEST INVESTIGACION IGACION

4.1. Presentación, análisis e interpretación de los datos 4.1.1. Caracterización fisicoquímica del extracto concentrado de

97 97

betaninas de beterraga (Beta vulgaris). 4.1.2. Determinación del diagrama de flujo para la obtención del

99

microencapsulado del extracto de betaninas de la (beta bulgaris) secado por atomización. 4.1.3. Caracterización de las propiedades funcionales del

100

microencapsulado de betaninas de la beterraga (Beta vulgaris). 4.2. Discusiones de resultados

146

CONCLUSIONES

182

SUGERENCIAS

183

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFIC BIBLIOGRÁFICAS AS ANEXO

xi

 

LISTA DE TABL TABL AS Tabla

Pág.

1

Clasificación taxonómica de la beterraga (Beta vulgaris)

37

2

Composición química de la betarraga por cada 100 gramos de porción comestible

40

3

Producción Anual de Beterraga (Beta Bulgaris) según

43

Regiones (TM) 4

Incremento de producción en los últimos anos de Beterraga

44

(Beta Bulgaris) 5

Clasificación de los colorantes naturales según su

48

naturaleza química 6

Clasificación de las técnicas de encapsulación encapsulación

64

7 8

Influencia de las variables del secado por atomización Operacionalizac Operacionalización ión de variables

71 86

9

Representación del diseño estadístico DCA aplicado a la

96

investigación 10

Características fisicoquímicas del extracto acuoso y extracto

98

concentrado de beterraga (Beta bulgaris) 11

Resultados de la higroscopicidad en el atomizado del

100

extracto beterraga (beta bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina 12

Análisis de varianza para la interacción de los factores temperatura de secado y concentración de maltodextrina

101

con respecto a la higroscopicidad. 13

Resultados de la solubilidad en el atomizado del extracto de

102

betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 14

Análisis de varianza para la interacción de los factores temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto a la solubilidad

xii

103

 

15

Referidos a la insolubilidad en el atomizado del extracto de

104

betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina 16

Análisis de varianza para la interacción de los factores

105

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto a la insolubilidad. 17

Resultados de la densidad aparente en el atomizado del

106

extracto de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 18

Análisis de varianza para la interacción de los factores

107

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto a la densidad aparente 19

Comparación de medias de Tukey de la densidad aparente

108

por efecto de la Temperatura de secado. 20

Comparación de medias de Tukey de la densidad aparente

108

por efecto de la concentración de maltodextrina 21

Resultados del porcentaje de dispersabilidad en el

110

atomizado del extracto de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina 22

Análisis de varianza para la interacción de los factores

111

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto a la dispersabilidad 23

Comparación de medias de Tukey de Dispersabilidad por

112

efecto de la temperatura de secado 24

Comparación de medias de Tukey de la Dispersabilidad por

112

efecto de la concentración de maltodextrina. 25

Resultados del tiempo de humedecimiento en el atomizado del extracto de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de

xiii

114

 

maltodextrina 26

Análisis de varianza para la interacción de los factores

115

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al tiempo de humedecimiento 27

Comparación de medias de Tukey de tiempos de

116

humedecimiento por efecto de la temperatura de secado 28

Comparación de medias de Tukey de tiempos de

116

humedecimiento por efecto de la concentración de maltodextrina. 29

Resultados referidos al rendimiento en el atomizado del

118

extracto de betanina de beterraga (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina 30

Análisis de varianza para la interacción de los factores

119

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al rendimiento 31

Comparación de medias de Tukey del rendimiento por

120

efecto de la Temperatura de secado 32

Comparación de medias de Tukey del rendimiento por

120

efecto de la concentración de maltodextrina. 33

Resultados de la Intensidad de color en el atomizado del

122

extracto de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 34

Análisis de varianza para la interacción de los factores

123

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto a la intensidad del color 35

Comparación de medias de Tukey de la intensidad de color

124

por efecto de la Temperatura de secado. 36

Comparación de medias de Tukey de la intensidad de color por efecto de la concentración de maltodextrina

xiv

124

 

37

Resultados del % de Humedad en el atomizado del extracto

126

de betanina de beterraga (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 38

Análisis de varianza para la interacción de los factores

127

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al % de humedad 39

Comparación de medias de Tukey del % de humedad por

128

efecto de la Temperatura de secado 40

Comparación de medias de Tukey del % de humedad por

128

efecto de la concentración de maltodextrina 41

Resultados del pH en el atomizado del extracto de betanina

130

de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 42

Análisis de varianza para la interacción de los factores

131

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al pH 43

Comparación de medias de Tukey del pH por efecto de la

132

Temperatura de secado 44

Comparación de medias de Tukey del pH por efecto de la

132

concentración de maltodextrina 45

Resultados del % de acidez en el atomizado atomizado del extracto de

134

betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina 46

Análisis de varianza para la interacción de los factores

135

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al % de acidez 47

Comparación de medias de Tukey del % de acidez por

136

efecto de la Temperatura de secado. 48

Comparación de medias de Tukey del % de acidez por efecto de la concentración de maltodextrina.

xv

136

 

49

Resultados referidos al % de solidos solubles del extracto

138

de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 50

Análisis de varianza para la interacción de los factores

139

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al % de solidos solubles 51

Comparación de medias de Tukey del % de solidos solubles

140

por efecto de la Temperatura de secado. 52

Comparación de medias de Tukey del % de solidos solubles

140

por efecto de la concentración de maltodextrina 53

Resultado del contenido de betaninas mg/100 g del

142

atomizado del extracto de betanina de (Beta Bulgaris) obtenido de las diferentes temperaturas de secado y concentración de maltodextrina. 54

Análisis de varianza para la interacción de los factores

143

temperatura de secado y concentración de maltodextrina con respecto al contenido de betaninas 55

Comparación de medias de Tukey del contenido de

144

betaninas por efecto de la Temperatura de secado 56

Comparación de medias de Tukey del contenido de betaninas por efecto de la concentración de maltodextrina.

xvi

145

 

LISTA DE FIGURAS 

Figura

Pág.

1

Color y corte transversal de Betarraga o remolacha

34

2

Aspectos preponderantes durante el cultivo de la beterraga

35

3

Aspectos agroclimáticos de la beterraga

36

4

Producción Anual según Regiones (t) - Año 2012

45

5

Clasificación de los colorantes

47

6

a) Estructura general de la betanina e isobetanina

53

7

(a) Estructura general de la indicaxantina e miraxantina III

54

y IV 8

Estructura química de las betacianinas

56

9

Estructura química de las betaxantinas

57

10

Biosíntesis de las betalaínas

61

11

Vías de degradación de betanina

62

12

Representación

esquemática

de

los

sistemas

de

63

Representación de un diseño típico de un sistema de

66

encapsulación 13

secado por atomización 14

Varios esquemas de flujos de entrada de aire caliente en

68

co-corriente 15

Estructura química de la maltodextrina

16

Diagrama

de

flujo

para

la

73

obtención

del

polvo

92

Diagrama de flujo d definitivo efinitivo p para ara la obtención del

99

microencapsulado de la beterraga(Beta vulgaris) 17

microencapsulado

de

betaninas

de

beterraga(Beta

vulgaris) 18

Referido a las puntuaciones de las medias de la densidad

109

aparente en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 19

Referido a las puntuaciones de las medias de la

xvii

113

 

dispersabilidad en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 20

Referido a las puntuaciones de las medias los tiempos de

117

humedecimiento en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 21

Referido a las puntaciones de las medias del rendimiento

121

en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 22

Referido a las puntaciones de la media del % de la

125

intensidad de color en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 23

Referido a las puntuaciones de la media del % de

129

humedad en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 24

Referido a las puntuaciones de la media del pH en los

133

diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina 25

Referido a las puntaciones de las medias del % de acidez

137

en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina 26

Referido a las puntaciones de la media del % de los

141

sólidos solubles en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina. 27

Referido a las puntuaciones de la media del contenido de betaninas (mg/100 g de polvo atomizado) en los diferentes tratamientos de la interacción temperatura de secado y concentración de maltodextrina

xviii

145

 

INTRODUCCIÓN

Hoy en día se está viviendo una ventajosa realidad ya que toda la población sin límite de edad encamina su estilo de vida hacia hábitos saludables, una alimentación variada y equilibrada, para así alcanzar un estado óptimo de bienestar, es por ello que actualmente se opta por productos naturales y orgánicos. Un alimento que reúne r eúne estas características es la beterraga. En la naturaleza se pueden encontrar múltiples fuentes de colorantes, capaces de generar una amplia variedad de matices debido a los pigmentos los  pigmentos naturales que poseen, los que determinan la primera sensación que se percibe de un alimento además de que determina el primer juicio sobre su calidad, ya que tiende a veces a modificar subjetivamente otras sensaciones como el sabor y el olor, condicionando el éxito o fracaso de un producto en el mercado (Rigge, mercado (Rigge, 2001). Una de las fuentes de colorante son las hortalizas entre las que se destaca a la beterraga por poseer   excelentes propiedades las que derivan de sus componentes nutritivos así como de otra serie de sustancias, cuyas propiedades son objeto de estudio en recientes investigaciones. Se ha demostrado que la ingestión de esta planta inhibe y previene la aparición o el crecimiento de tumores cancerígenos, tal como constató el doctor húngaro Alexander Frerenegi (2002) en sus experimentos llevados a cabo en animales y personas, esto debido a la virtud que deriva de su riqueza en el pigmento rojo betani betanina, na, es por ello que

la agroindust agroindustria ria se ve en la

necesidad de adicionar componentes que le den el valor agregado a sus productos, siendo siendo la beterraga una excelente op opción ción para producir alimentos xix

 

a base de ingredientes naturales, con propiedades funcionales. Sin embargo durante el procesamiento de este fruto se afecta el contenido natural de compuestos bioactivos, bioactivos, (Garras 2008), yyaa que los pigmentos son afect afectados ados por factores como temperatura, pH, actividad de agua y presencia de oxígeno y luz, siendo más afectados por procesos donde se emplean altas temperaturas.

Una

forma

de

conservar

estos

nutrientes

es

la

microencapsulación por secado por aspersión, la cual es una técnica que se ha aplicado para preservar y/o proteger numerosos alimentos (Dziezak, 1998). Dentro de los parámetros más importantes a controlar durante el secado por aspersión se encuentran: las temperaturas de entrada y salida del aire de secado, el flujo de alimentación del producto a secar, el tiempo de residencia y el acondicionamiento de la materia prima (Ramírez et al. 2003). En la industria alimenticia se utilizan diferentes materiales como agentes encapsulantes, tales como carbohidratos, ésteres, gomas, lípidos, proteínas y materiales inorgánicos, dentro de los carbohidratos las maltodextrinas son importantes para la preparación de jugos que van a ser secados por aspersión, ya que son incoloras, inodoras y de baja viscosidad a altas concentraciones, además permiten la formación de polvos de libre flujo sin enmascarar el sabor original (Rénius, 1998). En términos generales estas son las razones que han impulsado para realizar la investigación. La hipótesis establecida fue evaluar si el proceso de microencapsulacion del extracto de betanina del Beta vulgaris  por atomización favorece a sus propiedades funcionales para su uso como colorante natural utilizando la materia prima de la provincia de Tarma. Teniendo como objetivo general evaluar el efecto de la microencapsulación del extracto de betanina del Beta vulgaris por atomización en sus propiedades funcionales para su uso como colorante natural El contenido del informe de la presente investigación está estructurado en cuatro capítulos, de la siguiente manera:

xx

 

CAPÍTULO I:   Contiene la determinación del problema, abarcando la

caracterización del problemática, formulación del problema, objetivos general y especifico de la investigación, justificación e importancia y delimitación del problema de la investigación. CAPÍTULO II: Guarda relación con el desarrollo del marco teórico,

comprendiendo los antecedentes antecedentes en el entorno internacional y nacional de la investigación, teoría teoría básica que fundamente el est estudio udio científico, y el marco teórico conceptual, desarrollo de las variables, hipótesis de la investigación y el desarrollo de la operacionalización de las variables. CAPÍTULO III: Abarca la parte metodológica m etodológica de la investigación, así como el

tipo y nivel, el método y diseño de investigación, población y muestra, procedimientos de la investigación, técnicas e instrumentos de recolección de datos, técnicas de análisis y procesamiento de datos. CAPÍTULO IV: Detalla el análisis e interpretación de los resultados y las

discusiones del efecto de la microencapsulación del extracto de betanina del Beta vulgaris por atomización en sus propiedades funcionales para su uso como colorante natural Finalmente

se

ha

establecido

las

correspondientes

conclusiones,

sugerencias y aportes. Los autores

xxi

 

CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1. 1.1. 1. Determi Determinación nación de dell prob problema. lema.

Actualmente existe una tendencia a utilizar productos naturales en lugar de sintéticos, motivados por la presión de un sector importante de los consumidores. Los productos naturales como los colorantes son considerados en general como inocuos, presentando propiedades nutricionales y funcionales consecuent consecuentemente emente tienen un efecto favorable en la población en comparación de los colorantes sintéticos. Una fuente de obtención de colorante natural es la raíz de la beterraga que se produce en la provincia de Tarma - departamento de Junín, donde aún no se aprovecha su diversificación como fuente de materia prima en la obtención de alimentos funcionales. En la investigación se pretende aprovechar las propiedades nutricionales y funcionales de la betarraga como fuente de pigmentos y colorantes de valor funcional. Por lo cual estos compuestos deben ser con consumidos sumidos sin afectar su ccomposición, omposición, mediante procesos que nos permitan asimilarlos, es por ello que Lozano (2009) propone la elaboración de microencapsulados utilizando la tecnología tecnología de Secado por Atomización (sp (spray ray dryer) el cual se emplea para mantener las propiedades físico-químicas de los productos y/o sustancias (colorantes) mediante la utilización de un agente encapsulante (maltodextrina), ya que Bhandari (2004) 22

 

comprobó que la maltodextrina contribuyen a reducir problemas de adherencia y aglomeración durante el almacenamiento mejorando la estabilidad del producto, además de enmascarar algunos sabores indeseables de ciertos ingredientes. Tarma es reconocida como una de las principales ciudades productoras agrícolas, principalmente de hortalizas como la betarraga y la zanahoria, entre otros .El cultivo de la beterraga, lo llevan a cabo pequeños agricultores de hortalizas, siendo un área muy explotada de forma tradicional y rudimentaria; lo cual hace que la producción de la zona sea destinada como materia prima en bruto al consumo directo sin realizarle ningún procesamiento. Una de las posibilidades es utilizar el extracto de betarraga en la elaboración de microcapsulas utilizando maltodextrina como agente encapsulante donde el producto es conservado por la modificación de su estado al ser sometido a un secado por atomización. 1. 1.2. 2. Formulación Formul ación del pro problema blema 1.2.1. Problema general

¿Cuál será el efecto de la microencapsulación del extracto de betanina del Beta vulgaris por atomización en las propiedades funcionales para su uso como colorante natural? 1. 1.3. 3. Objetivos de investi investigación gación 1.3.1. Objetivo general

Evaluar el efecto de la microencapsulación del extracto de betanina del Beta vulgaris por atomización en sus propiedades funcionales para su uso como colorante natural.

23

 

1. 1.3. 3.2. 2. Objetivos Objeti vos específicos   Determinar

las características fisicoquímicas del extracto

de betaninas de beterraga (Beta vulgaris).  

Determinar el diagrama de flujo para la obtención del microencapsulado de extracto de betaninas de beterraga (Beta vulgaris) secado por atomización.

  Evaluar

las

propiedades

funcionales

de

los

microencapsulados de betanina de la beterraga ( beta bulgaris) como colorante natural. 1. 1.4. 4. Justificación Justif icación e importancia

La presente investigación aborda un tema importante con la cual se podrá acceder al conocimiento sobre las propiedades nutricionales y funcionales de la betarraga como fuente de pigmentos y colorantes de valor funcional en alimentos, mediante la aplicación de la tecnología de secado por atomización (spray dryer) el cual se emplea para mantener las propiedades físico-químicas de los productos y/o sustancias (colorantes) para su fácil asimilación. El uso de los colorantes, ya sean naturales o sintéticos, es cada vez mayor, teniéndose preferencia hoy en día en los colorantes naturales, por el color que brindan debido a los pigmentos naturales que poseen con el fin de ofrecer un color uniforme o de resaltar el color natural. Ya que según estudios se han demostrado que los colorantes sintéticos son propensos a causar males cancerígenos. Es así que, el futuro incierto de los colorante sintéticos para alimentos, ha despertado el interés hacia alternativas naturales, en la búsqueda de colorantes, se ha encontrado que las plantas pertenecientes al orden Caryiophyllales, como en la raíz de la betarraga (beta vulgaris) muestran pigmentos rojos que contienen a las atractivas betaninas que son de color rojo violeta.

24

 

La betarraga, en el Perú crece y se desarrolla en la sierra, costa y ceja de selva, siendo su comercialización como materia prima solo para consumo. En los valles interandinos la betarraga nos ofrece grandes posibilidades de industrialización contándose en el Perú con una gran producción, la cual no es utilizada en su totalidad. La situación actual desde el punto de vista de alimentación natural muestra que la obtención de productos con colorante natural juega un papel determinante en la industria alimentaria por salvaguardar la salud de las personas evitando que ingieran alimentos con colorantes artificiales, pretendiendo de esta manera mejorar la salud de los consumidores. Y de la misma manera se aumentan la disponibilidad de la materia prima de las zonas productoras (aprox. de 610 TM por año) de la provincia de Tarma. 1. 1.5. 5. Delim Delimitacio itacio nes de la investi investigación gación 1. 1.5. 5.1 1 Delim Delimitació itació n espacial y tecnol tecnológi ógica ca

El área considerada para el estudio se circunscribe en el departamento de Junín, provincia de Tarma. El trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de Ingeniería Agroindustrial de FACAP - Tarma, y en los laboratorios de instrumentación de la Facultad de Industrias alimentarias de la UNCP- Huancayo Para la caracterización de las propiedades funcionales y obtención del microencapsulados se utilizaron los siguientes equipos:  

Atomizador Mini spray Dryer Buchi B-290

 

Estufa Memmert

 

Rota vapor R-210 Buchi

 

Bomba de vacío (Vacum pump - Buchi)

 

Agitador magnético (Memmert A-230)

 

Tamizador (Memmert D- 240) 25

 

1. 1.5. 5.2 2 Delim Delimitació itació n cuantitativa cuanti tativa

Para la realización del trabajo de investigación se usó un total de 14.5 kg de extracto de betarraga, procedentes del distrito de Palcamayo provincia de Tarma que fueron adquiridos en el mercado mayorista Sr de Muruhuay. La maltodextrina que se utilizo fue abastecida por la empresa Montana S.A en una presentación de 2Kg. 1. 1.5. 5.3 3 Delim Delimitació itació n social soc ial

Para la ejecución del trabajo de investigación se utilizó beterraga que produce la provincia, esto debido a que Tarma cuenta con una alta producción de la materia y que estas no están siendo aprovechadas en subproductos, lo cual generarían mayores ingresos económicos a los productores.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2. 2.1. 1. Antecedentes de la investi investigación gación Actualmente en nuestro país existe una gran tendencia por el

consumo de alimentos naturales y funcionales, esto se debe a que se vienen incrementando las enfermedades por el consumo de alimentos procesados con la adición de aditivos dañinos para la salud. Por ello hace muchos años, se viene estudiando la obtención de productos secados por atomización ya que permiten minimizar la perdida de las propiedades funcionales de los extractos de frutas y plantas. Al presente se detallan algunas investigaciones sobre la línea de microencapsulación en el ámbito nacional e internacional. Alexander (1991), trabajó en la obtención y caracterización del colorante rojo (betanina) de la tuna morada opuntia ficus indico. Donde obtuvo el colorante mediante una extracción solido-liquido (solvente: agua acidulada con un 0.2% de ácido cítrico, relación materia prima: solventa de 1:2 temperatura y tiempo de extracción: 75°C por 20 min para luego concentrar al vacío hasta alcanzar un nivel de 9.5°Brix. Luego secó por atomización usando como encapsulantes goma arábiga-maltodextrina a un 20% de los sólidos 27

 

solubles (temperatura inicial 165°C, temperatura final 100 - 105°C, envasado (en envases de vidrio). En las pruebas de caracterización se notó la influencia estabilizante del agente encapsulante que presentó el polvo atomizado frente al polvo liofilizado. La cantidad de betanina recuperada al final del proceso fue del 73.11% y el rendimiento respecto a la materia prima inicial fue del 8.07%. Siguiendo la línea de la investigación García (2004) micro encapsuló el jugo de cebada verde mediante secado por aspersión donde al  jugo de cebada se le adicionó maltodextrina como agente encapsulante. Las condiciones de operación fueron, temperatura del aire de entrada a 120, 140 y 160°C; a una concentración de maltodextrina de 1,3 y 5%, la velocidad de alimentación fueron 9, 11, y 13 ml/min. Teniendo como resultado diferencias estadísticas entre tratamientos con respecto a las propiedades de rehidratación, contenido de humedad y temperatura, siendo estos los parámetros que más influyeron en el polvo. En la misma línea Morales (2007) estudió y comparó estabilidad de la Betanina, capacidad antioxidante y fenólicos totales de los extractos de Ayrampo y Beterraga para los cuales comparo   la capacidad antioxidante y contenido de compuestos fenólicos en los extractos de Ayrampo y Betarraga. Luego separo las betalaínas de ambos extractos por medio de la cromatografía de filtración sobre gel, para determinar la capacidad antioxidante de cada una de las fracciones obtenidas. Posteriormente evaluó y comparo la estabilidad de las betalaínas de los extractos de betarraga y ayrampo, así como su capacidad antioxidante y compuestos fenólicos. Encontrando que no existen diferencias significativas entre la capacidad antioxidante del extracto de ayrampo (1186.35 mg trolox equivalente/ml extracto) y beterraga (1199.16 mg trolox 28

 

equivalente/ml extracto) a una misma concentración de betanina (200 mg/L). pero el contenido fenólicos totales fue mayor en el extracto de ayrampo esto se debe a que además de la betanina existen otros compuestos presentes en ambos extractos, los que difieren en la estructura, cantidad y capacidad antioxidante. El trabajo de investigación “Estudio comparativo de tres sistemas de secado para la producción de un polvo deshidratado de fruta”

realizado por Ceballos (2008) tuvo como propósito conocer la influencia de algunas de las variables de operación del secado por liofilización, aspersión y vacío sobre propiedades que sirven para identificar la calidad de un polvo deshidratado de fruta, como son la humedad, la solubilidad, la humectabilidad, el color y el contenido de vitamina C. Así mismo poder comparar los tres sistemas de secado desde el punto de vista de la calidad de los productos, propiedades termodinámicas y costos de operación y rentabilidad de las inversiones. La materia prima que utilizo para la experimentación fue la guanábana donde los polvos de guanábana obtenidos por liofilización, aspersión y vacío en general presentaron características de sabor y aroma propias de la guanábana. Los polvos secados por aspersión tuvieron partículas muy finas a diferencia de los otros dos, factor que influyó grandemente en las propiedades estudiadas. Continuando en la misma línea Lozano (2009) estudió la obtención de microencapsulados funcionales de zumo de opuntia stricta  mediante secado por atomización consiguiendo un colorante alimentario funcional rojo-púrpura en polvo a partir del zumo de frutos de Opuntia stricta, este producto presenta una coloración rojopúrpura viva que puede aplicarse como colorante en la elaboración de yogures, helados, golosinas, postres de gelatina, etc. Para conseguir el colorante en polvo se utilizó fructooligosacáridos, 29

 

inulinas, maltodextrina y jarabe de glucosa como agentes de secado en un equipo de atomización a escala laboratorio Mini Spray Dryer B-290 (Buchi, Suiza) equipado con unas boquillas de atomización de dos vías y con una de tres vías. López (2009) investigó y estableció condiciones de la mezcla de pulpa de banano (musa paradisiaca l.) para someter a secado por aspersión donde se determinó determinar las cantidades óptimas de maltodextrina y goma acacia a utilizar para maximizar °Brix y minimizar la viscosidad en pulpa de banano para su posterior secado por aspersión. La maltodextrina tiene un efecto significativo en los °Brix y la viscosidad, pero a esta última también la afecta la interacción entre maltodextrina y goma acacia. Es necesario encontrar un equilibrio entre el máximo de °Brix y una mínima viscosidad, pues una viscosidad baja permite una mejor fluidez de la mezcla en el sistema de atomización (disco o difusor), y una alta concentración de sólidos totales incrementa el rendimiento del producto final. La combinación que genera la mejor respuesta es 39,95 g maltodextrina con 3,29 g de goma arábiga. Con esta combinación de tratamientos se encuentra el punto donde el ° Brix es máximo y la viscosidad es mínima, equivalentes a 46,44 °Brix y 634,59 cp., respectiva respectivamente. mente. En la misma área de investigación Cuya (2009) evaluó el efecto de secado en bandeja y atomización sobre la actividad antioxidante de la Mashua (Tropaeolum tuberosum) donde evaluó en rodajas de mashua de 2 mm de esp espesor esor fueron sometidas al secado a 40ºC, 50ºC y 60ºC y velocidad de aire constante de 1,4 m/s. Con respecto al secado por atomización con tres factores, cada factor con dos niveles: encapsulante 10% y 15%, temperatura 160ºC y 180 ºC y velocidad del atomizador 30000rpm y 35000 rpm y con un promedio 30

 

de alimentación constante de 12,5 ml/min. El método de secado por atomización resultó con mayor retención de la actividad antioxidante hidrofilica en contraste con el método de secado en bandeja que dio la menor retención. Por otro lado Yanchapanta (2011) obtuvo un colorante natural (betalaina) a partir de la remolacha (beta vulgaris) para su aplicación en alimentos y bebidas, sin que sus propiedades organolépticas (sabor y olor) afecten su utilidad, para ello se obtuvo el colorante mediante un proceso de extracción alcohólica utilizando metanol al 95% y por cristalización aplicando un secador de túnel donde se obtuvo un polvo. Finalmente el producto se aplicó en alimentos y bebidas sin que sus propiedades organolépticas (Sabor y Olor) afecten su utilidad por lo que se llevó acabo ciertos métodos de obtención como es la Fermentación y la Cristalización utilizando la remolacha (Pulpa y Raíz), la cual nos dio un satisfactorio resultado utilizando las raíces y con el método de cristalización, finalmente se analizó sensorialmente para evaluar su aceptabilidad. También en la investigación realizada por Forero (2011) de microencapsulacion del color de la guayaba fue realizada en cuatro extractos líquidos con diferentes metodologías, en una proporción de (1:3). Los extractos se obtuvieron por homogenización  – Filtración, por extracción continúa con etanol del 96 % por deshidratación osmótica con etanol y con solución de sacarosa 70 %. Cada uno de los extractos de guayaba se sometió a secado por aspersión en un secador LabPlant (Inglaterra), la mezcla se preparó agregando a los extractos concentrados (fase dispersa) maltodextrina grado comercial (fase continua), usada como encapsulante hasta obtener un valor final de sólidos solubles totales de 50 °Brix. El sabor de los microencapsulados fue evaluado por evaluación sensorial. 31

 

Así mismo Vergara (2013) investigó la extracción y estabilización de betalaínas de tuna púrpura (opuntia ficus-indica) mediante tecnología de membranas y microencapsulación, como colorante alimentario para los cuales las micropartículas se prepararon por secado por atomización, utilizando Capsul (C) y K-4484 (K) como agentes encapsulante. Las soluciones resultantes se alimentaron a un mini secador B-290 (Suiza), con alimentación y flujo de aire en paralelo. Las condiciones de secado fueron: temperatura del aire de entrada al secador 133-219°C para los sistemas con Capsul (P-C y UF-C) y 110-217°C para los sistemas con K4484 (P-K y UF-K). El flujo de aire, la razón de alimentación y la presión de atomización fueron 600 L/h, 3 mil/min (5%) y 5 bar, respectivamente para todos los sistemas estudiados. En la misma línea Huamán (2013) realizó un estudio de evaluación del tipo de solvente en el rendimiento durante la extracción de colorante natural de la cascara de tuna morada obteniendo como materia prima tuna morada con promedio de rendimiento de cascara de 48,7% con la finalidad de extraer las betalaínas de estas y evaluar los extractos acuosos y el efecto de la temperatura, pH y almacenamiento. El análisis químico proximal de la cascara de tuna morada tiene un contenido de humedad de 89,02, proteínas 0,36%, grasa 0,18%, fibra 6,99%, ceniza 1,62% y carbohidratos por diferencia 1,83%. La cascara de tuna presente un contenido de betacianinas de 80,575 mg/100g de cascara y betaxantinas de 8,66 mg/100 g de cascara, el solvente con el que se obtuvo un mejor rendimiento para la extracción de betalaínas es el agua. El contenido de betalaina en los extractos acuosos se degrada a medida que aumenta la temperatura manteniéndose más estable a pH 4.5. Las betalaínas se mantienen mejor a 4°C comparado con los de 24°C,

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siendo más estable a pH de 4.5 teniendo el mismo comportamiento la capacidad antioxidante y compuestos fenólicos totales. De las misma forma Arrazola (2013) realizó la microencapsulación de antocianinas de Berenjena (Solanum melongena L.) mediante secado por aspersión y evaluación de la estabilidad de su color y capacidad antioxidante; para ello extrajo antocianinas de la cáscara de

berenjena

(Solanum

melongena

L.),

con

diferentes

concentraciones de etanol acidificado al 1%. Los extractos se microencapsularon evaluando la influencia de las condiciones de secado por aspersión en las propiedades fisicoquímicas de los polvos. Las variables fueron temperatura del aire de entrada (170 y 180 °C) y la concentración de maltodextrina (15, 20 y 30 %). Se realizaron análisis de contenido de antocianinas, parámetros de color, capacidad antioxidante, humedad, actividad de agua, higroscopicidad,

solubilidad,

densidad,

y

espectrofotometría

electrónica de barrido. La más alta concentración de antocianinas a partir de cáscara de berenjena (115 mg /100 g) se obtuvo con 53 % etanol,

por

3h

y

a

29°C

de

temperatura.

Durante

la

microencapsulación por secado por aspersión se observó una influencia estadísticamente significativa de la temperatura y el porcentaje de maltodextrina empleado en la microencapsulación (p