UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS OBTENCIÓN DE HARINA DE ARROZ (Oryzae sativa L.) Y SU APLICACIÓN EN LA ELABORACIÓN DE PAPEL COMESTIBLE PARA LA EMPRESA LA INDUSTRIA HARINERA S.A TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA DE ALIMENTOS MÓNICA PAULINA SISA HUANCA DIRECTORA: ING. MARIA GABRIELA VERNAZA PhD Quito, Noviembre 2014 1 © Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014 Reservados todos los derechos de reproducción 1 DECLARACIÓN Yo MÓNICA PAULINA SISA HUANCA, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente. _________________________ Mónica Paulina Sisa Huanca C.I. 1715496251 i CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Obtención de harina de arroz y su aplicación en la elaboración de papel comestible para la empresa “La industria Harinera S.A””, que, para aspirar al título de Ingeniera de Alimentos fue desarrollado por Mónica Paulina Sisa Huanca, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25. __________________________ Ing. Gabriela Vernaza PhD. DIRECTORA DEL TRABAJO C.I. 1711111243 ii CARTA DE LA INSTITUCIÓN iii DEDICATORIA Este presente trabajo de titulación dedico a mi hijo, Matías Nicolás Lamiña Sisa, por ser la inspiración para convertirme en una profesional con ética, deseo que la culminación de este trabajo sea un ejemplo de que la oportunidad de estudio hay que aprovecharla al máximo, y también compartir con él la importancia de establecer metas en la vida, ya que las decisiones en el trayecto se vuelven menos complicadas si se trabaja con humildad, esfuerzo, dedicación y perseverancia así la meta culminada es mucho más satisfactoria. iv AGRADECIMIENTOS En primer lugar agradezco a Dios por brindarme salud y vida para culminar este trabajo. A mis padres por su apoyo incondicional en mis decisiones tanto profesionales como personales. A mi familia, mi hijo y mi esposo, que han sido la inspiración para cumplir esta meta importante desde que inicie mi vida universitaria. A la Universidad Tecnológica Equinoccial, en especial a los docentes de la carrera Ingeniería de Alimentos que me acompañaron en todo el trayecto de la carrera, ya que cada una de sus clases fueron importantes para crecer profesional y personalmente. A la empresa “La Industria Harinera S.A”, por abrirme las puertas y dejarme haber sido parte de su equipo de trabajo en el Departamento de Control de Calidad, en especial a la Ing. Erika Mosquera, quién ha compartido sus conocimientos y ha gestionado temas importantes relacionados con mi trabajo de titulación. A mi tutora la Ing. Gabriela Vernaza por su apoyo, dedicación y aporte intelectual en mi trabajo. A la Universidad Politécnica Nacional, en especial al Sr. Germán Romo, por su guía y por permitirme utilizar el Laboratorio de Pulpa y Papel en el cual pude realizar ciertos experimentos preliminares y los análisis a las muestras. v ÍNDICE DE CONTENIDOS PÁGINA RESUMEN vii ABSTRACT X 1. INTRODUCCIÓN 1 2. MARCO TEÓRICO 3 2.1 EL ARROZ 3 2.1.1 DEFINICIÓN 3 2.1.2 IMPORTANCIA MUNDIAL DEL CULTIVO DE ARROZ 3 2.1.3 EL CULTIVO DE ARROZ EN EL ECUADOR 4 2.1.4 COMPOSICIÓN DE NUTRIENTES 6 2.1.4.1 Almidón 2.1.4.1.1 Proceso de absorción 7 9 2.1.4.1.2 Proceso de gelatinización 10 2.1.4.1.3 Proceso “pasting” y cocido 11 2.1.4.1.4 Retrogradación o gelificación 13 2.1.4.2 Proteínas 15 2.1.4.3 Lípidos 17 i PÁGINA 2.1.5 HARINA DE ARROZ 2.2 ENVASES COMESTIBLES DE ALIMENTOS 2.2.1 PAPEL COMESTIBLE 17 18 19 2.2.1.1 Papel de azúcar 20 2.2.1.2 Papel de arroz 20 2.2.2 RECUBRIMIENTO COMESTIBLE 21 2.2.3 PELÍCULA COMESTIBLE 22 2.2.3.1 Componentes de las películas comestibles 22 2.2.3.1.1 Almidones 24 2.2.3.1.2 Carboximetilcelulosa (CMC) 24 2.2.4 PROCESO DE ELABORACIÓN 25 2.2.5 ADITIVOS 25 2.2.5.1 Plastificantes 2.2.5.1.1 Sorbitol 2.3 ALMIDÓN DE PAPA 2.3.1 APLICACIONES 3. METODOLOGÍA 3.1 OBTENCIÓN DE LA HARINA DE ARROZ 3.1.1 CARACTERIZACIÓN DE LA HARINA DE ARROZ 3.2 ELABORACIÓN DEL PAPEL COMESTIBLE 26 26 27 28 29 29 30 31 ii PÁGINA 3.2.1 MATERIA PRIMA 31 3.2.2 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAPEL COMESTIBLE 31 3.3 DISEÑO EXPERIMENTAL 33 3.4 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS OBTENIDOS 35 3.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICO 36 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1 OBTENCIÓN DE LA HARINA DE ARROZ 4.1.1 CACTERIZACIÓN DE LA HARINA DE ARROZ 38 38 39 4.2 DISEÑO EXPERIMENTAL 40 4.3 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS OBTENIDOS 40 4.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO 41 4.4.1 CONTENIDO DE HUMEDAD 41 4.4.2 POROSIDAD 45 4.4.3 ESPESOR 47 4.4.4 GRAMAJE 50 4.4.5 RESISTENCIA A LA ROTURA 53 4.4.6 ELONGACIÓN 55 iii PÁGINA 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58 5.1 CONCLUSIONES 58 5.2 RECOMENDACIONES 60 BIBLIOGRAFÍA 61 ANEXOS 69 iv ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA Tabla 1. Composición de nutrientes en arroz integral y arroz pulido .............. 7 Tabla 2. Composición del papel de arroz .................................................... 21 Tabla 3. Características químicas del sorbitol ............................................. 27 Tabla 4. Métodos utilizados por Multianalytica para la caracterización fisicoquímica de la harina de arroz .............................................. 30 Tabla 5. Formulaciones de los tratamientos del primer diseño experimental AXB .......................................................................... 34 Tabla 6. Formulaciones de los tratamientos del segundo diseño experimental AXB .......................................................................... 35 Tabla 7. Métodos utilizados para la caracterización de las muestras de papel comestible........................................................................... 36 Tabla 8. Merma en el proceso de obtención de harina de arroz .................. 38 Tabla 9. Parámetros físico químicos de la harina de arroz, comparados con especificaciones según la norma mexicana NMX-F-1601982 .............................................................................................. 39 Tabla 10. Resultados de análisis de los tratamientos con adición de sorbitol ........................................................................................ 40 Tabla 11. Resultados de análisis de los tratamientos con adición de CMC .......................................................................................... 41 Tabla 12. Tratamientos que no presentaron diferencias significativas y los que mostraron resultados similares con el control. ................ 57 v ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA Figura 1. Producción y superficie mundiales de arroz y exportaciones de arroz de los principales exportadores ............................................ 4 Figura 2. Producción y exportación de arroz pulido de Ecuador.................... 5 Figura 3. Distribución de los principales constituyentes del arroz integral o pardo empleando un molino abrasivo tangencial ....................... 6 Figura 4. Presentación básica de la amilosa (a) y amilopectina (b) ............... 8 Figura 5. Viscosidad del almidón vs. Tiempo .............................................. 13 Figura 6. Cambios de los gránulos del almidón ........................................... 15 Figura 7. Distribución de las proteínas del arroz ......................................... 16 Figura 8. Diagrama de flujo de la obtención de harina de arroz .................. 29 Figura 9. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de papel comestible a partir de almidón de papa y harina de arroz. .......... 32 Figura 10. Humedad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de sorbitol ................................................................ 42 Figura 11. Humedad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de CMC. ................................................................... 44 Figura 12. Porosidad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de sorbitol. ............................................................... 45 Figura 13. Porosidad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de CMC. ................................................................... 47 Figura 14. Espesor de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol ........................................................................................ 48 Figura 15. Espesor de las diferentes muestras de papel comestible con CMC ........................................................................................... 49 Figura 16. Gramaje de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol. ....................................................................................... 51 Figura 17. Gramaje de los diferentes tratamientos de papel comestible adicionados CMC. ....................................................................... 52 vi PÁGINA Figura 18. Resistencia a la rotura de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol. ............................................................... 53 Figura 19. Resistencia a la rotura de las diferentes muestras del papel comestible con CMC. .................................................................. 54 Figura 20. Elongación de las muestras de papel comestible con sorbitol. ... 55 Figura 21. Elongación de las muestras de papel comestible con CMC ....... 56 vii ÍNDICE DE ANEXOS PÁGINA ANEXO 1. Obtención de harina de arroz .................................................... 69 ANEXO 2. Elaboración del papel comestible ............................................... 70 ANEXO 3. Tratamientos obtenidos y sus análisis ........................................ 71 ANEXO 4. Papel comercial "control" y papel elaborado "5c" ....................... 72 ANEXO 5. Certificado de análisis del almidón de papa ............................... 73 ANEXO 6. Informe de resultados de la harina de arroz ............................... 74 ANEXO 7. Anova multifactorial para la humedad en tratamientos con sorbitol .................................................................................... 75 ANEXO 8. Anova multifactorial para la humedad en tratamientos con CMC ....................................................................................... 75 ANEXO 9. Anova multifactorial para la porosidad en tratamientos con sorbitol .................................................................................... 76 ANEXO 10. Anova multifactorial para la porosidad en tratamientos con CMC ....................................................................................... 76 ANEXO 11. Anova multifactorial para el espesor en tratamientos con sorbitol .................................................................................... 77 ANEXO 12. Anova multifactorial para el espesor en tratamientos con CMC ....................................................................................... 77 ANEXO 13. Anova multifactorial para el gramaje en los tratamientos con sorbitol .................................................................................... 78 ANEXO 14. Anova multifactorial para el gramaje en los tratamientos con CMC ....................................................................................... 78 viii RESUMEN El desarrollo de nuevos productos no solo busca la creación de alimentos saludables, sino también productos con aplicaciones necesarias e interesantes para el consumidor, por ejemplo, el reemplazo de un pirotín de papel común que envuelve a un pastelito o bocadillo, por un pirotín comestible. El objetivo de este trabajo fue obtener harina de arroz (Oryzae sativa L.) y aplicarla en la elaboración de papel comestible para la empresa La Industria Harinera S.A. La obtención de la harina de arroz se realizó a partir de arrocillo utilizando un molino de martillos, el rendimiento alcanzado fue del 80%, la misma que fue realizada la caracterización físico química. Para elaborar el papel comestible, se utilizó un porcentaje de harina de arroz, almidón de papa y se adicionó un aditivo para mejorar la flexibilidad del papel comestible. Se realizaron dos diseños experimentales AXB. El primer diseño estuvo comprendido por las siguientes variables: La combinación de harina de arroz y almidón de papa con tres niveles (75:25; 50:50; 25:75) y la cantidad de sorbitol con dos niveles (0.5g y 1g), el segundo comprendido por las mismas combinaciones de Harina de arroz: Almidón de papa y dos cantidades de CMC (Carboximetilcelulosa) (0.25g y 0.5g). Los tratamientos con sorbitol fueron nombrados como, 1s, 2s, 3s, 4s, 5s y 6s y los que contenían CMC como, 1c, 2c, 3c, 4c, 5c y 6c. Se compararon los resultados de humedad, espesor, gramaje y porosidad con el control (papel comercial), aplicando un Anova simple con el fin de encontrar el tratamiento que no posea diferencias significativas con el control. El tratamiento “5c” (25% harina de arroz, 75% almidón de papa y 0.25g de CMC) no presentó diferencias significativas con el control, resultando características similares, con humedad de 0.043%; porosidad 2.50s; espesor 0.39mm y gramaje 81.63kg/m. En cuanto a los análisis de resistencia a la rotura y elongación fue el mismo tratamiento que se aproxima a los resultados del control con valores de resistencia a la rotura 19.29kg/cm2 y elongación 1.0%. ix ABSTRACT The development of new products not only seeks to create healthy food, but attractive products that contain an interesting added value; for example, replace a common baking cup containing a cake for edible baking cup. The aim of this work was to obtain rice flour (Orizae sativa L.) and apply for the elaboration of edible paper for La Industria Harinera S.A. First, the rice flour was obtained from a sub product from rice milling through a hammer mill with an 80% yield. It was characterized physically and chemically. For the elaboration of the edible paper, a combination of rice flour and potato starch was used and a quantity of additive was added in order to improve product flexibility. Two experimental designs were conducted. The first design was comprised of the following variables: the combination of rice flour and potato starch with three levels (75:25, 50:50, 25:75) and the amount of sorbitol with two levels (0.5g and 1g) and the second design formed by the same combinations of rice flour and potato starch and the amount of CMC (carboxymethylcellulose) with two levels (0.25g and 0.5g). Six treatments for each design were developed, twelve experiments total. Treatments adding sorbitol were named as follows 1s, 2s, 3s, 4s, 5s and 6s and treatments with added CMC thus designated 1c, 2c, 3c, 4c, 5c and 6c. Separately it was made a comparison of the results of moisture, thickness, weight and porosity with the model (commercial paper), using the simple analysis of variance in order to find the samples that do not have significant differences with control. Treatment "5c" (25% rice flour, potato starch 75% and 0.25g of CMC) did not showed significant differences with control, because the characteristics maintained similar results; humidity 0.043%; porosity 2.50s; thickness 0.39mm and weight 81.63kg/m. Regarding to the analysis of breaking strength and elongation, the same treatment was the one that can be compare to control, with the following results, breaking strength 19.29kg/cm², and elongation 1.0%. x 1. INTRODUCCIÓN 1 1. INTRODUCCIÓN El papel de arroz se originó en Au Lac (Vietnam) una ciudad ubicada en el sudeste asiático, al final del siglo XVIII cuando el emperador Quang Trung lo usó para aprovisionar a sus tropas, después se descubre su versatilidad y se empieza a usarlo para crear varios platos según gustos o ingredientes disponibles, también lo conocen como “bánh tráng” (Supreme master tv, 2011). El papel de oblea es otro nombre para el papel de arroz, fue creado en Asia para escribir, hacer adornos y comerlo, existen dos tipos de papel de oblea, comestibles y no comestibles, el primero es ligeramente translúcido y puede ser utilizado para hacer elegantes decoraciones para pasteles y algo de comida vietnamita, el segundo se lo hace de bambú, plantas y arroz (Jophiel, 2013). Las películas y recubrimientos comestibles son términos diferentes por su forma de obtención pero su composición es similar ya que se lo hace a partir de lípidos (ceras), hidorocoloides (polisacáridos o proteínas) o mezclas de varios compuestos (Catarina Udlap, 2009). El desarrollo de nuevos productos va tan lejos que mediante modificaciones, se han creado almidones con características únicas y específicas a las necesidades de cada aplicación, las principales modificaciones químicas son la estabilización y el entrecruzamiento o ambas, y el grado de modificación de cada una de ellas determinarán la funcionalidad específica del almidón dentro del producto (Starch Food Innovation México, 2009). Otro tipo de modificación son los llamados almidones nativos funcionales, o en ocasiones llamados físicamente modificados, son almidones nativos que, con procesos especializados que sólo emplean presión y temperatura, alteran las propiedades de los almidones, brindando así la misma 1 funcionalidad que un almidón modificado químicamente, pero con la ventaja de ser 100% naturales (Starch Food Innovation México, 2009). La política empresarial de La Industria Harinera S.A. posee como característica fundamental impulsar, la investigación y el desarrollo de nuevos productos que se caractericen por su calidad y por la incorporación de un alto valor agregado , como resultado de ello en los últimos años ha incursionado en el campo de la pastelería y galletería, ofreciendo a sus clientes una amplia gama de premezclas para tortas, galletas, pancakes así como productos integrales cuyo objetivo es facilitar la elaboración al consumidor final y presentar una oferta de aplicaciones útiles para el hogar o industria panadera (La Industria Harinera S.A, 2013). Objetivo principal Obtener harina de arroz (Oryzae sativa L.) y aplicarla en la elaboración de papel comestible para la empresa La Industria Harinera S.A. Objetivos específicos Obtener y caracterizar la harina de arroz. Elaborar el papel comestible. Caracterizar los productos obtenidos. Escoger el mejor tratamiento de acuerdo a los resultados comparativos con las características del papel comercial. 2 2. MARCO TEÓRICO 3 2. MARCO TEÓRICO 2.1 EL ARROZ 2.1.1 DEFINICIÓN El arroz, Oryzae sativa L., es el grano que se ha convertido en el alimento básico de alrededor de la mitad de la población mundial, cuando está provisto de cáscara se denomina arroz paddy, generalmente se consume el arroz blanco el cual ha sido sometido al proceso de pulido, el grano tiene un alto contenido de carbohidratos por lo tanto brinda un aporte energético importante para los humanos además que es una buena fuente de tiamina, riboflavina, niacina y fibra dietética (Fast & Caldwell, 2005). 2.1.2 IMPORTANCIA MUNDIAL DEL CULTIVO DE ARROZ El arroz es el segundo cereal después del trigo en producción y uso para la alimentación. El 95% del total de la producción mundial de arroz se lleva a cabo en los países de China e India (Princiroli, 2010). La producción de arroz cáscara aumenta conforme pasan los años sobre todo en Asia, China, India, Pakistán, Filipinas, Indonesia, la República Islámica, República Islámica del Irán, Japón, Nepal, Sri Lanka, Tailandia, Camboya, la República Democrática Popular Lao y Myanmar, a continuación, en la Figura 1 se ilustra la producción y el área del arroz paddy (FAO, 2014). 3 Figura 1. Producción y superficie mundiales de arroz y exportaciones de arroz de los principales exportadores (FAO, 2014) 2.1.3 EL CULTIVO DE ARROZ EN EL ECUADOR El arroz es el cultivo más extenso del Ecuador por lo que es importante en temas sociales y productivos, la producción de arroz ocurre en las tierras bajas de la costa, en las zonas que se inundan durante la época de lluvias (temporada de noviembre a abril) y permanece húmedo durante el verano (temporada de mayo a septiembre). Por lo tanto, la falta o exceso de lluvia es un factor determinante para el volumen de producción. La cosecha más grande se registra al final de la temporada de lluvias (mayo a junio). Durante el verano, disminuye la producción (Vega, 2013). El área cultivada de arroz en el Ecuador es de 324.875 hectáreas, el 53.6% en la provincia del Guayas, el 38% en la provincia de Los Ríos, el 3.6% de la superficie se cultiva en los valles cálidos de la Sierra y Amazonía y el 8.4% en otras provincias de la Costa (Aguirre, 2011). Las siembras iniciales en nuestro país se realizaron con materiales criollos y variedades introducidas de Colombia, como la Orizica 1 (INIAP, 2012). 4 Se espera que la producción de arroz pulido de Ecuador en la campaña 2012-2013 (abril a marzo) aumente a alrededor de 775.000 toneladas, y en el periodo 2013 al 2014, se prevé que aumente a 790.000 TM, la producción ha ido en constante aumento, sin embargo, la producción depende de las condiciones climáticas y si éstas son malas podrían afectar los rendimientos, en la Figura 2, indica las producciones y exportaciones de arroz pulido en nuestro país desde el año 2002 al 2012 (Vega, 2013). Figura 2. Producción y exportación de arroz pulido de Ecuador (Vega, 2013) Ecuador ha sido tradicionalmente un exportador a países andinos como Colombia, Perú y ocasionalmente a Venezuela, las exportaciones a Colombia presentaron un aumento en el periodo 20012/2013 debido a los altos precios internos y no se exportó a Venezuela (Vega, 2013). Ecuador también está experimentando un aumento en el rango de variedades de arroz que estén disponibles para la compra. Entre las variedades que se quisiera incluir son el arroz basmati, arroz salvaje, risotto, y el arroz de sushi, las cantidades importadas aún son muy limitadas (Vega, 2013). 5 2.1.4 COMPOSICIÓN DE NUTRIENTES La distribución de nutrientes entre el arroz integral (pardo) y el arroz elaborado (pulido), no son idénticos, a continuación en la Figura 3 se puede apreciar cómo está distribuido el grano en cuánto a almidón, fibra, cenizas, grasas y proteínas (Bienvenido, 1994). Figura 3. Distribución de los principales constituyentes del arroz integral o pardo empleando un molino abrasivo tangencial (Bienvenido, 1994) El proceso de pulido de arroz, empieza por retirar la cáscara por abrasión o fricción y obtener arroz elaborado, esto determina una pérdida de grasa, proteína, fibra cruda, cenizas, tiamina, riboflavina, niacina y alfa-tocoferol, en cambio los carbohidratos disponibles, sobre todo el almidón, abundan más en el arroz elaborado que en arroz integral o pardo como lo muestran los datos presentados en la Tabla 1 (Hernández & Sastre, 1999). 6 Tabla 1. Composición de nutrientes en arroz integral y arroz pulido Humedad (%) Proteína (%) Grasa (%) Fibra cruda (%) Cenizas (%) Almidón (%) Energía (Kcal/100g) Arroz integral Arroz pulido 12 7.5 1.9 0.9 1.2 77.4 360 12 6.7 0.4 0.3 0.5 80.4 363 (Hernandez & Sastre, 1999) 2.1.4.1 Almidón El almidón es el principal elemento constitutivo del arroz elaborado pues alcanza el 74.6%-88% de la materia seca, siendo el cereal con mayor porcentaje de almidón, la forma del mismo es poliédrico con un diámetro de 3-8µm, es el gránulo más pequeño entre la cebada, maíz, avena y trigo (Fast & Caldwell, 2005). El almidón es un polisacárido, pero más específicamente es la mezcla de dos: la amilosa y la amilopectina. Ambas son cadenas formadas por unidades de glucosa, lo que les diferencia es la ubicación de los enlaces químicos y las ramificaciones, la relación de estas en el gránulo del almidón determina las características y funcionalidad del almidón nativo, otro factor determinante en cuanto a funcionalidad es el origen del almidón y modificaciones posteriores, los cuales estos últimos, han tenido una buena acogida en procesos industriales, por la variedad de aplicaciones que tiene (Starch Food Innovation México, 2009). Obregón (2010) indica que la amilosa es una molécula esencialmente lineal que contiene aproximadamente 99% enlaces α, 1-4, y aproximadamente 1% α, 1-6, lo que da lugar a una cadena lineal teóricamente ya que en la práctica existen algunas sustituciones iguales a las de la amilopectina. 7 El peso molecular de la amilosa es de aproximadamente 1x105 a 1x106, y cada cadena de dicho polisacárido está en el orden de 1000 unidades de glucosa de longitud (Delcour & Carl, 2010). La amilopectina tiene un peso molecular de aproximadamente 1x107 a 1x109, es más pesada que la amilosa y esta abundantemente ramificada con aproximadamente 95% α,1-4 y aproximadamente el 5% α, 1-6, su cadena promedian de 2-120 unidades de anhidroglucosa (Delcour & Carl, 2010). En la Figura 4 se puede identificar de forma gráfica a la amilosa y amilopectina. Figura 4. Presentación básica de la amilosa (a) y amilopectina (b) (Delcour & Carl, 2010) Solamente la amilosa forma un gel, los almidones con un alto porcentaje de amilopectina espesarán una mezcla pero no formarán un gel porque a diferencia de la amilosa, las moléculas de amilopectina no se asocian y forman enlaces químicos (Starch Food Innovation México, 2009). Durante la cocción la amilopectina absorbe mucha agua y es en gran parte la responsable de la hinchazón de los gránulos de almidón, los gránulos ricos en amilopectina son más fáciles de disolver en el agua, que los que contienen mucha amilosa, las moléculas de amilopectina no tienen tendencia 8 a la recristalización y poseen un elevado poder de retención de agua (Barrera, Tapia, & Monteros, 2004). El índice de absorción de agua (IAA), el índice de solubilidad en agua (ISA) y el poder de hinchamiento son determinados por gravimetría a partir de 2.5g de muestra (Barrera et al., 2004). La amilosa está presente, en almidones regulares con un porcentaje del 1833% de la fracción de hidratos de carbono, con la excepción del almidón de arroz, su contenido de amilosa es muy variable, en almidones regulares de una sola especie de arroz (Delcour & Carl, 2010). Fast & Caldwell (2005) indicaron que mayoritariamente el arroz contiene de 14% a 32% de amilosa. Se ha descubierto que en el maíz, el sorgo, el arroz, la cebada y el trigo, los mutantes que tienen almidones, con esencialmente el 100% de amilopectina, se denominan “almidones cerosos” y los cereales que los contienen se denominan maíz ceroso, cebada cerosa, etc, pero también se han descubierto almidones con niveles altos de amilosa con un contenido de 70% (Delcour & Hoseney, 2010). El almidón cambia sus características químicas y físicas al someterlo en agua, al calentarlo, al enfriarlo, con la ventaja de que serán aplicables a diferentes alimentos para que cumplan funciones requeridas (Delcour & Hoseney, 2010). 2.1.4.1.1 Proceso de absorción Los gránulos de almidón nativo en suspensión acuosa a temperatura ambiente sometidos por un tiempo presentan una hinchazón reversible mediante la absorción de agua en las regiones amorfas de los anillos de crecimiento, este contenido de agua en el gránulo aumenta con el tiempo de 9 10-14% a aproximadamente 30%, las propiedades de birrefringencia que significa una formación de una cruz de malta en el almidon no cocido observado mediante un microscopio electrónico no se ven afectados (Fast & Caldwell, 2005). 2.1.4.1.2 Proceso de gelatinización La temperatura de gelatinización (TG) final de los gránulos de almidón se refiere a la temperatura del agua a la que por lo menos el 90% de los gránulos amiláceos se han gelatinizado o han perdido birrefringencia o se han hinchado irreversiblemente en agua caliente (Bienvenido, 1994). La gelatinización es un evento que ocurre gránulo por gránulo, variando según la naturaleza del almidón cuando pierden su polarización cruzada, los almidones de diferentes cereales varían ampliamente en sus propiedades de gelatinización (Delcour & Hoseney, 2010). Cuando la temperatura aumenta a 50°C, provoca un aumento de hinchamiento de los gránulos, pero si aumenta más la temperatura se hinchan aún mas, en ese momento ocurre un fenómeno de plastificar o ablandar la matriz vítrea amorfa que se denomina como “transición vítrea” permitiendo que exista una mayor penetración de agua en el gránulo acompañada de una rápida hinchazón (Fast & Caldwell, 2005). El almidón de arroz y el de avena difieren muy ampliamente en sus propiedades de gelatinización, el almidón de arroz gelatiniza a una temperatura más alta (50% de gelatinización a aproximadamente 70°C), mientras que el almidón de avena a una temperatura relativamente baja (50% de gelatinización a aproximadamente 55°C) (Delcour & Hoseney, 2010). 10 La gelatinización es un proceso irreversible, que destruye el orden molecular del almidón y afecta a todos los niveles estructurales, estas propiedades se las puede apreciar mediante técnicas experimentales como amilografía, viscoanálisis, calorimetría diferencial de barrido y microscopía óptica, siendo las dos primeras ampliamente utilizadas para predecir la funcionalidad del almidón (Delcour & Hoseney, 2010). La viscosidad relativa se determina con un amilografo o un rapid visco analyser, el cual mide un sistema de almidón y agua, que se somete a un calentamiento controlado, teniendo un periodo de mantenimiento a una temperatura constante y luego un enfriamiento controlado, distinguiendo tres regímenes de concentración de almidón , el primero es muy diluida, el segundo es diluida, el tercero es el regimen concentrado (Delcour & Hoseney, 2010) 2.1.4.1.3 Proceso “pasting” y cocido A medida que aumenta la temperatura se presentan diferentes cambios en los gránulos de almidón, presentando eventos durante el calentamiento, después de la gelatinización ocurre otro tipo de evento conocido como “pasting”, un calentamiento continuo en exceso de agua da lugar a un mayor aumento de la viscosidad, el aumento de la viscosidad que se produce cuando el almidón se calienta en agua es el resultado de la absorción de agua y la hinchazón sustancialmente, con el calentamiento continuo, el gránulo se distorsiona y el almidón soluble (amilosa) se libera en la solución, en el exceso de agua el gránulo no es completamente soluble hasta una temperatura en exceso de 120° C, en conclusión completar el evento “pasting” o completar la solubilización del almidón no ocurriría (Delcour & Hoseney, 2010). 11 La temperatura no puede ser superior a 100°C o cuando empiece a hervir, mediante instrumentos experimentales llega a 95°C y se puede mantener con agitación continua, en este evento el almidón se dice que es “cocido”, produciendo poco cambio en el almidón no soluble, lo que no se puede conocer exactamente es, si la solubilización está controlada por temperatura y parece que no por la interacción de tiempo y temperatura, un almidón a una temperatura específica durante un período de tiempo no aumenta su solubilidad (Delcour & Hoseney, 2010). A continuación en la Figura 5, se ilustra un pico de viscosidad denominado “pico de inflamación”, mientras que los gránulos permanecen intactos, ya que absorben agua y amilosa de liberación, que aumentan la viscosidad relativa del sistema, sin embargo después de un tiempo determinado como muestra la figura a continuación, dicha viscosidad disminuye notablemente, causada por las moléculas de almidón solubles por la agitación, así como por la destrucción inducida por cizallamiento de los gránulos hinchados, este fenómenos es conocido como “enrarecimiento de cizalladura”, propiedad importante de las pastas de almidón aplicado en diferentes industrias de alimentos por ejemplo si se quisiera hacer una sopa espesa, no se debe agitar en exceso o bombear la pasta a través de una tubería ya que se produciría el cizallamiento resultando una viscosidad baja (Delcour & Hoseney, 2010). 12 Figura 5. Viscosidad del almidón vs. Tiempo (Delcour & Hoseney, 2010) 2.1.4.1.4 Retrogradación o gelificación Después del periodo de cocción a 95°C, el amilógrafo u otros procedimientos de viscoanalisis rápidos incluyen un enfriamiento controlado, tal enfriamiento da lugar a un rápido aumento de su viscosidad, lo que se conoce como “retroceso”, este fenómeno es causado por una disminución de la energía en el sistema que permite que más de hidrógeno entre en las cadenas de almidón formando un gel denominado como un sistema líquido que tiene las propiedades de un sólido, algunos ejemplos comunes son las gelatinas, rellenos de pasteles y pudines. En los geles una pequeña cantidad de material sólido controla una gran cantidad de agua, es increíble que el agua no se escape de los geles se cree que son por las fuerzas de los enlaces de hidrogeno (Delcour & Hoseney, 2010). El efecto de nivel de agua es atribuible a la plastificación de las regiones amorfas del gránulo de almidón (Fast & Caldwell, 2005). 13 Durante el almacenamiento, el almidón gelatinizado se somete a un proceso llamado “retrogradación”, se entiende que el almidón recobraría cristalinidad, hablando por supuesto solo de las moléculas de amilopectina, por lo tanto este término debe ser utilizado solo para la cristalización de la amilopectina, bajo ciertas condiciones la amilosa también puede cristalizar (Delcour & Hoseney, 2010). Delcour & Hoseney (2010) indican que la concentración de almidón, la temperatura, y la cizalladura aplicados durante las etapas anteriores a la fase de enfriamiento se determina la estructura de la suspensión de almidón, y varía por los siguientes factores: Gránulos hinchados sin una fase continúa de gel de amilosa fuera de los gránulos, en este caso se tiene como resultado una pasta con propiedades de flujo en lugar de un gel. Gránulos hinchados dispersos en una fase continua de gel de amilosa lixiviado (dispersión macromolecular de la amilosa y amilopectina) A continuación en la Figura 6 se puede apreciar en resumen, los cambios de los gránulos que se producen en una mezcla almidón y agua durante el calentamiento, enfriamiento y almacenamiento (Delcour & Hoseney, 2010). 14 Figura 6. Cambios de los gránulos del almidón (Delcour & Hoseney, 2010) I: Gránulo de almidón nativo. II: La gelatinización (pérdida de birrefringencia asociada con la fusión de cristal): hinchazón; IIa: lixiviación de amilosa y la interrupción gránulo parcial; IIb: lo que resulta en la formación de una pasta de almidón. III: Retrogradación: IIIa: Formación de una red de amilosa (gelificación) durante el enfriamiento de la pasta de almidón; IIIb: Formación de moléculas de amilopectina ordenados o cristalino. 2.1.4.2 Proteínas Las proteínas del arroz contribuyen a la altura de pico y contribuyen a la viscosidad final (Fitzgerald, Martin, Ward, Park, & Shead, 2003). La proteína está presente principalmente en forma de compuestos proteínicos esféricos de 0.5-4um de tamaño en todo el endospermo, pero los 15 compuestos proteínicos cristalinos y los esféricos pequeños se hallan localizados en la subaleurona. Los compuestos proteínicos esféricos grandes corresponden a los compuestos proteínicos I (CPI) y los cristalinos son idénticos a los compuestos proteínicos II (CPII). Tanto los CPI como los CPII se hallan distribuidos en todo el endospermo del arroz, como se indica en la Figura 7 (Bienvenido, 1994). Figura 7. Distribución de las proteínas del arroz (Bienvenido, 1994) Las proteínas en el endospermo (arroz elaborado) en mayor cantidad es la glutelina con 84% respecto a la proteína total, 9% de prolamina y un 7% de albúmina mas globulina. El contenido de lisina es del 3.5 al 4% uno de los más altos entre las proteínas de los cereales, en el arroz pulido se pierde cierto porcentaje de proteína a comparación del arroz integral (Bienvenido, 1994). La calidad nutricional de las proteínas de arroz es sólo inferior a la avena y supera a la del trigo y maíz. Son hipoalergérnicas y poseen propiedades anticancerígenas, por lo que el arroz es considerado un alimento funcional (Princiroli, 2010). 16 2.1.4.3 Lípidos El contenido de lípidos o grasa en el arroz se halla principalmente en la fracción del salvado (20% en seco), también se halla presente de un 1.5 a un 1.7% en el arroz elaborado, sobre todo como lípidos no amiláceos. Los principales ácidos grasos son el linoleico, el oleico y el palmítico. Los lípidos amiláceos son principalmente lípidos monoacílicos (ácidos grasos y lisofosfátidos) compuestos con amilosa (Bienvenido, 1994). Complejos de almidón-lípidos pueden enmascarar las diferencias en las estructuras moleculares de amilosa y amilopectina, y la eliminación de los lípidos altera la estructura de la pasta de manera significativa, que por lo tanto altera curvas de viscosidad (Fitzgerald et al., 2003). 2.1.5 HARINA DE ARROZ Se entiende por harina de arroz, al producto que se obtiene por molienda y tamizado de granos de arroz (Oryzae sativa L.), sanos, limpios, enteros o quebrados, sin cáscara, libre de impurezas y materia extraña que alteren su calidad, este productos requiere conocimiento posterior para su uso (NMXF-160-1982, 1982). “La harina de arroz es un material de almidón de bajo costo” (Dias, Müller, Larotonda, & Joao, 2010), se obtiene a partir granos enteros o quebrados los mismos son molidos y tamizados en harina, la viscosidad, temperatura de gelatinización y otras características varían según el tipo de arroz, el tipo de arroz debe coincidir con la aplicación (USA Rice Federation). En Japón se utiliza los arroces glutinosos y no glutinosos tanto crudos como gelatinizados, y se procesa mediante diferentes procesos como aplanado, machacado, elaborado mecánico, elaborado con piedra, elaborado en un 17 molino lateral de acero, elaborado en húmedo en un molino de piedra (Bienvenido, 1994). La harina de arroz no es muy higroscópico por lo tanto se usa en recubrimientos crujientes, cereales crujientes y galletas, como agente de polvo para masas, alimentos dirigidos a personas intolerantes al gluten (celíacos), alimentos para bebés, aperitivos extruidos, pastas, bebidas de malta, como agentes de formación de polvo para alimentos congelados de panadería y pastas, para espesar sopas, salsas, postres, para uso en panificación no es aconsejable ya que la falta de gluten provoca graves problemas en elaboración de la masa, la calidad del producto, sensación en la boca y sabor (USA Rice Federation). 2.2 ENVASES COMESTIBLES DE ALIMENTOS Durante siglos atrás se utilizaban como recubrimientos comestibles, la cera con aplicaciones a diversas frutas para prevenir la pérdida de humedad y para crear una superficie de la fruta brillante con fines estéticos, el término película y recubrimiento comestible con aplicaciones a diversos alimentos, se han desarrollado en los últimos 50 años (Pavlath & Orts, 2006). Debido a que las películas son tanto componentes del alimento como empaques del mismo, deben tener buenas cualidades sensoriales, alta eficiencia mecánica y de barrera, estabilidad bioquímica, fisicoquímica y microbiana, ser seguros para la salud, utilizar una tecnología simple, no tener contaminantes, ser de bajo costo tanto en materiales como en procesos, su uso debe reducir desechos y la contaminación ambiental, debe mejorar propiedades organolépticas, mecánicas y nutricionales de alimentos (Catarina Udlap, 2009). 18 La tecnología de la formación de la película, las características de los disolventes, agentes plastificantes, efectos de la temperatura, velocidad de la evaporación del disolvente, la operación de revestimiento y las condiciones de uso de la película (humedad relativa, temperatura) también pueden modificar sustancialmente las propiedades finales (Guilbert, Gontard, & Cuq, 2006). El uso de materiales comestibles para alimentos recubiertos no sólo puede mantener la calidad de los alimentos frescos, extender la vida útil, mejorar la seguridad de los alimentos y las características sensoriales, también se pueden utilizar como el portador de los ingredientes activos (Xiangyou, Congcong, & Zhanli, 2011). Una cadena de restaurantes en Brasil, ha publicitado un envoltorio comestible para hamburguesas para que sus clientes lo consuman sin retirar el papel (Peru.com, 2013). 2.2.1 PAPEL COMESTIBLE El papel comestible es aquel que puede ser consumido con seguridad por las personas, existen papeles comestibles obtenidos de diferentes procesos, provenientes de diferentes fuentes generalmente de almidones y azúcar (Wise Geek, 2012). Estudios recientes han elaborado un papel comestible de almidón de plátano para diferentes usos, se lo obtiene a partir de una pasta cremosa, acidificada con vinagre de la misma fruta, se elimina el agua sobre un plato de hierro colado caliente, como resultado se obtiene una película, se extrae con un rodillo, y se deja reposar sobre una malla a ambiente natural o enfriado por una corriente de aire (Gómez, 2012). 19 2.2.1.1 Papel de azúcar La impresión de imágenes con tinta comestible sobre esta clase de papel tiene una buena definición debido a su superficie lisa y brillosa (V.T., 2014). 2.2.1.2 Papel de arroz Existen dos tipos de papel de arroz se diferencian en su proceso de obtención y las aplicaciones. El papel de arroz usado especialmente en Viet Nam, Tailandia y Taiwan (China) se prepara tradicionalmente con harina elaborada en húmedo empleando un molino de piedra o de metal partiendo de granos quebrados de arroz con un bajo contenido de grasa, un contenido aparente de amilosa alto y una dura consistencia de gel, el proceso comienza colocando la pasta de arroz con una cuchara honda y plana sobre una gasa tensa colocada encima de una caldera de vapor, luego la pasta se extiende por toda la superficie mediante un movimiento circular del cucharón y se cuece al vapor hasta que gelatinice, se saca luego la lámina con un rodillo, se extiende en una bandeja de bambú con ranuras para el secado, se usan para envolver comida (Bienvenido, 1994). El papel de arroz o papel de oblea es a base de almidón, no tiene sabor, es menos flexible que el papel de azúcar y una baja nitidez en impresiones de imágenes, cuenta con un lado liso y un lado áspero, este tipo de papel se disuelve en agua y se puede cortar como se requiera (V.T., 2014). El papel de arroz es una fina lámina obtenida clásicamente a partir de arroz y otros almidones (Wise Geek, 2012). 20 Existen dos tipos de obleas de arroz comestibles de acuerdo a su espesor, existen de 0.7 mm de grosor más rígido y menos flexible que el de 0.4 mm, este es más flexible pero más transparente (Papel de azúcar.com). Generalmente se lo usa para envolver alimentos pegajosos por lo que no se hacen un lío antes de ser consumidos, por lo tanto se lo puede pelar o comer junto con los dulces, y puede ser consumido por los celíacos (Wise Geek, 2012). La composición físico química del papel de arroz se muestran a continuación en la Tabla 2. Tabla 2. Composición del papel de arroz COMPOSICIÓN Valor Energético CONTENIDO 372 Kcal Proteínas 1% Carbohidratos 5% Grasa 1% Calcio 5 mg (Fototortas) 2.2.2 RECUBRIMIENTO COMESTIBLE Un recubrimiento comestible es una suspensión o una emulsión que se aplica directamente a la superficie de los alimentos, e inmediatamente se transforma en una película (Moncayo, Buitrago, & Algecira, 2011). 21 2.2.3 PELÍCULA COMESTIBLE La película comestible es una piel fina que se ha formado, a partir de una solución de biopolímero independientemente del alimento, lo que puede ser aplicado posteriormente (Moncayo et al., 2011). Estas pueden ser transparentes o de color lechoso (Pavlath & Orts, 2006). Hay muchos usos potenciales de películas comestibles como para envolver diversos productos, la protección individual de frutos secos, la carne y el pescado, el control de la transferencia de humedad interna de pizzas y empanadas (Guilbert et al., 2006). La mayoría de las películas no pueden ser utilizadas en productos con a >0.94 de actividad de agua, debido a que se degradan o disuelven con el contacto de humedad y pueden perder sus propiedades de barrera, al menos que la utilización de la película sea para una protección de corto tiempo o el alimento se congele inmediatamente (Catarina Udlap, 2009). 2.2.3.1 Componentes de las películas comestibles Los componentes de las películas comestibles pueden ser elaborados a base de: Lípidos: Se incluyen ceras naturales y surfactantes, la función principal es la de barrera contra el paso de humedad, generalmente son utilizadas para el recubrimiento de frutas y confitería, una desventaja es que puede ocurrir rancidez o la superficie se puede poner grasosa, antes de ser consideradas como películas se las conocía como simples cubiertas (Catarina Udlap, 2009). Hidrocoloides: Estas películas poseen buenas propiedades de barrera para el oxígeno, dióxido de carbono y lípidos, no sirven para controlar 22 la migración de vapor de agua, la mayoría de estas películas tienen propiedades mecánicas deseables para trabajar con productos frágiles, no aportan sabor y son sensibles al calentamiento, los hidrocoloides usados se clasifican en polisacarídos y proteínas (Catarina Udlap, 2009). Los hidrocoloides son polímeros de cadenas largas formados a partir de unidades repetidas de monosacáridos o disacáridos, unidos mediante enlaces glucosídicos, como resultado de la gran cantidad de grupos hidroxilo y restos hidrofílicos, los enlaces de hidrógeno tienen un papel importante en la formación de las películas comestibles (Arredondo, 2012). Los polisacáridos poseen propiedades como barrera a los gases y pueden adherirse a superficies de frutas y vegetales, una desventaja de este tipo de películas es que la propiedad de barrera a la humedad es muy baja debido a la naturaleza hidrofilica de las mismas, las fuentes principales son: derivados de la celulosa (metilcelulosa MC, hidroximetil celulosa HMC, hidroxipropil metilcelulosa HPMC y carboximetilcelulosa CMC), pectina, almidón, alginatos, quitosano, carragenina, gomas y mezclas (Durango, Soares, & Arteaga, 2011). Las proteínas se adhieren fácilmente a superficies hidrofílicas, las fuentes más comunes son caseína, zeína, soya, albúmina de huevo, lactoalbúmina, suero de leche, gluten de trigo y colágeno, una desventaja de este tipo de películas es su sensibilidad a los cambios de pH por lo que deben delimitarse a las condiciones óptimas de su formación (Catarina Udlap, 2009). Mezclas o sistemas multicomponentes: Se pueden hacer mezclas de polisacáridos, proteínas y/o lípidos con el objetivo de utilizar las distintas características funcionales (Catarina Udlap, 2009). 23 2.2.3.1.1 Almidones El uso del almidón puede ser interesante alternativa para filmes y revestimientos comestibles debido a su fácil procesamiento, bajo costo, abundancia, biodegradabilidad, comestibilidad, y fácil manipulación. Las principales fuentes de almidón utilizadas en la elaboración de filmes y revestimientos comestibles son el maíz, yuca, ñame (tubérculo nutritivo de climas cálidos), papa, trigo y otros (Durango et al., 2011). Algunos estudios han caracterizado el almidón de arroz y la harina de arroz a fin de definir sus propiedades fisicoquímicas, microscópicas y mecánicas. Se comprobó que las películas harina de arroz preparados tiene propiedades mecánicas similares a las de las películas a base de almidón, concluyendo que la preparación de películas comestibles de harina de arroz es una nueva alternativa para el uso como materia prima, es mucho más barato que los almidones comerciales (Dias et al., 2010). 2.2.3.1.2 Carboximetilcelulosa (CMC) Es un producto natural y polímero biodegradable, soluble en agua y posee excelentes propiedades de formación de película (Química Amtex, 1996). La carboximetilcelulosa (CMC) es un éter de celulosa que es soluble en agua y no tóxico, se podría mejorar el comportamiento añadiendo proteínas (Química Amtex, 1996). La carboximetilcelulosa (CMC) ha recibido una atención considerable por sus aplicaciones en frutas y vegetales como películas comestibles. Su carácter hidrofílico (absorbe agua), alta viscosidad en soluciones diluidas, buenas propiedades formadoras de película e inocuidad, han diseminado su uso en la industria alimentaria (Aguilar, Espinoza, Cruz, & Ramirez, 2012). 24 Las películas comestibles a base de CMC tienen características de flexibles, suaves, transparentes sin sabor y sin olor (Catarina Udlap, 2009). Se la usa para el engomado en la producción de textiles y posee un elevado grado de eficiencia y su empleo como único apresto o mezclado con almidones o con materiales sintéticos presenta varias ventajas importantes (Química Amtex, 1996). La CMC es un producto compatible con todos los demás productos de encolado tales como almidones nativos, almidones modificados (Química Amtex, 1996). 2.2.4 PROCESO DE ELABORACIÓN Los recubrimientos se obtienen de diversas maneras una de estas es sumergiendo el producto, este producto puede realizarse por cepillado o pulverización. Las películas comestibles, se aplican mediante la creación de un film de la solución a través de la termoformación para su posterior revestimiento de superficie de los alimentos (Pavlath & Orts, 2006). En la mayoría de los casos, tiene que ser añadido algunos plastificantes a la solución, de tal manera que no permite que la película comestible llegue a ser frágil, algunos plastificantes de grado alimenticio son glicerol, manitol, sorbitol y sacarosa (Pavlath & Orts, 2006). 2.2.5 ADITIVOS Los aditivos que se añaden a las películas comestibles pueden ser plastificantes, conservadores, surfactantes y emulsificantes (Catarina Udlap, 2009). 25 La influencia que tendrá en las propiedades de la película dependerá en el grado de concentración, en la estructura química, en el grado de dispersión en la película y en la interacción con los polímeros (Catarina Udlap, 2009). 2.2.5.1 Plastificantes Son substancias no volátiles con alto punto de fusión que cuando son adicionados a un material, mudan sus propiedades físicas y/o mecánicas, los más utilizados en la elaboración de filmes y revestimientos comestibles son el glicerol y el sorbitol, que actúan a nivel de los puentes de hidrógeno reduciendo las fuerzas intermoleculares a lo largo de las cadenas del polímero, mejorando en ellos sus propiedades mecánicas como flexibilidad, fuerza y resistencia, también pueden mejorar las propiedades de barrera al vapor de agua, a mayor concentración de plastificante en las películas comestibles menor la permeabilidad al vapor de agua (Durango et al., 2011). 2.2.5.1.1 Sorbitol Los polioles o azúcares alcohol están presentes en frutas y vegetales pero también son producidos industrialmente por hidrogenación catalítica de azúcares, reconociéndose químicamente tres categorías: alcoholes de monosacáridos como el sorbitol, manitol y xilitol; alcoholes de disacáridos como el maltitol, lactitol e isomaltosa; alcoholes de oligosacáridos como el maltotriol (Sarmiento, 2008). El sorbitol ha sido clasificado como azúcar alcohol hexahídrico, se encuentra frecuentemente en peras y ciruelas. Su estructura química y su naturaleza polialcohólica le otorgan excelentes propiedades: gran estabilidad térmica y química (no se pardea hasta temperaturas superiores a 180°C, es resistente 26 a ácidos y álcalis y no experimenta reacciones de Maillard), es un producto que mejora la humectancia, plasticidad, logrando una disminución de la actividad de agua, otorga estabilidad al calor y al pH, tiene efecto antioxidante, es veinte veces más soluble que el manitol y es toxicológicamente inocuo, su valor calórico es de 2.4 Kcal/g. (Sarmiento, 2008). Sus características químicas se detallan en la Tabla 3. Tabla 3. Características químicas del sorbitol Formula química C6 H14 O6 Peso molecular 182.17 g Densidad 0.68 g/cm3 Temperatura de fusión 95ºC Punto de ebullición 296ºC (Sarmiento, 2008) 2.3 ALMIDÓN DE PAPA Los gránulos de almidón de papa son grandes, produce pastas de alta viscosidad y un aspecto granulado sutil. El gel de almidón de papa tienen buena claridad, pero sufren el fenómeno llamado sinéresis como el almidón de maíz, sobre todo si se congela (BeMiller & Whistler, 2009). Tiene una humedad del 17-18%, 0.35% de cenizas, 0.1% de agua soluble, presenta trazas de nitrógeno y azúcares y cero grasas, en cuanto a características físicas es blanco puro y fino. (Bienvenido & Mitch, 2009). 27 Este almidón tiene típicamente 20% de amilosa, aunque actualmente se han desarrollado papas libre de amilosa (BeMiller & Whistler, 2009). Su viscosidad disminuye en continuo calentamiento y agitación (Bienvenido & Mitch, 2009). La propiedad importante de este tipo de almidón es una alta consistencia cuando se lo usa como pegante, la disminución de la viscosidad en un calentamiento adicional y agitación, también da lugar a una excelente formación de película flexible, cuenta con poder vinculante y su temperatura de gelatinización es baja (Bienvenido & Mitch, 2009). 2.3.1 APLICACIONES La modificación más común del almidón de papa es la pregelatinización para conseguir que en agua fría se disperse, este tipo de almidón se puede utilizar directamente en muchas aplicaciones, se utilizan en sopas, donde su alta viscosidad inicial dispersa eficazmente ingredientes durante el mezclado, eficaz en pudines instantáneos, agente espesante para rellenos de pasteles, y es un agente de espolvoreo utilizado junto con azúcar en polvo y para gomas de mascar (Bienvenido & Mitch, 2009). 28 3. METODOLOGIA 3 3. METODOLOGÍA El presente estudio se realizó en la Planta y Laboratorio de la empresa La Industria Harinera S.A, como primer paso se obtuvo la harina de arroz, luego fue utilizada como una de las materias primas en la elaboración del papel comestible. 3.1 OBTENCIÓN DE LA HARINA DE ARROZ La harina de arroz (Oryzae sativa L.), se obtuvo a partir de arrocillo comercial proveniente de piladoras de la costa ecuatoriana, en la Figura 8 se describe el proceso de obtención. Figura 8. Diagrama de flujo de la obtención de harina de arroz 29 El proceso inició con la recepción del arrocillo, seguido por la selección en donde, se separó impurezas como materiales extraños, y granos de diferente color. La molienda se realizó en un molino de martillos modelo TP-GM-A400 con una malla metálica perforada alternada de 1 mm de diámetro. Se tamizó utilizando una malla de tela con una abertura equivalente a 250µɱ, de tal manera que se obtuvo una harina más limpia y fina. Finalmente se empacó. 3.1.1 CARACTERIZACIÓN DE LA HARINA DE ARROZ Se realizó la caracterización fisicoquímica de la harina de arroz en un laboratorio certificado mediante los métodos descritos en la Tabla 4. Tabla 4. Métodos utilizados por Multianalytica para la caracterización fisicoquímica de la harina de arroz Análisis Método Humedad AOAC 947.05 Cenizas AOAC 923.03 Proteína AOAC 2001.11 Grasa AOAC 2003.06 Carbohidratos Fibra bruta Cálculo INEN 522 30 3.2 ELABORACIÓN DEL PAPEL COMESTIBLE 3.2.1 MATERIA PRIMA Para la elaboración del papel comestible se utilizó como principales ingredientes, harina de arroz obtenida en la planta de La Industria Harinera S.A y almidón de papa adquirido de la empresa Emsland group de Cuenca. Los aditivos usados fueron la carboximetilcelulosa (CMC) adquirido y sorbitol líquido. Los análisis físicos químicos del almidón de papa se detallan en la ficha técnica expedida por el proveedor en el Anexo 5. 3.2.2 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAPEL COMESTIBLE En la Figura 9 que se presenta a continuación, se describe el proceso para la elaboración del papel comestible. 31 Figura 9. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de papel comestible a partir de almidón de papa y harina de arroz. La harina de arroz se humectó por aproximadamente 3 horas a temperatura ambiente para lograr ablandar las partículas, se utilizó una proporción de 2:1 (agua; harina de arroz) posteriormente se licuó con una licuadora marca Osterizer por un tiempo de 15 minutos, esta mezcla se reservó y se la denominó como mezcla A. A continuación se realizó una combinación de almidón de papa, agua y el aditivo correspondiente (sorbitol o CMC), se utilizó una proporción de 4:1 (agua: almidón), esta mezcla se sometió al calor controlando hasta que la 32 temperatura alcance los 70 °C ± 2 °C, de tal manera de obtener un almidón gelatinizado al cual se le llamó mezcla B. Después se combinó la mezcla A y la mezcla B para obtener una pasta uniforme, inmediatamente se pesó una muestra de partida, la cual fue colocada en la plancha de calentamiento eléctrico de uso doméstico de marca OSTER adecuada en el taller de mantenimiento de La Industria Harinera S.A para poder obtener un producto con un espesor menor a 0.50mm. Antes de colocar la muestra de la pasta sobre la plancha, se lubricaron las dos placas de teflón con unas gotas de aceite. Una vez colocadas las mezclas sobre la plancha, se realizó la cocción de la pasta, a una temperatura de 175 °C, por un tiempo de 25 segundos y se retiró el papel comestible. Finalmente se pesó el papel obtenido, se eliminó irregularidades de los bordes con el objeto de dar una forma rectangular para facilitar las mediciones siguientes y se empacó. 3.3 DISEÑO EXPERIMENTAL Debido a la composición química de la harina de arroz que se encuentra comprendida de forma minoritaria de amilosa, se consideró necesario utilizar un almidón que contenga un mayor contenido de dicho componente ya que es la molécula que esta mayormente asociada con la capacidad para formar películas comestibles, otorgando mayor fuerza y flexibilidad, por esta razón se utilizó almidón de papa. Por lo tanto se define como primera variable independiente, la combinación de harina de arroz y almidón de papa en concentraciones de (75:25; 50:50 y 25:75). 33 Se decidió trabajar con sorbitol para mejorar la flexibilidad mediante la reducción de las fuerzas intermoleculares y movilizando las moléculas, dando plasticidad al material (Enriquez, Velasco, & Ortiz, 2012). En películas comestibles, utilizar un solo tipo de material puede presentar ciertos aspectos deseables, pero mostrar desventajas en otras áreas, por esta razón es acertado en algunas ocasiones mezclar compuestos para obtener las características requeridas, dependiendo de su formulación los componentes, aportarán propiedades diferentes, por lo tanto en el presente estudio, se usó otro polisacárido derivado de la celulosa llamado carboximetilcelulosa (CMC) (Dominguez & Jiménez, 2012). Después de haber probado con diferentes cantidades de los aditivos mencionados anteriormente, se optó en usar dos cantidades diferentes de cada insumo. El plastificante sorbitol se utilizó en cantidades de 0.5g y 1g, en el caso de la CMC se dosificó en cantidades de 0.25g y 0.5g. Se realizaron dos diseños experimentales AXB. El primer diseño tuvo como variable A, la combinación harina de arroz y almidón de papa con tres niveles (75:25; 50:50 y 25:75) y como variable B la cantidad de sorbitol con dos niveles (0.5g y 1g), resultaron seis tratamientos. Los tratamientos fueron codificados con números consecutivos y la letra inicial del aditivo “s”, como se detalla en la Tabla 5. Tabla 5. Formulaciones de los tratamientos del primer diseño experimental AXB Tratamientos Materia prima y aditivos 1s 2s 3s 4s 5s 6s Harina de arroz (%) 75 75 50 50 25 25 Almidón de papa (%) 25 25 50 50 75 75 Sorbitol (g) 0.5 1 0.5 1 0.5 1 34 El segundo diseño experimental, tuvo como variable A, la combinación harina de arroz y almidón de papa con tres niveles (75:25; 50:50 y 25:75) y la variable B fue la cantidad de CMC con dos niveles (0.25g y 0.5g). De igual forma, estos tratamientos fueron nombrados por un número consecutivo y la letra inicial del aditivo utilizado “c” como se detalla en la Tabla 6. Tabla 6. Formulaciones de los tratamientos del segundo diseño experimental AXB Tratamientos Materia prima y aditivos 1c 2c 3c 4c 5c 6c Harina de arroz (%) 75 75 50 50 25 25 Almidón de papa (%) 25 25 50 50 75 75 CMC (g) 0.25 0.5 0.25 0.5 0.25 0.5 También se incluyó una muestra de papel comercial codificada como el “control”, con el fin de compararla con cada uno de los tratamientos y determinar el tratamiento similar al control. 3.4 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS OBTENIDOS Los doce tratamientos obtenidos y la muestra “control”, fueron sometidos a los análisis propios del papel y de películas comestibles, cuyos resultados permitieron analizar que tratamiento realizado tiene similares características frente “control”, en la siguiente Tabla 7 se presentan los análisis que se realizaron junto a su método de referencia. 35 Tabla 7. Métodos utilizados para la caracterización de las muestras de papel comestible Análisis Método Humedad NTE INEN-ISO 287:2013 Porosidad TAPPI T 460-05-68. Método Gurley Espesor INEN 1399 Gramaje INEN 1398 Tracción deformación en un sentido y Elongación ASTM D882 La humedad, el espesor y el gramaje se realizaron en el laboratorio de la Industria harinera S.A. El análisis de porosidad se realizó en el laboratorio de pulpa y papel de la Universidad Politécnica Nacional. El ensayo de tracción deformación en un sentido y la elongación, se realizó en el CIAP (Centro de Investigación Aplicadas a Polímeros) de la Universidad Politécnica Nacional. Una vez analizados los resultados obtenidos, se consideraron los resultados de los siguientes tratamientos: 3s, 4s, 5s, 6s, 3c, 4c, 5c, 6c y el control. 3.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICO Se utilizó el Anova (Analysis of variance) multifactorial para los dos diseños AXB, con el objetivo de analizar el efecto de las variables independientes, sobre el resultado de cada uno de las variables de respuesta (humedad, porosidad, espesor y gramaje) mediante el programa Statgraphics Centurion XVI. 36 Posteriormente se aplicó el Anova simple a partir de los resultados de los análisis realizados (humedad, porosidad, espesor y gramaje), para conocer las diferencias significativas entre los tratamientos realizados en la empresa La Industria Harinera S.A y la muestra “control” mediante el programa Statgraphics Centurion XVI. 37 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 38 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1 OBTENCIÓN DE LA HARINA DE ARROZ En la obtención de harina de arroz se determinó el porcentaje de pérdida en cada etapa del proceso, expuesto en la Tabla 8. Tabla 8. Merma en el proceso de obtención de harina de arroz Etapas Pérdida (%) Selección 0.6 Molienda 0.7 Tamizado 20 Empacado 0 TOTAL 21.3 Para la determinación de porcentajes de desperdicios en cada etapa del proceso de obtención de harina de arroz se realizaron tres moliendas de 5kg de arrocillo. En la etapa de selección del arrocillo, se obtuvo una pérdida promedio de 0.6%, conformada por piedras pequeñas, arrocillos oscuros y otros granos presentes en la materia prima. En el proceso de molienda se obtuvo una merma promedio de 0.7%, resultado de residuos dentro y fuera de los ejes del molino de martillos. En el proceso de tamizado se tuvo una pérdida del 20%, valor considerablemente alto en comparación con las anteriores etapas, esto se debe al requerimiento de una harina muy blanca, fina y limpia. 38 El rendimiento del proceso de obtención de la harina de arroz con aplicación para la elaboración de papel comestible fue del 78.7%. 4.1.1 CACTERIZACIÓN DE LA HARINA DE ARROZ Los resultados físico químicos de la harina de arroz realizados por Multyanalitica en el Anexo 6, fueron comparados con especificaciones de una norma mexicana NMX-F-160-1982 como se indica en la Tabla 9. Tabla 9. Parámetros físico químicos de la harina de arroz, comparados con especificaciones según la norma mexicana NMX-F-160-1982 Parámetros Resultado Según norma mexicana NMX–F-160-1982 Humedad 10.74% Máx. 12% Ceniza 0.58% Máx. 1% Proteína 6.31% Mín. 7% Grasa 1.14% --- Carbohidratos 81.13% --- Fibra bruta 0.10% Máx. 0.8% Los resultados de humedad, ceniza y fibra cruda cumplen la especificación según la Norma mexicana NMX-F-160-1982, en la norma no se incluyen valores de grasa y carbohidratos, el resultado de proteína está por debajo del límite inferior de la norma debido a que este parámetro depende mucho de la variedad de arroz. 39 4.2 DISEÑO EXPERIMENTAL Los dos diseños experimentales AXB fueron analizados de manera independiente. Se analizó el efecto de las variables independientes sobre cada una de las variables dependientes o de respuesta. Después se compraran los seis tratamientos de cada diseño experimental con el control en cuanto a Humedad, porosidad, espesor y gramaje, con el objetivo de definir el tratamiento que tenga características similares al control. Finalmente se analizó que tratamiento no tuvo diferencias significativas con el control para cada variable de respuesta. 4.3 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS OBTENIDOS En la Tabla 10 se muestra los resultados de los análisis realizados de cada tratamiento con adición de sorbitol junto a su desviación estándar y las diferencias significativas entre los seis tratamientos y el control. Tabla 10. Resultados de análisis de los tratamientos con adición de sorbitol Análisis Tratamientos Humedad (%) Porosidad (s) Espesor (mm) Gramaje (g/m²) 1s 0.035±0.007BC 45.71±3.134A 0.32±0.051BC 86.04±6.059CD 2s 0.025±0.004C 19.700±4.698B 0.42±0.040A 102.98±3.668A 3s 0.032±0.003C 17.00±0.500B 0.31±0.053BC 81.97±1.8097D 4s 0.029±0.002C 3.63±0.476C 0.30±0.038C 109,84±11.343A 5s 0.044±0.004AB 3.47±0.596C 0.31±0.041BC 83.93±5.6160CD 6s 0.046±0.003AB 3.27±0.609C 0.32±0.042BC 102.18±3.271AB A C B BC Control 0.051±0.002 2.76±0.658 0.35±0.075 93.12±0.345 Letras mayúsculas diferentes en una misma columna denotan diferencia significativa. 40 En la Tabla 11, se presentan los resultados de los tratamientos con adición de CMC junto a sus desviaciones respectivas y diferencia significativas entre los seis tratamientos y el control. Tabla 11. Resultados de análisis de los tratamientos con adición de CMC Análisis Tratamientos Humedad (%) Porosidad (s) Espesor (mm) Gramaje (g/m²) 1c 0.029±0.003CD 4.85±0.526B 0.39±0.057AB 82.30±6.265C 2c 0.017±0.002 12.98±0.597 0.33±0.023 82.16±5.293 3c 0.039±0.002BC 2.40±0.114CD 0.39±0.046AB 72.69±8.155D 4c 0.035±0.001BC 2.68±0.148C 0.44±0.062A 110.51±5.099A 5c 0.043±0.007 2.50±0.346 0.39±0.024 6c 0.039±0.006BC 1.620±0.268D 0.31±0.048C D AB A CD C AB C 92.26±1.40 B 59.15±0.872E Control 0.051±0.002A 2.76±0.658C 0.35±0.075BC 93.12±0.345B Letras mayúsculas diferentes en una misma columna denotan diferencia significativa. 4.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO 4.4.1 CONTENIDO DE HUMEDAD El Anova multifactorial determinó que el factor A (combinación de harina de arroz y almidón de papa) presentó efecto estadísticamente significativo sobre la humedad (p-value < 0.05). Es decir la variación en los porcentajes de harina de arroz y almidón de papa afecta el valor de la humedad. El factor B (cantidad de sorbitol) y la interacción de variables AB, no presentaron efecto estadísticamente significativo (p-value > 0.05), con un 95% de nivel de confianza, esto significa que la humedad del producto no se ve afectada por la variación de dosificación de sorbitol en el Anexo 7. 41 En la Figura 10 que se presenta a continuación, se muestran los resultados de humedad de los productos obtenidos y del control. Se puede observar que los tratamientos con mayor contenido de harina de arroz y menor porcentaje de almidón de papa (1s y 2s) con humedad de 0.035% y 0.025% respectivamente y las muestras con la misma cantidad de harina de arroz y almidón de papa (3s y 4s) con resultados de 0.032% y 0.029% presentaron diferencias significativas con el control, ya que sus valores de humedad resultaron menores que de la muestra control que resultó 0.051%. al n=3; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s) frente al al control denotan diferencia significativa. 1s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 2s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. Figura 10. Humedad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de sorbitol. Los tratamientos con menor contenido de harina de arroz y mayor porcentaje de almidón de papa (5s y 6s) con humedades de de 0.044% y 0.046% respectivamente, no presentaron diferencias significativas con el control aunque resultaron valores inferiores en comparación con el control. 42 El almidón de papa fue sometido a tratamiento térmico antes de ser secado o cocinado en la plancha para obtener el papel comestible entonces, existió una modificación en su estructura. Por lo tanto se puede decir que se utilizó un almidón de papa modificado por calor, lo cual tuvo impacto en el aumento de la humedad en aquellos papeles comestibles con mayor cantidad de almidón de papa (Química Amtex, 1996). La absorción del agua depende de la humedad de la materia prima utilizada, el almidón de papa tuvo una humedad mas alta (15%) que la harina de arroz (10.74%), los tratamientos con mayor contenido de almidón de papa presentaron humedades mas altas comparadas con los que tienen menor proporción del almidón. Para los tratamientos adicionados CMC, el Anova multifactorial indicó que el factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa) y el factor B (cantidad de CMC) tienen efecto estadísticamente significativo sobre la humedad (p-value < 0.05), con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 8. La variación de los porcentajes de combinación de harina de arroz y almidón de papa y las dosis de CMC va afectar el valor de la humedad. La interacción AB no tiene efecto estadístico (p-value > 0.05), con un 95% de nivel de confianza, significa que la humedad no se afectado al variar los dos factores en el Anexo 8. A continuación, en la Figura 11 se observa los resultados de humedad de los tratamientos con adición de CMC y del control. Las muestras que presentan diferencias significativas son siguientes 1c (0.029%), 2c (0.017%), 3c (0.039%), 4c (0.035%) y la 6c (0.039%), con valores menores a la del control (0.051%). 43 a n=3; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c) frente al control denotan diferencia significativa. 1c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.25g de CMC. 2c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.50g de CMC. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 11. Humedad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de CMC. El uso del menor porcentaje de almidón de papa que de harina de arroz y en cantidades iguales en la formulación del papel comestible brinda humedades bajas mientras que en los tratamientos con más contenido de almidón de papa presentaron aumento del porcentaje de humedad. Los tratamientos con la menor dosificación de CMC (1c, 3c y 5c) con valores de humedad de 0.029%, 0.039% y 0.043% respectivamente, comparadas con la mayor dosificación de CMC (2c, 4c y 6c) con resultados de 0.017%, 0.035% y 0.039%, se determina que mientras más contenido de CMC en el mismo porcentaje de combinación de harina de arroz y almidón de papa, bajó el contenido de humedad debido a como característica principal de este aditivo que es la retención de agua, una vez colocado en la plancha listo para la cocción se evapora la mayor cantidad agua disponible (Química Amtex, 1996). 44 4.4.2 POROSIDAD Para los papeles comestibles adicionados sorbitol, el Anova multifactorial determinó que si existe efecto estadísticamente significativo sobre la porosidad por parte del factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa), al igual que del factor B (cantidad de sorbitol) y también de la interacción AB (p-value < 0.05), con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 9. A continuación en la Figura 12 se muestra los resultados de las muestras elaboradas con sorbitol, los tratamientos que presentaron diferencias significativas frente al control fueron: 1s, 2s y 3s con valores de 45.71s; 19.700s y 17.00s de porosidad mayores al control que resultó 2.76s. a n=5; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s) frente al control denotan diferencia significativa. 1s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 2s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. Figura 12. Porosidad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de sorbitol. 45 Al utilizar más harina de arroz que almidón de papa (1s y 2s) resultaron valores de porosidad altos 45.71s y 19.700s, al igual si se coloca la misma cantidad de harina de arroz y almidón de papa (3s) con un valor de 17.00s, la aplicación del mayor contenido de almidón de papa que de harina de arroz (5s y 6s) se obtuvo valores de porosidad de 3.47s y 3.27s similares al control (2.76%). Los tratamientos con 0.5g de sorbitol, presentaron una porosidad más alta que los que tienen 1g de sorbitol, esto significa que mientras más sorbitol contenga la formulación menos poroso resulta el papel comestible, debido a la función del sorbitol que es brindar flexibilidad al producto es decir contribuye al esparcimiento en toda la pasta y por lo tanto aumenta los poros de aire los cuales también aportaron flexibilidad al papel comestible. Para el siguiente grupo de tratamientos con CMC, el Anova multifactorial manifestó que el factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa), el factor B (cantidad de CMC) y la interacción AB tienen efecto estadísticamente significativo (p-value < 0.05), con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 10. Esto significa que la porosidad se ve afectada por la variación de combinaciones de harina de arroz y almidón de papa, al variar la dosificación de CMC y al variar ambos factores al mismo tiempo. En la Figura 13 se observa los resultados de los papeles comestibles elaborados en la empresa La Industria Harinera S.A incluido el control con un valor de 2.76s, el Anova simple indicó que los tratamientos que presentan diferencias significativas son 1c, 2c y 6s con resultados de 4.85s, 12.98s y 1.62s respectivamente, puesto que los dos primeros, resultaron valores mayores al control y el otro un valor inferior. 46 al n=5; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c) frente11 al control denotan diferencia significativa.1122222222222222222222222222222222 1c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.25g de CMC. 2c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.50g de CMC. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 13. Porosidad de las diferentes muestras de papel comestible con adición de CMC. Los tratamiento 1c, 3c, 4c, 5c, 6c y el control con valores de 4.85s, 2.40s, 2.68s, 2.50s, 1.62s y 2.76s respectivamente no se encuentran en el rango de 10 a 150s por lo tanto no son papeles a prueba de grasa y resistentes al aceite, su aplicación es para envolver alimentos ya que cumplen en tener una porosidad baja (Casey, 1991). 4.4.3 ESPESOR Para los papeles comestibles con sorbitol, el Anova multifactorial indicó que el factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa), el factor B (cantidad de sorbitol) y la interacción AB, presentan efecto estadísticamente 47 significativo (p-value < 0.05), con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 11. A continuación, en la Figura 14 se muestra los resultados de espesor, se determinó que el tratamiento 2s y 4s con valores 0.42mm y 0.30mm respectivamente presentaron diferencias significativas con el control que presentó un valor de espesor de 0.35mm. a n=12; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s) frente al control denotan diferencia significativa. 1s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 2s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. Figura 14. Espesor de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol Los valores obtenidos de espesor de los papeles comestibles fueron influenciados en mayor parte, por la maquinaria que se utilizó (plancha doméstica refaccionada). En los tratamientos con mayor cantidad de harina de arroz que de almidón de papa (1s y 2s) con valores de 0.32mm y 0.42mm, el espesor fue mayor 48 en comparación con las muestras con mayor contenido de almidón de papa (5s y 6s), con resultados de 0.31mm y 0.32mm. Para los tratamientos con CMC, el Anova multifactorial indicó que el factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa), el factor B (cantidad de CMC) y la interacción AB, tienen efecto estadísticamente significativo sobre el espesor, con un 95% de nivel de confianza (p-value < 0.05), en el Anexo 12. En la Figura 15 se observa que solo un tratamiento tiene diferencia significativa con el papel comercial este es el 4c con un espesor de 0.44mm, presentando un valor mayor al control que resulto 0.35mm. a n=12; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c) frente al control denotan diferencia significativa. 1c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.25g de CMC. 2c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.50g de CMC. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 15. Espesor de las diferentes muestras de papel comestible con CMC. La mayoría de los tratamientos 1c, 2c, 3c, 5c y 6c no presentaron diferencia significativa con el control con valores superiores e inferiores, los resultados 49 fueron los siguientes: 0.39mm, 0.33mm, 0.39mm, 0.39mm, 0.31mm respectivamente, frente al control con un espesor de 0.35mm. 4.4.4 GRAMAJE Para los papeles comestibles con adición de sorbitol, el Anova multifactorial indicó que el factor A (combinación de harina de arroz y almidón de papa) no tiene efecto estadísticamente significativo sobre el gramaje (p-value > 0.05), el factor B (cantidad de sorbitol) y la interacción AB, si tienen efecto estadísticamente significativo (p-value < 0.05) con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 13. El gramaje se ve afectado al variar la cantidad de CMC y ambas variables al mismo tiempo, combinación de harina de arroz y almidón de papa y cantidad de CMC, mas no el porcentaje de combinación de harina de arroz y almidón de papa. A continuación en Figura 16 presenta los resultados de los diferentes tratamientos con adición de sorbitol, indicando que tratamientos tienen diferencias significativas con el control estos fueron 2s, 3s, 4s con los siguientes resultados: 102.98g/m², 81.97 g/m², 109.84 g/m², el resultado del gramaje del control fue 93.12 g/m². 50 n=7; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s) frente al control denotan diferencia significativa. 1s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 2s=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. a Figura 16. Gramaje de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol. Los tratamientos con 1g de sorbitol resultaron con valores más altos en gramaje comparados con los tratamientos con 0.5g. Para los tratamientos adicionados CMC, el anova multifactorial determinó que el factor A (combinación harina de arroz y almidón de papa), y la interacción de las variables AB, tienen efecto estadísticamente significativo sobre el gramaje (p–value < 0.5). El factor B (cantidad de CMC) no tiene efecto estadísticamente significativo (p-value > 0.5) con un 95% de nivel de confianza en el Anexo 14. Esto significa que al variar combinación harina de arroz y almidón de papa, y la interacción va a afectar los valores de gramaje. En la Figura 17 se observa los resultados del gramaje de los papeles comestibles adicionados CMC, los tratamientos que presentaron diferencias significativas con el control fueron 1c, 2c, 3c, 4c y 6c con valores de 51 82.3g/m², 82.16 g/m², 72.69 g/m², 110.51 g/m², 59.15 g/m², el gramaje del control resultó 93.12 g/m². a n=7; Letras mayúsculas diferentes de las muestras (1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c) frente al control, denotan diferencia significativa. 1c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.25g de CMC. 2c=75% harina de arroz: 25% almidón de papa; 0.50g de CMC. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 17. Gramaje de los diferentes tratamientos de papel comestible adicionados CMC. El gramaje en los tratamientos con sorbitol resultaron valores más altos frente a los tratamientos con CMC, al poseer la característica de retención de agua, en el momento de la cocción esta se evapora obteniendo un papel comestible más fino, por lo tanto menos pesado. 52 4.4.5 RESISTENCIA A LA ROTURA A continuación en la Figura 18, se observa los diferentes tratamientos adicionados sorbitol, comparados con el control, la muestra que tiene un valor similar al control fue la 4s. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. Figura 18. Resistencia a la rotura de las diferentes muestras de papel comestible con sorbitol. La adición de la mayor cantidad de sorbitol (1g) por muestra disminuyó la tensión a rotura, este comportamiento también fue observado por estos autores (Dias, et al., 2010). El resultado de tensión a la rotura para películas comestible elaboradas de harina de arroz y sorbitol analizado por los autores (Dias, et al., 2010), reportaron 15kgf/cm², valor inferior que permite comparar con los resultados de este estudio. 53 A continuación en la Figura 19, se observa las muestras de papel comestible en los que se utilizó CMC comparados con el resultado del control, se determina que el tratamiento “5c” no presenta diferencia con el control. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 19. Resistencia a la rotura de las diferentes muestras del papel comestible con CMC. Se analizó la diferencia entre los papeles comestibles adicionados sorbitol y adicionados CMC en el primer grupo tuvieron resultados de resistencia a la rotura más altos que los papeles comestibles añadidos CMC, esto se debe a que el sorbitol tiene una pequeña cadena que puede entrar en la red polimérica, pero el CMC fue más efectivo en plastificar (Dias, et al., 2010). 54 4.4.6 ELONGACIÓN En la Figura 20 se muestra tratamientos con adición de sorbitol comparados con el resultado del control, la mayoría de muestras resultaron valores bajos comparados con el papel comercial, el tratamiento 6s es aquel que no tiene diferencia con el control. 3s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 4s=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. 5s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.5g de sorbitol. 6s=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 1.0g de sorbitol. Figura 20. Elongación de las muestras de papel comestible con sorbitol. La elongación se incrementa cuando se aumenta la concentración de plastificante (Enriquez et al.,2012), en el papel comestible sucedió esto solo en los tratamientos 5s y 6s, los que contenían en su mayoria almidón de papa. La combinación harina de arroz y almidón de papa influyo en el análisis de elongación, las muestras con mayor contenido de almidón de papa (5s y 6s) presentaron valores mas altos de elongación. 55 Como referencia para el análisis de resultados se extrae el dato de elongación para una muestra de películas comestibles elaboradas a partir de harina de arroz y sorbitol, según Dias.,et al 2010 reportan 2.2% de elongación. La siguiente Figura 21 nos indica los papeles comestibles elaborados con CMC comparados con el resultado de elongación del control, la mayoría de muestras elaboradas resultaron valores menores al control, el tratamiento 5c es aquel que tiene un valor similar al control. 3c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.25g de CMC. 4c=50% harina de arroz: 50% almidón de papa; 0.50g de CMC. 5c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.25g de CMC. 6c=25% harina de arroz: 75% almidón de papa; 0.50g de CMC. Figura 21. Elongación de las muestras de papel comestible con CMC La elongación disminuyó en los tratamientos que contienen mayor contenido de CMC, por la propiedad de higroscopia que poseen esta combinación almidón – CMC (Química Amtex, 1996). El objetivo del presente trabajo fue elaborar un papel comestible que posea las características semejantes al papel comercial (control), la siguiente Tabla 12, detalla aquellos tratamientos que no tienen diferencias significativas y 56 que poseen valores semejantes con el control en resultados de humedad, porosidad, espesor, gramaje, resistencia a la rotura y elongación. Tabla 12. Tratamientos que no presentaron diferencias significativas y los que mostraron resultados similares con el control. TRATAMIENTOS ANÁLISIS 1s 2s 3s 4s 5s 6s 1c 2c 3c 4c 5c 6c Humedad Porosidad X Espesor X Gramaje Resistencia a la rotura X X X X X X X X X X X X X Elongación s X X X X X X X X X X X Nota: La “X” marca aquellos tratamientos que no tienen diferencia significativa y que son similares con el control para cada análisis realizado. Se observa que el tratamiento 5c, es el producto que se acerca a los resultados del control de todos los análisis ejecutados. El utilizar el menor contenido de harina de arroz y mayor cantidad de almidón de papa combinado con CMC resultó un producto apropiado conforme a las aplicaciones requeridas. 57 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 CONCLUSIONES Se obtuvo harina de arroz y se aplicó en la elaboración de papel comestible para la empresa La Industria Harinera S.A. Se caracterizó la harina de arroz, obteniendo resultados muy similares a lo que establece la norma mexicana NMX-F-160-1982. Se desarrolló el proceso para la elaboración del papel comestible, el cual fue aplicado para los tratamientos resultantes en el presente trabajo. Se caracterizó los productos obtenidos y se escogió el tratamiento “5c” (25% harina de arroz, 75% almidón de papa y CMC 0.25g) ya que presentó características similares al papel comercial de acuerdo a los análisis realizados (humedad, porosidad, espesor, gramaje, resistencia a la rotura y elongación) y resultó ser aplicable para los usos propuestos por la empresa La Industria Harinera S.A. El tratamiento “5c” no resultó un papel resistente a grasa o aceite ya que su resultado de porosidad es muy bajo, pero será muy útil para envolver alimentos estos pueden ser bocaditos, turrones, caramelos, etc. Los productos con mayor contenido de harina de arroz fueron rígidos por el bajo contenido de amilosa que presenta dicha materia prima por lo tanto fue importante la función del almidón de papa en el papel comestible. 58 El equipo utilizado, para la obtención del papel comestible, que consistía en una plancha refaccionada, no tuvo la misma presión para toda el área del papel. La cocción del papel comestible resultó ser un parámetro crítico dentro del proceso de elaboración del papel comestible ya que afecta a otras características importantes del producto, como es la resistencia a la rotura y la elongación. El espesor del papel comestible dependió de la cantidad y calidad de almidón utilizado en la formulación, la cantidad de muestra de partida para la cocción y el tipo de maquinaria para la formación de la hoja de papel. El uso de carboximetilcelulosa (CMC) resultó ser mejor que el sorbitol en cuanto a resistencia a la rotura y elongación. 59 5.2 RECOMENDACIONES Reemplazar la molienda en seco por una molienda en húmedo para la obtención de harina de arroz destinada como materia prima del papel comestible ya que se lograría un mejor rendimiento en la molienda y se descartaría la etapa de remojo y licuado de la harina de arroz en el proceso. Utilizar una maquinaria apropiada para la cocción del papel comestible de tal forma de obtener un producto con una superficie uniforme, para evitar variaciones de espesor en el producto final. Analizar la cantidad de amilosa contenida en los almidones destinados para uso en películas o papeles comestibles, con el fin de utilizar mezclas de componentes o aditivos que brinden resultados deseados. Experimentar el uso de diferentes almidones los cuales pueden ser nativos o modificados para elaborar papel comestible, de tal manera de obtener mejores resultados y nuevas aplicaciones. 60 BIBLIOGRAFÍA 61 BIBLIOGRAFÍA Aguilar, M., Espinoza, N., Cruz, A., & Ramirez, M. (2012). Caracterización y aplicación de películas a base de gelatina-carboximetilcelulosa para la preservación de frutos de guayaba. Recuperado el 13 de octubre de 2013, de http://smcsyv.fis.cinvestav.mx/supyvac/25_1/SV2510112.pdf. Aguirre, J. (2011). 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