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Estudio de las caractersticas de rehidratacin de inulina en polvo obtenida por el

mtodo de secado por aspersin a partir de Agave atrovirens Karw.

Clave CGPI: 200597

Direccin: Dra. Liliana Alamilla Beltrn

Alumnos Tesistas:

Ulises Ramn Morales Durn

Roco Martnez Torres

Alumnos PIFI :

Alaide Jimnez Segura

Alumnos S.S :

Andoni Palacios Barranco

Profesores Participantes:

Dr. Jorge Chanona Prez

Coordinador de Programa:

Dr. Gustavo Fidel Gutirrez Lpez

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLGICAS

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RESUMEN El maguey representa una atractiva fuente de fructooligosacridos (FOS), importantes

como polmeros de reserva energtica en la planta. Estos componentes resultan de

inters en la Industria alimentaria, debido a sus atributos funcionales y sus efectos

benficos en la prevencin de enfermedades cardiacas, el cncer, colesterol, obesidad,

osteoporosis y diabetes, entre otras. El propsito de sta investigacin fue obtener un

producto deshidratado con alto contenido de fructooligosacridos, a partir del jugo de

maguey (Agave atrovirens Karw) mediante un proceso de secado por aspersin, para lo

cual se parti del mtodo de extraccin descrito para alcachofa, probando temperaturas

de extraccin de 40, 60, 70 y 80 C. Una vez que se obtuvieron los extractos se

determin la concentracin de FOS realizando una hidrlisis de los extractos mediante

maltasa, amiloglucosidasa e inulinasa y se determin la cantidad de azcares liberados

por la inulinasa usando el Mtodo de Ting. El jugo obtenido de la extraccin se clarific

con adicin de una suspensin de Ca(OH)2 y Al2(SO4)3 como agente floculante a varias

concentraciones, posteriormente se decant, se filtr y se evapor al vaco hasta una

concentracin final de 20% de slidos. El jugo evaporado y clarificado se deshidrat en

un secador por aspersin con una alimentacin de 1.2 L/h y un flujo volumtrico de aire de

0.02 m3/s y evaluando las siguientes temperaturas de entrada/salida del aire de secado:

90 C / 50 C, 120 C / 104 C, 150 C / 125 C, 180 C / 150 C y 200 C / 150 C. Una

vez obtenido el producto a diferentes temperaturas de secado se evaluaron las siguientes

caractersticas: dimetro medio de partcula, morfologa de la partcula y algunas

caractersticas relacionadas con la calidad del producto obtenido (humedad,

humectabilidad y densidad empacada). Como resultado, se establecieron las condiciones

especficas (temperatura ptima y mtodo de clarificacin) para el proceso de extraccin y

purificacin, as como, la influencia de la temperatura de deshidratacin del jugo obtenido

del Agave atrovirens Karw con las caractersticas de calidad, morfologa y contenido de

FOS del producto deshidratado.

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1. INTRODUCCIN

El maguey de pulque tpico o maguey manso, cuyo nombre cientfico es Agave atrovirens

Karw, perteneciente a la familia de las Amarilidceas, es una planta de raz fibrosa con

tallo corto y grueso; sus hojas, cuyo nmero vara de 30 a 50, presenta longitudes desde

1m hasta 2.5 m y su ancho es de aproximadamente 30 cm, son muy gruesas y angostas

cerca de la base, y se distribuyen muy juntas en torno del tallo formando una roseta

(Loyola, 1956).

En varios vegetales como el maguey, la alcachofa y algunos tubrculos y races se

encuentran fructooligosacridos como polmeros de reserva energtica. Estos

componentes son generalmente lineales y estn compuestos de D- fructosa unidas

mediante enlaces glucosdicos ? (2,1) (Badui, 1999).

La inulina es el fructooligosacrido ms difundido. Su hidrlisis total produce, adems de

fructosa, de 5 a 6 % de molculas de glucosa que se considera se encuentra en los

extremos de la cadena; debido a que las furanosas que contienen (fructosa) hacen que la

inulina sea muy lbil a la hidrlisis enzimtica con inulinasa , se ha sugerido usarla

como fuente para la obtencin comercial de fructosa de alta pureza (Badui, 1999).

La inulina y la oligofructosa tienen muchos atributos funcionales interesantes que

son de utilidad en la formulacin de alimentos en la actualidad y posiblemente con

una tendencia hacia el futuro. El consumidor actual esta conciente de su salud y

demanda alimentos con buen sabor as como bajos en grasa y caloras, con

beneficios a la salud adicionales. Los principales problemas de salud de los que la

sociedad est consciente son las enfermedades cardiacas, el cncer, el colesterol

alto, obesidad, la osteoporosis y la diabetes. La inulina y la oligofructosa son

ampliamente usadas en los alimentos funcionales a travs del mundo por sus

propiedades promotoras de la salud (Kaur y Gupta, 2002). Se han realizado

estudios que reportan la presencia de inulina (polmero de fructosa con una unidad

terminal de glucosa, que contiene ms de 90% de fructosa) en los agaves como el

polisacrido de reserva ms abundante (Martnez del Campo, 1999). Entre las

numerosas especies y variedades pertenecientes al gnero de los agaves que existen en

nuestro pas, se destacan por su importancia econmica el grupo de los magueyes que se

cultivan para la produccin del aguamiel, con la cual se elabora el pulque (Loyola, 1956).

Por lo general el maguey alcanza las condiciones apropiadas para la obtencin de

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aguamiel en un periodo que va de 8 a 12 aos, y en ocasiones hasta 20, dependiendo de

las condiciones de cultivo, el clima, el suelo y la variedad del maguey (Martnez del

Campo, 1999). Debido a que la floracin en los magueyes cultivados se presenta entre los

8 y 12 aos, el desarrollo de los hijuelos lleva de 2 a 4 aos, y el tiempo en el que el

maguey alcanza las condiciones apropiadas para la obtencin de aguamiel es de 8 a 12

aos, el proceso para la obtencin de aguamiel del agave pulquero es tardado. (Loyola,

1956 y Martnez del Campo, 1999).

Por lo anterior, el propsito principal de este trabajo es establecer un proceso mediante el

cual se obtenga un producto de importancia industrial como son los fructooligosacridos a

partir de la deshidratacin del jugo de Agave atrovirens Karw en un tiempo de desarrollo

de la planta menor que aquel requerido para su ocupacin en la elaboracin del pulque.

Adems se plantea tambin una metodologa de extraccin, clarificacin y deshidratacin

del jugo para su aprovechamiento, al utilizar las pencas y el corazn para la obtencin del

producto deshidratado deseado en conjunto con el aguamiel que es la materia prima

principal que se obtiene de este tipo de agave (Loyola, 1956)

2. MATERIALES Y MTODOS

2.1 Obtencin y caracterizacin de la materia prima

Se obtuvieron pencas de Agave atrovirens Karw, colectadas del Municipio de Contepec

en el Estado de Michoacn. Se seleccionaron pencas de Agaves con edades entre 7 y 9

aos, aproximadamente. Para la caracterizacin de la materia prima, se tomaron 5

pencas del mismo agave, de la parte ms externa hacia el centro. Se tom una

submuestra de aproximadamente 10 g de la base de cada penca y se mantuvo en hielo

para su transporte y en congelacin a 70 C en un ultracongelador [Thermoforma, USA,

Modelo 916] hasta su uso para la determinacin de fructooligosacridos, con el fin de

evitar la hidrlisis parcial de estos por accin enzimtica o microbiolgica. Las pencas se

procesaron dentro de los dos das subsecuentes a la toma de muestra para evitar la

deshidratacin excesiva o hidrlisis total de los fructanos.

2.2 Mtodos

2.2.1 Anlisis qumico proximal

Consisti en la determinacin de humedad, cenizas, extracto etreo, protenas y extracto

libre de nitrgeno, de acuerdo a los mtodos sealados a continuacin.

5

5.2.1.1. Determinacin de contenido de humedad (AOAC 7.003)

2.2.1.2 Determinacin de Cenizas (AOAC 31.013)

2.2.1.3 Determinacin de Extracto Etreo (AOAC 7.056)

2.2.1.4 Determinacin de Protena Total. Mtodo de Kjeldahl-Gunning-

Arnold modificado (AOAC 2.057)

2.2.1.5 Determinacin del Extracto Libre de Nitrgeno

Esta determinacin se obtuvo por diferencia del total menos la suma de los otros

componentes mediante la siguiente formula:

% ( )EECenHPELN .%%%%100 +++-= -------- ( 1 )

ELN = Extracto Libre de Nitrogeno

%Cen = porcentaje de cenizas

%E.E = porcentaje de Extracto Etreo

%H = porcentaje de humedad

%P = porcentaje de protena

2.2.1.6 Determinacin de fibra soluble e insoluble por el mtodo enzimtico-

gravimetrico (AOAC 985.29)

2.2.1.7 Elaboracin de curvas de tipo para la determinacin de azcares reductores totales, glucosa y fructosa por mtodo colorimtrico (Ting, 1956).

2.2.1.7.1 Curva tipo de azcares reductores totales

Se prepararon soluciones de glucosa de concentracin conocida (0.02, 0.04, 0.06, 0.08,

0.10, 0.12 y 0.14 g/ 100mL). Se colocaron 0.1 mL de cada solucin en tubos de ensaye

por triplicado y se aadieron 0.5 mL de reactivo de ferricianuro de potasio (el cual se

prepar disolviendo 80 g de carbonato de sodio anhidro y 39.73 g de fosfato de disodio

anhidro en 425 mL de agua destilada, posteriormente se agregaron 2 g de ferricianuro de

potasio y se afor a 500 mL) . Se calentaron los tubos en un bao de agua a 92 C por 10

minutos. Transcurrido ese tiempo se enfriaron en un bao de agua a 20 C. Se sacaron

del bao y se agreg a cada tubo 1 mL de cido sulfrico 2N y se agitaron hasta que no

se observ desprendimiento de gas. Posteriormente se aadieron 0.4 mL de reactivo de

arsenomolibdato de sodio (el cual se preparo disolviendo 25 g de molibdato de amonio

tetrahidratado con 21 mL de cido sulfurico concentrado, posteriormente se agregaron 5 g

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de arsenato de disodio heptahidratado en 25 mL de agua) y se agitaron nuevamente. Se

agregaron 8 mL de agua para diluir y se agitaron hasta completa homogenizacin.

Finalmente se ley la absorbancia de las soluciones a 515 nm en un espectrofotmetro

(Beckman UV- vis), ajustndolo a cero con un blanco de reactivos. Se obtuvo el factor K

para la determinacin de azcares totales.

2.2.1.7.2 Curva tipo de glucosa y fructosa

Se prepararon soluciones de glucosa (0.02 a 0.14 g/ 100mL) y fructosa (0.02 a 0.14 g/

100 mL), a los que se les aadieron 0.5 mL de ferricianuro de potasio y se incubaron a 55

C por 30 minutos. Transcurrido ese tiempo se enfriaron en un bao de agua a 30 C y

se procedi con la adicin de los dems reactivos de acuerdo al procedimiento descrito en

el punto 5.2.1.7.1. Se obtuvieron los factores kf, kg y Q para la determinacin de glucosa y

fructosa.

2.2.1.7.3 Validacin de la curva tipo

Para comprobar la confiabilidad de la curva tipo se procedi a elaborar una solucin

patrn de sacarosa hidrolizada para cuantificacin de azcares totales, glucosa y fructosa.

Se pesaron 237.5 mg de sacarosa y se aforaron a 25 mL con agua destilada, se tom

una alcuota de 20 mL de la solucin y se le aadieron 2 mL de HCl concentrado,

lentamente y con agitacin. Se incub en un bao a 70C por 30 minutos con agitacin

cada 5 minutos para la hidrlisis total de la sacarosa. Transcurrido ese tiempo se

aadieron 2 mL de NaOH 10N para neutralizar y se ajusto el pH a 6.5 +/- 0.5 con NaOH

0.3N. La solucin obtenida se afor a 100 mL con agua destilada. Se prepararon

diluciones de esta solucin con concentraciones finales de 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10,

0.12 y 0.14 g azcares reductores/ 100 mL. Se procedi a determinar la cantidad de

azcares reductores totales, glucosa y fructosa de acuerdo al procedimiento descrito en

los puntos 5.2.1.7.1 y 5.2.1.7.2, usando 0.1 mL de cada dilucin preparada. La cantidad

de azcares reductores, fructosa y glucosa se obtuvo para cada dilucin.

2.2.1.8 Determinacin de azcares libres y fructooligosacridos en las muestras

(Mtodo AACC 32- 32 modificado).

2.2.1.8.1 Preparacin de las muestras

Se pesaron 10 g de muestra fresca y se maceraron en un mortero. Se transfiri la muestra

cuantitativamente a un vaso de precipitados y se aadieron 80 mL de agua a 80 C. La

muestra se mantuvo a 80 C y con agitacin constante por 15 minutos. Transcurrido este

tiempo se dejo enfriar a temperatura ambiente y se transfiri cuantitativamente a un

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matraz aforado y se completo el volumen a 100 mL con agua destilada. Se filtro la

solucin por papel Wathman No. 1.

2.2.1.8.2 Determinacin de azcares reductores, glucosa y fructosa

libres

a) Azcares reductores totales libres. Se tom 0.1 mL del extracto obtenido en la

seccin 5.2.1.8.1 por triplicado y se trasfiri a tubos de ensaye. Se aadieron 0.5 mL de

ferricianuro de potasio y se incubo a 92 C por 10 minutos. Transcurrido ese tiempo los

tubos se enfriaron en un bao de agua a 20 C y se procedi como se describe en la

seccin 2.2.1.7.1. Los azcares reductores se calcularon mediante la frmula descrita en

la seccin 2.2.1.7.3

b) Fructosa y glucosa libres. Se tomo 0.1 mL del extracto obtenido en la seccin

2.2.1.8.1 por triplicado y se transfiri a tubos de ensaye. Se aadieron 0.5 mL de

ferricianuro de potasio y se incub a 55 C por 30 minutos. Transcurrido este tiempo, los

tubos se enfriaron en un bao de agua a 20 C y se procedi como se describe en

2.2.1.7.1. La fructosa y la glucosa se calcularon por las frmulas descritas en la seccin

2.2.1.7.3.

2.2.1.9 Determinacin de glucsidos y sacarosa en la muestra.

2.2.1.9.1 Hidrlisis con maltasa y amiloglucosidasa

Se tom 1 mL del extracto obtenido en la seccin 2.2.1.8.1 y se transfiri a un tubo de

ensaye. Se agregaron 3.8 mL de regulador de maleatos (0.1 M, pH 6.5), 0.1 mL de

maltasa (Sigma G3651) y 0.1 mL de amiloglucosidasa (Sigma A9913). Se incubo a 40 C

por 30 minutos con agitacin para la hidrlisis total de la sacarosa, maltosa y almidn.

Transcurrido ese tiempo se enfriaron los tubos en un bao de agua a 20 C. Se prepar

un blanco de reactivos para eliminar la interferencia causada por las enzimas.

2.2.1.9.2 Determinacin de azcares liberados por maltasa y amiloglucosidasa

Se tomaron 0.1 mL del hidrolizado obtenido en la seccin 2.2.1.9.1 y se procedi como en

2.2.1.8.2.

2.2.1.10 Determinacin de fructooligosacridos en la muestra

2.2.1.10.1 Hidrlisis con inulinasa

Se tom 1 mL del hidrolizado de la seccin 2.2.1.9.1 y se transfiri a un tubo de ensaye.

Se aadieron 0.9 mL de regulador de acetatos (0.1 M, pH 4.5) y 0.1 mL de inulinasa

(Sigma I2017 ). Se incubo a 40 C por 20 minutos. Transcurrido ese tiempo, se enfriaron

los tubos en un bao de agua a 20 C. Se preparo un blanco de reactivos utilizando 1 mL

del blanco preparado en la seccin 2.2.1.9.1.

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2.2.1.10.2 Determinacin de azcares liberados por inulinasa.

Se tomaron 0.1 mL del hidrolizado de la seccin 2.2.1.10.1 y se procedi como se

describe en 2.2.1.8.2.

2.2.1.11 Validacin del mtodo de determinacin de azcares en las muestras.

Para comprobar la confiabilidad del mtodo se prepararon soluciones patrn de inulina

(Fluka, 57614) de 54 mg/ 10 mL y maltodextrina (Amidex 20- D) de 54 mg/ 10 mL y se

procedi a determinar glucsidos (junto con azcares libres) como en el punto 2.2.1.4 y

fructooligosacridos como en el punto 2.2.1.10.

2.2.1.12 Determinacin de pH, % de Slidos solubles (Brix) y Acidez titulable

(Rojas, 2001)

Los slidos solubles (Brix) se determinaron en un macerado de 10 g de muestra

utilizando un refractmetro (Atago,Japn, Brix 0 32%).

Para la medicin de pH se tomaron los 10 g de muestra macerada y se agregaron 20 mL

de agua pH 7 y se midi el pH en un potencimetro [Corning, UK, modelo 430].

Para la acidez titulable se pesaron 10 g de muestra y se molieron con 200 mL de agua, se

aforo a 250 mL y se filtro por papel Wathman No.1. Se tom una alcuota de 10 mL del

filtrado por triplicado y se titul con NaOH 0.01 N utilizando fenolftaleina como indicador.

2.2.2 Extraccin y clarificacin del jugo de maguey

Para la preparacin del jugo se procedi a determinar la temperatura ptima de

extraccin.

2.2.2.1 Determinacin del contenido de azcares extrados a diferentes

temperaturas

Se pesaron 10 g de muestra por triplicado y se molieron con 20 mL de agua. Se procedi

a calentar las muestras a 40 C con agitacin por 15 minutos para la extraccin de

fructanos. Posteriormente se dejo enfriar a temperatura ambiente, y se centrifug a 5000

rpm por 10 minutos. Se separ el precipitado y el sobrenadante y a este ltimo se le

determin contenido de fructanos mediante el mtodo descrito en los puntos 2.2.1.4 y

2.2.1.10 respectivamente. Se repiti el

procedimiento con temperaturas de extraccin de 60, 70 y 80 C.

2.2.2.2 Determinacin de actividad enzimtica de los extractos en funcin de la

temperatura de extraccin.

Se preparo una solucin patrn de inulina de 150mg /100 mL como sustrato para la

reaccin enzimtica. Se tom una alcuota de 1 mL de la solucin por triplicado y se

coloco en tubos de ensaye. Se agregaron 0.9 mL de regulador de acetatos y se preincubo

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a 40 C por 5 minutos. Trascurrido este tiempo se aadi a cada tubo 0.1 mL del

sobrenadante obtenido en el punto 2.2.2.1 a 40 C y se incub a 40C por 5 minutos

exactamente. Posteriormente se colocaron los tubos en un bao en ebullicin por1 minuto

y se transfiri inmediatamente a un bao con hielo por 1 minuto para inactivar las enzimas

presentes en el sobrenadante. Se procedi a cuantificar la inulina hidrolizada como

azcares reductores por el sobrenadante mediante el mtodo descrito en el punto

2.2.1.8.2. Se repiti este procedimiento con los extractos obtenidos a 60, 70 y 80 C.

2.2.2.3 Determinacin de las condiciones de clarificacin.

Se pes 1 Kg. de muestra y se moli con 1 L de agua a 80 C. Este jugo se mantuvo a 80

C y con agitacin por 15 minutos para la extraccin de los fructanos. Posteriormente se

filtr por manta de cielo para eliminar las fracciones gruesas del jugo. Se tomaron 100 mL

del jugo filtrado y se coloc en una parrilla con un agitador magntico a 400 rpm. Se

procedi a calentar la muestra a 75C y en este momento se adicionaron 0.3 mL de una

suspensin de hidrxido de calcio (33 g/ 100mL) y se verific que el pH alcanzara 6.5,

registrado con papel indicador. Sin detener la agitacin se procedi a calentar a 80 C por

1 minuto. Posteriormente se transfiri el vaso de precipitados a otra parilla sin

calentamiento y con agitacin a 60 rpm, inmediatamente despus se adicionaron 0.1 mL

de hidrxido de calcio y 6 mL de una solucin de sulfato de aluminio (1 g/L) y se mantuvo

la agitacin por 5 minutos, tiempo despus del cual, se detuvo la agitacin y se dej

reposar el jugo por 2 horas. Posteriormente se midi la altura del precipitado formado.

Este experimento se repiti variando las cantidades de sulfato de aluminio adicionado. Se

prob la adicin de 8, 10, 12 y 14 mL y en cada caso se midi la altura del precipitado

formado.

2.2.3 Secado por aspersin del jugo de maguey

2.2.3.1 Acondicionamiento del jugo para su deshidratacin

Se extrajo el jugo de maguey y posteriormente se clarific de acuerdo a lo mencionado en

la seccin 2.2.2.3. Se midieron 500mL de jugo ya clarificado y se procedi a evaporar

dicho jugo hasta una concentracin aproximada de 20Brix, utilizando un rotavapor [Buchi,

Mxico, modelo R-200/205]. A las siguientes condiciones: Temperatura del bao de

calentamiento = 60 C; Temperatura del agua de enfriamiento = 0 C;Presin absoluta =

75 mbar. Tiempo aproximado de evaporacin = 1 hora 30 min / 500mL de jugo.

Para el proceso de evaporacin se procedi de la siguiente manera: la presin del equipo

fue disminuyendo lentamente hasta alcanzar 75 mbar de presin absoluta y el matraz que

contiene el jugo se fue sumergiendo lentamente en el bao de agua a 60 C de

10

temperatura, hasta que se alcanz la estabilidad del sistema. Una vez evaporado el jugo

se filtr por algodn, para eliminar partculas grandes.

2.2.3.2 Deshidratacin del jugo de maguey

El material previamente acondicionado se deshidrat aplicando el mtodo de secado por

aspersin. Se utiliz un secador por aspersin experimental (SPAGA9601, IPN, Mxico)

(Alamilla, L., 2004). Este secador opera con un aspersor tipo boquilla neumtica de doble

fluido y en flujo paralelo. El jugo de maguey se sec por aspersin a cinco diferentes

temperaturas de operacin (entrada/salida del aire de secado), las cuales se mencionan

en el cuadro 4. La alimentacin del jugo fue de 1.2 L/h y el flujo volumtrico de aire fue de

0.02 m3/s en todos los casos. Por otro lado, con el fin de realizar un anlisis comparativo

de los fructooligosacridos existentes en el Agave, se procedi a deshidratar una solucin

de inulina comercial (Raftiline GR, granulado, 92 % de inulina, 8% de glucosa, fructosa

y sacarosa y DP= 10) al 20% (p/v), a una temperatura de entrada/salida del aire de

secado de 150/125 C. La alimentacin de la solucin de inulina comercial se realiz a 1.2

L/h y con flujo volumtrico de aire de 0.02 m3/s. Los polvos obtenidos del secador por

aspersin, se conservaron en bolsas con sello hermtico para su posterior estudi.

Cuadro 4. Temperaturas de secado del jugo de maguey

2.2.4 Anlisis de partculas del polvo deshidratado

Una vez realizada la deshidratacin del jugo de maguey mediante el secado por

aspersin, a las condiciones mencionadas en la seccin 2.2.3.2, se procedi a tomar

muestras del polvo deshidratado, para su anlisis correspondiente de distribucin de

tamaos y tamao medio de partcula y anlisis morfolgico cualitativo. Estos estudios se

Prueba Temperatura

de entrada del

aire (C)

Temperatura

de salida del

aire ( C)

Temperatura

del aire a la

descarga( C)

1 90 50 70

2 120 104 70

3 150 125 76

4 180 150 84

5 200 150 70

11

llevaron a cabo mediante la aplicacin de microscopia ptica y electrnica de barrido,

siguiendo el procedimiento de la seccin posterior.

2.2.4.1 Distribucin y tamao medio de partcula

Cada muestra se coloc en un portaobjetos y se cubri con un cubreobjetos. Preparada la

muestra, se coloc en el microscopio (Axiophot 1 de Carl Zeiss) con objetivo 40 X e

iluminacin de campo claro, teniendo como aumentos totales, 400X. Con el fin de realizar

un anlisis del tamao medio de la partcula (Alamilla y col., 2005), se midi el dimetro

de partcula mediante un software llamado Programa de Captura y Anlisis de Imagen

(KS400 versin 3.0)en cada una de las imgenes obtenidas y posteriormente se realiz

el anlisis correspondiente a la distribucin de tamao de partcula de cada muestra.

2.2.4.2 Descripcin morfolgica de partculas

Se procedi a tomar una muestra del material en polvo y se observaron a 1500 x por

medio de un microscopio electrnico de barrido [JEOL, modelo JBM-5900LV]. (Alamilla y

col., 2005). A partir de la captura de imgenes, se procedi a realizar un anlisis

cualitativo del tipo de morfologa desarrollada por las partculas en cada de las

condiciones de operacin.

2.2.5 Caractersticas de calidad del producto seco

2.2.5.1 Determinacin de humedad del polvo

Se tomaron muestras del polvo de maguey deshidratado y se procedi a determinar el

contenido de humedad de cada una de las muestras. El anlisis se realiz mediante un

mtodo termogravimtrico utilizando una termobalanza (Brainweigh, modelo MB300) de

acuerdo al mtodo AOAC 32.1.02 (AOAC, 1995).

2.2.5.2 Determinacin de la densidad empacada del producto deshidratado

Se pes una probeta de 10mL vaca registrando el peso de la misma, posteriormente se

llen con el polvo de maguey hasta el nivel de los 10 mL. Esta se golpea sobre una

superficie plana 100 veces desde una altura de 5 cm, para que el polvo se empaque

dentro de la probeta, finalmente se vuelve a pesar la probeta con el polvo para obtener la

masa de polvo empacada dentro de la probeta y as determinar la densidad empacada de

cada muestra (Jumah,2000).

2.2.5.3 Determinacin de la humectabilidad del producto deshidratado (Niro

Atomizer, 1978)

Se pes un gramo de polvo de maguey y se coloc en un vaso de precipitados de 40 mL.

El contenido se vaci en un vaso de 500 mL con 100 mL de agua destilada desde una

12

altura de 15 cm del nivel del agua y se tomo el tiempo para que el polvo se hidratara

completamente y no se observara polvo seco en la superficie del agua.

2.2.5.4 Determinacin de la cantidad de fructanos en el producto deshidratado.

Se pesaron 200 mg de polvo y se disolvieron en 10 mL de agua destilada. Se elabor una

dilucin 1:5 y se determinaron fructooligosacridos como en los puntos 2.2.1.4 y 2.2.1.10.

2.2.5.5 Anlisis estadsticos empleados.

Se evalu si las determinaciones qumicas (azcares reductores, glucosa, fructosa, pH,

Brix y acidez) realizadas para cada muestra presentaban diferencia estadsticamente

significativa a un nivel de probabilidad de 0.05% mediante anlisis de varianza (Bowker,

1972).

3. RESULTADOS Y DISCUSIN

3.1 Anlisis qumico proximal

En el cuadro 5 se puede observar que el componente mayoritario de la materia prima es

agua, ya que esta presenta un contenido de humedad muy elevado, cercano al 90%.

Cuadro 5. Composicin de Agave atrovirens Karw

Los resultados son promedio de tres determinaciones error estndar

Experimentalmente, pudo observarse que no hubo una gran variacin en cuanto al

contenido de humedad entre penca y penca de las muestras analizadas, lo cual implica

que las muestras se encontraban en condiciones adecuadas para su extraccin y ninguna

Determinacin % Base hmeda % Base seca

HUMEDAD 87.41 0.8 -----

CENIZAS 0.43 0.02 3.39

EXTRACTO ETEREO 0.21 0.01 1.67

PROTEINAS 0.32 0.01 2.51

FIBRA INSOLUBLE 3.35 0.08 26.63

FIBRA SOLUBLE 0.36 0.02 2.86

ENN (por clculo) 7.92 0.09 62.94

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de ellas haba sufrido alteraciones significativas que modificaran la cantidad de sus

componentes presentes. La humedad de las muestras es un parmetro variable que

depende de factores que afectan a la planta, tales como la estacin o la poca del ao.

Este parmetro tambin puede reflejar el tiempo que la muestra ha estado separada de la

planta despus de que se llev a cabo el corte de la misma (Rojas, 2001)

El componente siguiente en cantidad se refiere al contenido de extracto no nitrogenado.

Este se refiere a sustancias que principalmente se catalogan como carbohidratos. Dentro

de este porcentaje se deben encontrar los FOS, dado que aunque estos componentes

son un polmero indigerible y pueden ser considerados como una fibra soluble, el mtodo

para la cuantificacin de fibra soluble de la AOAC no los detecta como tal (Hoebregs,

1997). Puede observarse que la proporcin de fibra insoluble es ms alta que la de fibra

soluble. La fibra insoluble se compone de materiales celulsicos que le dan resistencia a

la planta, y esta cantidad de fibra es lo que dificulta el manejo del material debido a que

evita la facilidad para cortarlo, as como para acondicionarlo fcilmente (Rojas, 2001)

Los dems componentes como son el extracto etreo, la fibra soluble, las protenas y las

cenizas, se encuentran en cantidades muy pequeas, menores a 0.5 % de la muestra

fresca, por lo que son los componentes que pueden presentar menor interferencia para

los fines perseguidos por este trabajo, como son la extraccin de los FOS y su purificacin

para la obtencin de un aditivo alimentario.

3.2 Determinacin de azcares por el mtodo de Ting

3.2.1 Curva tipo de azcares reductores totales.

Para la cuantificacin de azcares reductores totales se construy una curva tipo como se

describi en la metodologa (Anexo A). Se obtuvo una curva con coeficiente de

correlacin alto, pero se observo que la curva se mantena lineal hasta concentraciones

de 0.12 g/ 100 mL y a concentraciones mayores, ya no segua la misma relacin. Se

determino el factor K de esta curva, como se menciona en la seccin 5.2.1.7.1 (formula

10) utilizando slo los valores en los cuales se obtena la relacin lineal y se delimit la

curva para usarse a concentraciones de 0.02 a 0.12 g / 100 mL de azcares reductores

totales. El factor K que se obtuvo fue de 0.27 (g/100 mL / unidad de absorbancia).

3.2.2 Curva tipo de glucosa y fructosa

Para la cuantificacin de glucosa y fructosa se realizaron 2 curvas tipo de acuerdo a lo

descrito en la seccin de mtodos (Anexo A). Se obtuvieron curvas que conservaban la

linealidad hasta concentraciones de 0.12 g/ 100 mL de azcar. A concentraciones

mayores se observ una prdida de la relacin lineal, probablemente debida a los

14

reactivos utilizados para elaborar las curvas. Se calcularon los factores kf y kg de las

curvas utilizando slo los puntos donde la curva mantena la relacin lineal. El factor kg

que se obtuvo fue de 3.06 (g /100 mL / unidad de absorbancia) y el factor kf fue de 0.28

(g/100 mL/unidad de absorbancia). El factor Q calculado de la relacin entre kg y kf fue de

10.99 (adimensional).

3.2.3 Validacin de la curva tipo.

En el cuadro 6 se presentan los resultados de la validacin de la curva tipo.

Cuadro 6. Resultados de la validacin de la curva tipo (g/ 100 mL)

Muestra de Sacarosa ART

A

515 nm

100 C

A 515n

m 55 C

Conc. de ADR

determinada

Fa

G

F DP*

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N/A 0.02 0.08 0.04 0.02 0.01 0.01 0.01 1.9 0.04 0.15 0.08 0.04 0.02 0.02 0.02 1.9 0.06 0.23 0.12 0.06 0.03 0.03 0.03 2.0 0.08 0.29 0.15 0.08 0.04 0.04 0.04 1.9 0.10 0.37 0.19 0.10 0.05 0.05 0.05 2.0 0.12 0.42 0.24 0.11 0.07 0.05 0.06 2.1 0.14 0.45 0.26 0.12 0.07 0.05 0.07 2.3

DP prom = 1.97 +/- 0.08

DP= grado de polimerizacin; ARD= Azcares reductores totales; Fa= Fructosa aparente; G= Glucosa; F= Fructosa

La validez de la curva tipo se corrobor debido a que se hizo un escalamiento del mtodo

original descrito por Ting, en el cual, se usaban volmenes 10 veces mayores a los que se

usaron en el desarrollo de este trabajo. Para comprobar que el mtodo no presentara

errores por dicha modificacin se procedi a analizar una muestra de sacarosa hidrolizada

de acuerdo a lo descrito en la seccin de mtodos. Se determino la concentracin de

azcares reductores totales, glucosa y fructosa de soluciones de concentracin conocida.

Con los datos obtenidos se obtuvo el grado de polimerizacin medio para comprobar que

este tena una exactitud adecuada. El grado de polimerizacin medio es mucho ms

sensible a los errores del mtodo debido a que se trata de la relacin entre la fructosa y la

glucosa calculada, por lo que al corroborar que el grado de polimerizacin sea

15

aproximadamente el grado de polimerizacin de la sacarosa (DP = 2) se puede tener

cierta confiabilidad acerca de la exactitud del mtodo y las curvas tipo elaboradas.

Al comparar la concentracin real de azcares reductores provenientes de la sacarosa

con la concentracin de azcares determinada por el mtodo, se observ que el error ms

grande se obtiene en concentraciones mayores a 0.10 g / 100 mL. Esto puede deberse a

que en dichas concentraciones, la curva tipo que se elabor tiende a perder la relacin

lineal que la caracteriza de acuerdo a la ley de Buger y Beer, por lo que el mtodo se

vuelve impreciso y no se recomienda su uso en concentraciones mayores a 0.12 g / 100

mL. El error promedio que se obtuvo para los azcares reductores totales fue de 2.08 %

en el rango de 0 a 0.10 g / 100 mL

En cuanto a la determinacin de glucosa y fructosa, se esperaba que los valores

determinados de acuerdo al mtodo fueran la mitad del valor de la concentracin de

azcares reductores totales de cada solucin. Del mismo modo se observ que en

concentraciones menores a 0.12 g/ 100 mL, el valor determinado de la glucosa y la

fructosa es aproximadamente la mitad del total de azcares reductores de la solucin.

Debido a esto, es de esperarse que el grado de polimerizacin medio de la sacarosa (DP

=2) determinado, sea aproximadamente el mismo que el calculado con la relacin de

glucosa y fructosa. Puede observarse que a concentraciones menores a 0.12 g/ 100 mL el

DP es muy cercano a 2 y en concentraciones mayores a esta, se observa mayor error,

debido a que, como se mencion anteriormente el mtodo pierde exactitud. El error que

se obtuvo para la determinacin de la glucosa fue de 5.37 % y para la fructosa fue de

2.33%. El grado de polimerizacin promedio de todas las determinaciones fue calculado

excluyendo el valor obtenido en 0.14 g/ 100 mL de azcar reductor, debido a que el

mtodo pierde exactitud, de esta forma, se determino que el grado de polimerizacin que

se puede determinar utilizando el mtodo es de 1.97 +/- 0.08, lo cual es suficientemente

preciso y exacto para corroborar que el mtodo funciona para determinar tanto los

azcares reductote totales como la glucosa y la fructosa de cada solucin. El error en la

determinacin del grado de polimerizacin fue de 3.5 %.

3.3 Determinacin de azcares libres y fructooligosacridos en las muestras.

3.3.1 Determinacin de azcares reductores, glucosa y fructosa libres.

Los resultados de la determinacin de azcares reductores, glucosa y fructosa libres se

presentan en el cuadro 7.

16

Cuadro 7. Determinacin de azcares reductores libres en las muestras de Agave

(g/100g de muestra)

En ste se puede observar que las muestras no presentaron diferencia estadsticamente

significativa (p 0.05) mediante anlisis de varianza, en el contenido de azcares

reductores libres, glucosa libre ni fructosa libre. Esto puede deberse a que se

seleccionaron pencas que diferan poco en cuanto al estado de maduracin. Los valores

de azcares reductores fluctuaron de 1.2 a 1.6 %, los de glucosa tuvieron valores de 0.4 a

0.6 % y la fructosa libre vari en el rango de 0.57 a 1.2 %.

3.3.2 Determinacin de glucsidos y sacarosa en las muestras

Los resultados de la determinacin de glucsidos se muestran en el cuadro 8.

Cuadro 8. Determinacin de glucsidos y sacarosa en las muestras de Agave

(g/ 100 gmuestra).

Muestra ART

Glucosa

Fructosa

DP Glucosidos

Penca 1 0.006 0.002 0.003 0.002 0.003 0.001 3.1 1.6 0.005 0.002 Penca 2 0.006 0.007 0.005 0.005 0.001 0.002 1.1 0.2 0.006 0.007 Penca 3 0.011 0.005 0.008 0.002 0.003 0.004 1.4 0.4 0.011 0.005

ART= Azcares reductores totales

Las pencas de agaves seleccionadas no presentaron diferencia estadsticamente

significativa (p 0.05) mediante anlisis de varianza en el contenido de azcares

reductores, glucosa, fructosa, grado de polimerizacin ni glucsidos determinados. Los

resultados fueron bajos fluctuando en los valores de 0.005 a 0.011 % y con grado de

polimerizacin de 1.4 a 3.1. Esto implica que los glucsidos se componen principalmente

de glucosa y aunque poseen cierta cantidad de fructosa, esta puede provenir de la

sacarosa o de algunos fructanos de bajo peso molecular como la cestosa. Estos valores

pueden deberse a errores del mtodo ya que la cantidad de azcares es muy baja.

3.3.3 Determinacin de fructooligosacridos en las muestras

Los resultados de la determinacin de FOS en las muestras de agave se muestran en el

cuadro 9.

Muestra Reductores Glucosa Fructosa

Penca 1 1.61 0.02 0.39 0.26 1.23 0.25 Penca 2 1.21 0.33 0.63 0.04 0.58 0.37 Penca 3 1.42 0.11 0.63 0.10 0.80 0.01

17

Cuadro 9. Determinacin de FOS en las muestras de Agave (g/ 100 g muestra)

Muestra Reductores

Glucosa Fructosa DP FOS

Penca 1 2.46 0.13 0.01 0.00 2.46 0.13 < 30 2.22 0.01 Penca 2 1 0.03 0.00 0.00 0.99 0.03 < 30 0.90 0.03 Penca 3 1.39 0.29 0.55 0.45 0.84 0.18 3.6 1.3 1.30 0.32

Mediante anlisis de varianza (p = 0.05) se encontr que la penca 1 fue estadsticamente

diferente a las pencas 2 y 3 en cuanto al contenido de FOS, y al contenido de fructosa, sin

embargo, el contenido de glucosa slo presento diferencia en la penca 3.

Cabe sealar que las pencas 2 y 3 provienen del mismo agave y la penca 1 proviene de

un agave diferente. La diferencia en el contenido de FOS puede deberse a que el agave

del que se tom la penca 1 tuviera mayor edad y por consiguiente el contenido de

fructanos sintetizados sea mayor que en el agave de donde se tomaron las pencas 2 y 3.

Por lo anterior, el contenido de FOS se ve afectado por el estado de madurez del cual se

obtenga el agave, lo cual concuerda con lo reportado por Mendez (1999), pero dentro del

mismo agave, las pencas tomadas poseen prcticamente el mismo contenido de FOS.

Tambin es probable que las condiciones de maduracin de los agaves fuera diferente,

puesto que de acuerdo a Granados (1993) cuando el desarrollo de la planta es ms lento,

existe una mayor acumulacin de carbohidratos, lo cual puede tambin afectar el

contenido de glucosa entre las pencas 2 y 3. Los resultados de FOS fluctuaron entre 2.22

y 0.9 g /100 g muestra, lo cual es comparable con el contenido de FOS reportado por

Martnez del Campo (1999) en la agave tequilero de 2.37 % y en el aguamiel de agave

pulquero cuyas concentraciones varan desde 0.8 a 1.7 %.

3.3.4 Validacin del mtodo de determinacin de azcares en las muestras

En el cuadro 10 se muestra el contenido de FOS determinado en Inulina de Dalia y

Maltodextrina.

Cuadro 10. Contenido de FOS en inulina de Dalia y Maltodextrina (g/ 100 mL jugo)

Muestra Reductores Glucosa Fructosa DP FOS Inulina de Dalia

96.75 3.88 0.37 5.88 96.38 2.02 263.6 158

87.1 4.08

Maltodextrina 0.00 0.00 0 0 0.00 0.00 N/A 0 0 DP= grado de polimerizacin, N/A= no aplica

18

Se puede observar que el mtodo es efectivo para la determinacin de FOS, debido a que

se detecta 87 % de la muestra que se coloc como prueba. Este porcentaje puede

deberse a que la cantidad de enzimas utilizadas no fueron suficientes para hidrolizar por

completo a la inulina, en las condiciones en las que se prob el mtodo, sin embargo, el

mtodo es til para la determinacin correcta de hasta 0.48 g/ 100 mL de FOS en la

solucin. Para concentraciones mayores es necesario diluir la muestra debido a que la

hidrlisis no sera completa y la absorbancia no estara dentro del intervalo de la curva

tipo para la determinacin.

En cuanto al grado de polimerizacin, se reporta que la inulina de Dalia tienen un grado

de polimerizacin de 29 a 30 (Moerman, 2004) por lo que puede verse que para grados

de polimerizacin tan altos, el mtodo no tiene la exactitud que se comprob con la

sacarosa (3.5 %), debido a esto, la conversin de azcares reductores a inulina se lleva a

cabo considerando el grado de polimerizacin lmite de una molcula con el mayor grado

de polimerizacin, por lo que los azcares reductores se multiplican por 0.9 para obtener

los FOS.

En el caso de la determinacin de glucsidos (cuadro 11) puede observarse que en la

inulina se detecta 5 % de estos azcares, esto se puede deber a los azcares de bajo

peso molecular presentes en la inulina de dalia que pueden ser sacarosa, cestosa y

nistosa (Moerman, 2004)

Cuadro 11. Determinacin de glucsidos en inulina de Dalia y Maltodextrina (g/ 100

mL jugo)

Muestra Reductores Glucosa Fructosa DP Glucsidos y azcares

libres Inulina de

Dalia 4.91 1.5 2.65 1.64 2.26 0.87 2.2 0.76 4.68 1.492

Maltodextrina 91.89 2.34 96.77 2.26 - 2.88 0.11 1 82.70 2.11

Esto se debe a que la maltasa es capaz de hidrolizar los enlaces b (2-1) presentes en los

FOS de bajo peso molecular as como los de la sacarosa. La maltodextrina se compone

nicamente de glucosa y puede observarse que se hidroliza casi por completo con las

enzimas utilizadas y en las condiciones establecidas para el mtodo. Aunque la hidrlisis

no es total, la cantidad que puede detectar el mtodo es de 0.44 g/ 100 mL de solucin, lo

cual de la misma manera que en el caso de la determinacin de FOS, es suficiente para el

anlisis, debido a que soluciones muy concentradas requieren ser diluidas a una

19

concentracin menor a 0.12 g / 100 mL jugo para poder ser detectadas mediante

absorbancia en la curva tipo. En la fructosa se obtienen valores negativos probablemente

debido a que los errores del mtodo son mucho mayores a los detectados con la

sacarosa, cuando la concentracin de glucosa es mucho mayor a la concentracin de

fructosa (como en este caso, que el polmero se compone de glucosa solamente).

3.3.5 Determinacin de pH, % slidos solubles ( brix) y acidez titulable en las

muestras

Cuadro 12. Determinacin de pH, % slidos solubles (Bx) y acidez titulable en las

muestras

Muestra pH Bx Acidez Titulable (% cido mlico)

Penca 1 5.03 0.03 9 0.09 0.33 0.00 Penca 2 5.34 0.03 5 0.03 0.5 0.00 Penca 3 5.13 0.02 8 0.05 0.55 0.06

Los resultados que se presentan en el cuadro 12 mostraron diferencia significativa (p

0.05) en el pH determinado, slidos solubles y contenido de cido mlico. No se encontr

correlacin entre el pH y el contenido de FOS en las muestras, debido a que el pH de las

3 pencas tiende a variar, encontrndose los pH menos cidos en las pencas 2 y 3 que

provienen del mismo agave y que poseen la menor cantidad de FOS, sin embargo en

estas pencas se determino un mayor contenido de acidez titulable. Por lo anterior, se

puede suponer que el pH no es nicamente dependiente de la cantidad de cido libre de

la materia prima, sino que existen otros componente que actan como reguladores del pH

tales como los fosfatos y otras sales minerales (Snchez, 1979). Los slidos solubles

variaron entre las pencas 2 y 3 que provienen del mismo agave y entre la penca 1 de un

agave ms maduro, esto implica que la cantidad de slidos solubles dentro de las

muestras no tiene una correlacin directa con el contenido de FOS, puesto que a mayor

cantidad de FOS como en la penca 1 se obtiene mayor cantidad de slidos solubles, sin

embargo en la penca 3 que tiene un contenido menor de FOS, los slidos solubles son

muy semejante a los de la penca 1. Esto no concuerda con lo reportado por Rojas (2001)

quien observ que a pH tendiente a la neutralidad mayor cantidad de slidos solubles, el

contenido de carbohidratos es mayor, sin embargo, de acuerdo a Snchez (1979) la

composicin qumica de los agaves depende de la edad del maguey, fase de

reproduccin en la que se encuentre, y otros factores y adems, de acuerdo a Granados

(1993) tambin es importante la velocidad con la que madura el agave.

20

3.4 Extraccin y clarificacin del jugo de maguey

3.4.1 Determinacin del contenido de azcares extrados a diferentes temperaturas.

La concentracin de fructanos aument con la temperatura de extraccin, como se

observa en la Figura 3.

Figura 3. Concentracin de fructanos en funcin de la temperatura de extraccin.

Esto se debe a que la solubilidad de los carbohidratos polimricos tiene una relacin

directa con la temperatura, as como con la longitud de la cadena (Moerman, 2004), por lo

que a mayor temperatura se obtiene una mayor cantidad de fructanos de la extraccin.

Aunque a 80 C la cantidad de fructanos extrados es mayor, es necesario recalcar que si

el pH de la solucin no se mantiene por arriba de 5, los FOS pueden depolimerizarse

parcialmente (AACC, 2000).

3.4.2 Determinacin de actividad enzimtica de inulinasa de los extractos en funcin

de la temperatura de extraccin.

Asimismo, se observ que la actividad enzimtica de inulinasa increment con respecto a

la temperatura de extraccin, probablemente debido a que las enzimas se encuentran en

mayor concentracin en el extracto y a que a mayor temperatura aumenta su actividad

(Figura 4)

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

30 40 50 60 70 80 90

Temperatura C

Co

nce

ntr

aci

n d

e F

OS

(%

)

21

Figura 4. Actividad enzimtica en funcin de la temperatura de extraccin.

Sin embargo, se observ una reduccin de la actividad a una temperatura de 80C,

alcanzando un valor mnimo de 0.05 mmol azcar reductor / min (U), probablemente a

causa de la desnaturalizacin trmica de las enzimas. De esta forma se puede reducir la

hidrlisis enzimtica del jugo, debido a las enzimas endgenas.

La temperatura donde el tratamiento trmico reduce la actividad enzimtica al mnimo fue

de 80 C, por lo que mediante este tratamiento se puede evitar la operacin de escalde,

la cual es indeseable pues puede disminuir la cantidad de fructanos por disolucin en el

agua de escalde, as como puede producir depolimerizacin si el pH es menor a 5.

3.4.3 Determinacin de las condiciones de clarificacin.

La variacin de la cantidad de sulfato de aluminio utilizado como agente floculante,

aument la altura del precipitado hasta un nivel mximo de 1 cm, con 0.10 g / L de

floculante, despus del cual, mayores cantidades de agente floculante, provocan una

disminucin de la cantidad de precipitado formado, como se puede observar en la Figura

5. sto se debe a la resolubilizacin del flculo debido a que al agregar una mayor

cantidad de floculante, la carga electrosttica y el potencial z del sulfato de aluminio se

modifican con lo cual se propicia la resolubilizacin del precipitado (Chen, 1991).

Es importante recalcar que la adicin de Ca(OH)2 tiene 2 funciones principales: la primera

es formar complejos con las sustancias albuminoideas y gomosas para removerlas por

decantacin, y la segunda es elevar el pH a 7 para evitar la depolimerizacin de los FOS y

las reacciones de oscurecimiento en procesos posteriores como el secado.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

30 40 50 60 70 80 90

Temperatura C

Act

ivid

ad e

nzi

mt

ica

(U)

22

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.07 0.09 0.11 0.13 0.15

Concentracin de floculante (g/L)

Altu

ra d

el p

reci

pita

do f

orm

ado

en 1

00

mL

de ju

go (

cm)

Figura 5. Efecto de la concentracin de floculante en el jugo en la altura del precipitado formado

Se logr la clarificacin del producto al adicionar 0.7 g Ca(OH)2 /L jugo, incrementando el

pH a 6.5, con calentamiento a 90 C. La cantidad de Al2(SO4)3 necesaria para una buena

clarificacin fue de 0.12 g/L jugo, puesto que a mayor concentracin se observ la

resolubilizacin del floculo (Laurenzo y Navia, 1999)

3.5 Secado por aspersin del jugo de maguey

3.5.1 Distribucin y tamao medio de partcula

Con las mediciones del dimetro de partcula se obtuvo el dimetro medio, el dimetro

Sauter (dimetro de una partcula que tiene la misma relacin volumen/superficie que

todas las partculas en el polvo) y el coeficiente de variacin. Este ltimo est relacionado

con la dispersin del sistema en cuanto a la distribucin de tamaos de partcula (Walstra,

2003).

En el Cuadro 13, se observa un aumento, tanto en el dimetro promedio como en el

dimetro Sauter de partcula con respecto al aumento en la temperatura de secado.

Cuadro 13. Dimetro de partcula a diferentes temperaturas de secado

Temperatura de entrada/salida

Dimetro promedio

Dimetro Sauter CV

90/50 13.33 16.73 0.39

23

120/104 17.65 20.55 0.43 150/125 16.24 26.48 0.55 180/150 14.70 18.73 0.38 200/150 19.43 21.08 0.34

Se midieron 600 partculas en cada Temperatura entrada/salida

Es importante hacer notar que si bien es cierta dicha tendencia, a temperaturas

intermedias (120/104 C y 150/125 C), no hay diferencia importante en el tamao medio

de partcula, y a temperaturas altas existe variacin del dimetro, puesto que a una

temperatura de 180C/150C el dimetro disminuye y a 200C/150C la partcula se

expande. Estos aumentos en tamao de partcula, se deben a que durante el secado,

este material tiende a expandirse, colapsarse, encogerse y volverse a inflar, como ocurre

en algunos otros materiales (Walton, 2000). En cuanto el coeficiente de variacin, si ste

es cercano a 0.1 la dispersin es baja, por el contrario si es cercana a 0.5, la dispersin

es muy amplia (Walstra, 2003). Para todos los casos de estudi, se observ que la

dispersin de partculas es cercano a 0.5, lo cual implica que independientemente de la

temperatura, se presenta una amplia dispersin de tamaos de partculas. Es probable

que esta dispersin se deba principalmente a caractersticas relacionadas directamente

con el diseo del aspersor, ms que a la temperatura de secado del material. El anlisis

de la distribucin se muestra por medio de un histograma de distribucin de tamao de la

partcula (Figura 6).

Figura 6. Distribucin de tamao de partculas a diferentes temperaturas de secado

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

2.40625 7.87375 13.34125 18.80875 24.27625 29.74375 35.21125 40.67875 46.14625 51.61375 y mayor...

Clase

Frec

uenc

ia

90

120150180

200

Distribucin del Tamao medio de la Partcula Distribucin del Tamao medio de la Partcula

24

Se observa que el porcentaje del nmero de partculas que caen en un intervalo de

tamao mayor a 13m va aumentando conforme aumenta la temperatura de entrada/

salida (Anexo B), ya que las gotas asperjadas estn sujetas a la diferente distorsin de

formas a las que esta sujeta debido a las condiciones de operacin del secador y

caractersticas de secado del material as como su trayectoria a travs de la cmara del

secador (Master, 1979). Este mismo efecto de expansin puede provocarse tambin al

variar la velocidad de alimentacin manteniendo la temperatura constante. Por tanto, la

curva de distribucin del tamao medio comprueba la dispersin homognea que tiene el

material deshidratado a 90C/50C por la distribucin angosta que presenta y se puede

observar que a una temperatura de 150C/125C se tiene una mayor amplitud de la

dispersin.

3.5.2 Descripcin morfolgica de partculas

A bajas temperaturas de entrada/salida del aire de secado (90/50C) el material

deshidratado presenta un alto grado de partculas colapsadas o encogidas con una

superficie relativamente rugosa y una estructura esfrica mientras que el material

deshidratado a altas temperaturas (120C/104C,150C/125C y 200C/150C) presentan

un mayor porcentaje de partculas expandidas, con una especie de poro, una superficie

aparentemente lisa y una estructura esfrica, con excepcin del material deshidratado a

180C/150C que presenta partculas expandidas y con una estructura fragmentada sin

llegar al rompimiento de la partcula. Esto concuerda con lo reportado por Alamilla y col.

(2005), quienes encontraron que en el proceso de secado por aspersin, el producto esta

sometido a 3 etapas de secado, donde en la tercera etapa se observa una expansin

considerable de la partcula. Por tanto, debido a la descripcin cualitativa del material

deshidratado a diferentes temperaturas de secado y de acuerdo a la clasificacin

reportada por Walton (2000), las partculas en este caso tienden a ser formadoras de

coraza (costra), as mismo se puede decir que tienen una superficie plstica o flexible, ya

que pueden inflarse y colapsarse con una costra reformada o continuar expandindose

(Master,1979), sin presentar rompimiento completo de la partcula, como es el caso de

las partculas deshidratadas a 180C/150C. As mismo en las condiciones de

120C/104C y a 150C/125C se presenta una especie de poro, debido a que la partcula

que ya ha formado una coraza en su superficie busca liberar la presin interna que se

genera por la evaporacin del agua durante el secado, manteniendo as una estructura

esfrica sin colapsarse, por la presencia de una superficie flexible que caracteriza a las

partculas.

25

3.5.3 Caractersticas de calidad del producto seco

3.5.3.1 Determinacin de humedad del polvo

Como se puede observar en la figura 8, la humedad del polvo obtenido, va disminuyendo

conforme aumenta la temperatura de entrada y salida del aire. De acuerdo a Oakley

(1997) entre mayor sea la temperatura de secado, mayor ser la transferencia de calor

hacia la gota, asimismo se presentar una mayor velocidad de difusin interna de

humedad de la partcula a la interfase y posteriormente de la interfase a la fase gaseosa,

lo cual permite que el producto tenga menos humedad.

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250Temperatura (C)

Hu

med

ad (

%b

.s)

Figura 8. Relacin grfica entre la humedad de la muestra y la temperatura de

secado

As mismo, estas altas velocidades de transferencia de calor, permiten que la partcula

sea de un mayor tamao y con una coraza relativamente delgada, lo que facilita dicha

difusin de humedad al exterior (Oakley, 1997)

3.5.3.2 Determinacin de la densidad empacada del producto deshidratado

La densidad empacada va disminuyendo conforme aumenta la temperatura del aire de

secado (Figura 9), as mismo esta caracterstica se encuentra relacionada con el tamao

medio y la estructura de partcula por lo que se observa que a mayor tamao medio de la

partcula, la densidad empacada va disminuyendo, pues la estructura de la partcula es

esfrica, y al momento de empacar partculas con dimetro medio grande se tiene una

menor facilidad de empacar las partculas ya que existen espacios entre partculas, por el

contrario s la partcula tiene un tamao pequeo existirn menos espacios libres entre

partculas y aumentar la densidad empacada.

26 0

100200300400500600700800

Hum

ecta

bilid

ad (

seg.

)

0

5

10

15

20

25

30

DS

aute

r (

m)

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250Temperatura (C)

Den

sid

ad e

mp

acad

a (g

/mL

)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

D S

aute

r(m

)

Sauter Densidad empacada (g/ml)

Figura 9. Relacin grfica entre la densidad empacada y la temperatura de

secado; y dimetro Sauter y la temperatura de secado

Segn Jumah (2000), el efecto que tiene la temperatura de entrada del aire contra la

densidad empacada es inversamente proporcional, es decir que a altas temperatura la

densidad empacada tiende a disminuir. Sin embargo, el material deshidratado a 150/

125C que tiene un dimetro de partcula relativamente mas grande que el material

deshidratado a 120/104C no se comporta como se ha mencionado antes, ya que entre

estos valores no hay un cambio significativo debido a que el comportamiento de la

partcula no varia en relacin al incremento de la temperatura. Es importante considerar

que si existe gran dispersin en el tamao de las partculas, las de menor tamao tienden

a ocupar los espacios libres existentes entre partculas mayores, por lo que el producto

final presentar un mayor empaque a pesar de que su tamao promedio corresponda al

de partculas relativamente grandes. Aun, as se observa que la densidad empacada s

disminuye conforme aumenta el tamao de partcula y la temperatura.

3.5.3.3 Determinacin de la humectabilidad del producto deshidratado

La humectabilidad se refiere a la capacidad de la partcula de polvo para adsorber agua

en su superficie (Barbosa- Canovas y Vega- Mercado, 2000). De acuerdo a los resultados

obtenidos (Figura 10) se observa la existencia de una relacin directa entre el tiempo de

humectabilidad del polvo y la temperatura del aire de secado.

27

Figura 10. Relacin grfica entre la humectabilidad y la temperatura de secado; y

el dimetro Sauter y la temperatura de secado

De acuerdo a los cambios fsicos observados en la microestructura del polvo seco, a

menor temperatura la partcula presenta una estructura compacta de alta rugosidad que

posiblemente tenga un efecto importante en las caractersticas de slido poroso. Esto

representara un efecto favorable en el proceso de rehidratacin del polvo. Es importante

hacer notar que el resultado correspondiente a la temperatura del aire de secado de

180C/150C, present un comportamiento un tanto irregular ya que su valor de

humectabilidad fue mayor que el correspondiente a 200C/150C, esto podra atribuirse

principalmente a algn problema durante el secado del material. Sin embargo, es posible

generalizar el hecho de que la humectabilidad es afectada directamente por el tamao

medio y microestructura de las partculas, la temperatura de secado, y el contenido de

humedad del polvo. Todos estos factores son importantes en el proceso de reconstitucin

del producto seco, y en el caso especial de este polvo, puede utilizarse como un

edulcorante en productos de panificacin, como fibra diettica o como prebitico en

algunos alimentos lcteos.

3.5.3.4 Determinacin de la cantidad de fructanos en el producto deshidratado.

El contenido de FOS determinados en el producto deshidratado a diferentes temperaturas

se muestra en el cuadro 14.

Cuadro 14. Determinacin de FOS en los productos

obtenidos a diferentes temperaturas de secado (g / 100 g polvo)

T. de Secado ( C )

Reductores

Glucosa Fructosa DP FOS

90/50 41.83 0.63 9.68 0.15 32.15 0.48 4.3 0.0 38.61 0.58 120/104 39.49 0.41 11.47 0.25 28.02 0.66 3.4 0.11 36.69 0.34 150/125 40.27 4.49 11.12 4.16 29.15 0.33 3.8 1.0 37.36 4.45

28

180/150 39.75 1.36 12.02 0.79 27.73 0.59 3.31 0.11 36.98 1.30 200/150 38.17 3.67 11.54 4.09 26.63 0.42 3.47 0.91 35.51 3.71

DP = Grado de polimerizacin; temperatura de entrada/salida

Mediante el anlisis de varianza se encontr que no existe diferencia significativa (p

0.05) en cuanto al contenido de fructanos, glucosa ni al grado de polimerizacin entre las

muestras obtenidas por los 5 tratamientos, sin embargo, la cantidad de fructosa si

present diferencia estadsticamente significativa. Las diferencias encontradas de acuerdo

al mtodo de Tuckey descrito por Bowker (1972) se presentan en el Cuadro 15:

Cuadro 15. Diferencias determinadas en la cantidad de fructosa

en los productos obtenidos a diferentes temperaturas de secado.

Temperatura de

entrada/ salida C

90/ 50 120/104 150/125 180/150 200/150

90/50 DIF DIF DIF DIF

120/104 DIF ND ND DIF

150/125 DIF ND DIF DIF

180/150 DIF ND DIF ND

200/150 DIF DIF DIF ND

DIF= Diferencia significativa (p 0.05),

ND= No hay diferencia significativa

Puede observarse que a temperatura menor (90 C/50 C) el contenido de fructosa es

mayor con un valor de 32 %. El incremento de temperatura modifica la concentracin de

fructosa en el producto y a 200 C/150 C se obtiene la menor concentracin de fructosa

con un valor de 26.6 %. Pese a esta degradacin ligera de la fructosa, el contenido de

FOS y el grado de polimerizacin no se ven alterados de manera significativa, aunque

como el azcar ms afectado por la temperatura es la fructosa, sera recomendable secar

el producto a la mnima temperatura posible para conservar la fructosa en su totalidad.

Los productos obtenidos tuvieron concentraciones de FOS de 35.5 % a 38. 6 % y un

grado de polimerizacin de entre 3.4 y 4.3.

29

IMPACTO:

El maguey representa una atractiva fuente de fructooligosacridos (FOS), importantes

como polmeros de reserva energtica en la planta. Estos componentes resultan de

inters en la Industria alimentaria, debido a sus atributos funcionales y sus efectos

benficos en la prevencin de enfermedades cardiacas, el cncer, colesterol, obesidad,

osteoporosis y diabetes, entre otras. El propsito de sta investigacin fue obtener un

producto deshidratado con alto contenido de fructooligosacridos, a partir del jugo de

maguey (Agave atrovirens Karw) mediante un proceso de secado por aspersin