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Incidencia de las variables de proceso en el rendimiento de la obtenci�n del almid�n de avena (avena sativa)

 

Incidence of the process variables in the performance of obtaining oat starch (avena sativa)

 

Incid�ncia das vari�veis de processo no rendimiento de la obtenci�n del almid�n de avena (avena sativa)

 

�Adriana Isabel Rodr�guez-Basantes ^I

adriana.rodriguez@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-2532-6504

 

C�sar Arturo Puente-Guijarro ^II

cesarpuenteguijarro@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-2459-6182

 

Carlos Enrique Novillo-Yaguarshungo ^III

cnovillo@ueb.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-7146-8098

 

Correspondencia: adriana.rodriguez@espoch.edu.ec

Ciencias de la salud

Art�culo de investigaci�n

 

*Recibido: 30 de enero de 2021 *Aceptado: 17 de febrero de 2021 * Publicado: 20 de marzo de 2021

       I.            Magister en Agroindustria Menci�n en Sistemas Agroindustriales, Bioqu�mica Farmac�utica, Docente Investigador Facultad de Ciencias, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

     II.            Magister en Protecci�n Ambiental, Doctor en Ingenier�a Industrial, Ingeniero Qu�mico, Tecn�logo Qu�mico Industrial, T�cnico Superior En Gerencia De Marketing, Docente Investigador Grupo de Investigaci�n Ambiental y Desarrollo de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (GIADE), Riobamba, Ecuador.

  III.            Magister en Gesti�n Industrial y Sistemas Productivos, Ingeniero de Mantenimiento, Tecn�logo en Mantenimiento Industrial, Docente Investigador Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente, Universidad Estatal de Bol�var, Guaranda, Ecuador. �

Resumen

El trabajo de investigaci�n se enfoc� en la incidencia que tienen las variables de proceso de velocidad del equipo y tiempo de residencia en el mejor rendimiento conseguido para la obtenci�n del almid�n extra�do de avena sativa, para lo cual, se recurri� al dise�o experimental 2K, con 2 variables la velocidad y el tiempo de residencia, con un total de 4 tratamientos, posteriormente se inici� el proceso con el pesado de una masa inicial de avena, la cual se remoj� durante 24 horas, se homogeneiz�, filtr� y se dej� decantar, a continuaci�n se filtr� y se sec� a temperatura ambiente promedio de 12,9 �C� por un tiempo de 72 horas, obteniendo almid�n en forma de l�minas de capas gruesas que con la ayuda de un molido tradicional se homogeneiz� el producto, y se estableci� que el tratamiento 3 es el mejor con un rendimiento del 18,50 %; adem�s se determin� luego del an�lisis proximal y an�lisis organol�ptico que el producto cumple con las normas establecidas para el consumo humano y uso en otras aplicaciones industriales.

Palabras claves: Avena; Operaciones Unitarias; almid�n; rendimiento; an�lisis proximal.

 

Abstract

The research work focused on the impact that the process variables of the equipment speed and residence time have in the best performance achieved for obtaining the starch extracted from avena sativa, for which, the 2K experimental design was used, with 2 variables speed and residence time, with a total of 4 treatments, later the process began with the weighing of an initial mass of oats, which was soaked for 24 hours, it was homogenized, filtered and allowed to settle, then filtered and dried at an average room temperature of 12.9 �C for a time of 72 hours, obtaining starch in the form of sheets of thick layers that with the help of a traditional grinding the product was homogenized, and it was established that treatment 3 is the best with a yield of 18,50 %; Furthermore, it was determined after the proximal analysis and organoleptic analysis that the product complies with the standards established for human consumption and use in other industrial applications.

Keywords: Oats; starch; treatment; yield; analysis.

 

 

 

Resumo

O trabalho de pesquisa focou no impacto que as vari�veis de processo de velocidade do equipamento e tempo de resid�ncia t�m no melhor desempenho alcan�ado para obten��o do amido extra�do de avena sativa, para o qual, foi utilizado o planejamento experimental 2K, com 2 vari�veis a velocidade e a tempo de resid�ncia, com um total de 4 tratamentos, posteriormente iniciou-se o processo com a pesagem de uma massa inicial de aveia, a qual foi embebida por 24 horas, homogeneizada, filtrada e deixada sedimentar, em seguida foi filtrada e seca em sala m�dia temperatura de 12,9 �C por um tempo de 72 horas, obtendo-se amido em forma de l�minas de camadas grossas que com o aux�lio de uma tritura��o tradicional o produto foi homogeneizado, sendo estabelecido que o tratamento 3 � o melhor com rendimento de 18,50 %; Al�m disso, foi determinado ap�s a an�lise proximal e an�lise organol�ptica que o produto atende aos padr�es estabelecidos para consumo humano e uso em outras aplica��es industriais.

Palavras-chave: Aveia; Opera��es unit�rias; amido; rendimento; an�lise proximal.

 

Introducci�n

El Ecuador es un pa�s rico en la producci�n de m�ltiples productos agropecuarios por sus condiciones naturales aptas para el cultivo, especialmente la avena, con una producci�n de alrededor de 2000 toneladas anuales para el a�o 2020, es por este motivo, que este producto debe ser aprovechado al m�ximo en aplicaciones para la alimentaci�n humana, as� como el uso a nivel industrial (Taco Nieto, 2014). Uno de los componentes m�s utilizados es el almid�n (Brito & et al, 2019) que es un compuesto� org�nico que se los extrae principalmente de cereales como la avena (Avena sativa) que por cada 100 gramos de este material se tiene de 3 a 4 gramos de almid�n resistente, su composici�n se caracteriza por la presencia de amilosa (20 � 30 %) y amilopectica (80 � 70 %) sustancias que son utilizadas como agentes espesantes y estabilizantes en alimentos o en la producci�n de bio materiales, debido a su versatilidad de uso, bajos costos en producci�n y sus propiedades nutricionales, f�sicas, qu�micas y mec�nicas, es por este motivo, que es muy utilizado en la industria alimentaria potencializando los alimentos para el consumo diario de los habitantes (Cobana & Antezana, 2007).

Adem�s, debido a las propiedades f�sicas y mec�nicas que presenta el almid�n pueden no ser muy utilizables para la elaboraci�n de productos industriales, esto debido, a que la estructura de la f�cula resulta poco eficaz al someter este compuesto org�nico a procesos t�rmicos, variaci�n de presi�n y cambios de pH; esto ocasiona que sus propiedades f�sico � mec�nicas disminuyan su resistencia a esfuerzos de corte. La reestructuraci�n del material termopl�stico se efect�a por la descomposici�n del material al contacto con el calor y la probabilidad de que exista retrogradaci�n y sin�resis es alta. Sin embargo, estas restricciones pueden ser superadas modificando la estructura nativa del almid�n a trav�s de m�todos qu�micos, f�sicos o enzim�ticos cuya consecuencia ser� obtener almidones modificados a las condiciones espec�ficas que exige cada proceso a nivel industrial (Chuiza & Brito, 2020).

Por lo expuesto, es importante que la extracci�n del almid�n de avena se lo realiza mediante la ruptura de las paredes celulares del cereal, de tal manera, que se libera los gr�nulos de este hidrato de carbono, para esto se procede con la utilizaci�n de 4 tratamientos y se procede con la homogeneizaci�n de un peso establecido de avena con una cantidad de agua, luego se filtra (Brito H. , 2001), se deja sedimentar y se separa el l�quido sobrenadante, para posteriormente secarlo (Brito H. , Texto B�sico de Operaciones Unitarias III, 2001), a continuaci�n, se seca, se reduce el tama�o y se tamiza hasta obtener una granulometr�a homog�nea (Brito H. , Texto B�sico de Operaciones Unitarias I, 2000), se realiza el an�lisis proximal y se determina que el mejor rendimiento obtenido de acuerdo al tratamiento realizado mediante el an�lisis Anova es el 3.

 

Metodolog�a

Se procedi� con el pesado de 800 gramos de avena (Avena sativa) en estado seco, materia prima que fue obtenida en el mercado Mayorista de la ciudad de Riobamba, provincia de Chimborazo, posteriormente se remoj� en agua por un lapso de 24 horas, luego se lava con una cantidad abundante de agua sobre un tamiz hasta eliminar la mayor cantidad de impurezas, a continuaci�n, se alimenta en el reactor de mezclado 200 g con 1,2 L de agua y se homogeneiza, este proceso se lo efect�a de acuerdo al dise�o experimental 2k propuesto (dos variables la velocidad y el tiempo), es decir, 4 tratamientos con 4 repeticiones cada una, cabe mencionar, que el tiempo de mezclado a controlar es de uno y dos minutos, por consiguiente, la soluci�n obtenida se saca del reactor para filtrar, obteniendo como resultado un l�quido blanquecino con los gr�nulos de almid�n de avena, a continuaci�n se deja en reposo por 12 horas para que pueda precipitar, una vez transcurrido este tiempo, se elimina el l�quido y se deja el almid�n precipitado para luego colocarlo en bandejas para el secado al ambiente con la ayuda de los flujos de aire, tomando en cuenta que la temperatura promedio de Julio en Riobamba fue de 12,9 �C con temperaturas m�nimas de 7,1 �C y m�ximas de 18,7 �C, una vez seco el material se utiliz� un molino para reducir el tama�o (Aristiz�bal & S�nchez, 2007). Tanto los almidones con la materia prima son sometidos a un an�lisis f�sico, qu�mico y microbiol�gico para determinar su humedad, ceniza, fibra, prote�na y s�lidos totales, adem�s el almid�n obtenido ser� sometido a an�lisis de caracterizaci�n y an�lisis organol�ptico.

Tambi�n se procedi� con el an�lisis estad�stico para determinar si existen o no diferencias significativas entre los tratamientos mediante el an�lisis Anova y Tukey.

 

Resultados y discusi�n

 

Tabla 1: Caracter�sticas organol�pticas de la materia prima (avena)

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

En el an�lisis de caracter�sticas organol�pticas de la avena que se muestra en este estudio tiene ciertas variaciones en el color con el an�lisis mencionado por� (Auatral Granos, 2010) que reporta en su trabajo, donde al comparar se conoce variaciones en el color que presenta con un caf� m�s intenso y oscuro, con respecto a los resultados obtenidos en esta investigaci�n, siendo la �nica caracter�stica que var�a para el organol�ptico de la materia prima, eso se debe a� ciertos factores como el tiempo de almacenamiento de la materia prima, la forma de cosecha y la zona de producci�n agr�cola.

 

Tabla 2: An�lisis proximal de la avena

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

El an�lisis proximal es muy importante en vista de que da informaci�n relevante para su uso posterior es, por este motivo, que� (Vera, 2007) reporta resultados similares a los obtenidos en esta investigaci�n con peque�as diferencias a los obtenidos como son: la humedad con el 11,21 %, prote�na 11,37 % y comparando con (Vera, 2007) para el primer par�metro se tiene 12,45% y en prote�na 15%, (Ramir�z & Acosta , 2015) reporta una humedad igual a la presentada en este trabajo y en los dem�s par�metros al igual que en el autor anterior� con cierta incertidumbre pero que no var�a. Haciendo una comparaci�n entre estos autores se puede estimar que los valores del resultado para este estudio est�n dentro de los rangos establecidos y que estas diferencias se dan por las caracter�sticas de la materia prima utilizada y los m�todos de an�lisis proximal que se aplican en cada uno de las investigaciones.�

 

Tabla 3: Caracterizaci�n organol�ptica del almid�n de avena

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

Las caracter�sticas organol�pticas del almid�n analizadas son similares a las reportadas por (Vera, 2007), tanto en olor a harina, textura granular y sabor ligeramente dulce, con la diferencia en el color del almid�n que el autor menciona es un color blanco claro y en este estudio se� da a conocer un color beige, que en si se diferencia por el m�todo de extracci�n, en comparaci�n con el utilizado por (Vera, 2007) que usa distintos reactivos para su extracci�n, lo que indica que en la investigaci�n se tiene la presencia de impurezas.

 

Tabla 4: An�lisis proximal del almid�n

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

De acuerdo al an�lisis proximal del almid�n los resultados obtenidos arrojan valores muy diferentes a los� reportados por (Flores, 2015), pero en si� esto se debe a que la avena utilizada en el an�lisis es de una regi�n diferente al reportado en este trabajo y tambi�n se debe al� m�todo de extracci�n que reporta este autor (microondas), en cambio en esta investigaci�n el secado se lo realiz� al ambiente donde hay factores que afectan como la presencia de impurezas al momento de eliminar la humedad, pero aun as� los valores son� aceptables y� est�n dentro del rango establecido para los almidones procedentes de cereales reportado por (FEDNA, 2016) que abarca un rango de entre � 7 en cada valor de los par�metros estudiados.

 

Tabla 5: An�lisis del almid�n (amilosa y amilopectina)

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

En� el an�lisis de amilosa y amilopectina obtenidos en esta investigaci�n cuentan con un porcentaje que se encuentra en el rango establecido por la norma de la FAO, y al realizar una comparaci�n con la bibliograf�a que menciona (Gallegos, 2015) donde reporta resultados similares a los obtenidos, es decir, en el caso de la amilosa este autor menciona un rango de 24,55 a 27,12 en porcentaje� y contrastando con los resultados arrojados de amilosa 25,77 % este valor est� dentro de estos valores mencionados y para el caso de la amilopectina se muestra un� valor igual que 73,65 %.

 

Tabla 6: Rendimiento del almid�n de avena

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

 

Diagrama 1: Rendimiento en la obtenci�n del almid�n de avena

Fuente: Autores, 2021

 

Los resultados muestran que el rendimiento obtenido en la extracci�n del almid�n del tratamiento 3 es el mejor con el 18,50 %, que al ser comparado con los datos reportados por (Gallegos, 2015) con un rendimiento del 55,2 al 63,5 %, diferencias muy altas, esto debido a, que en este investigaci�n la extracci�n se lo hizo de forma rudimentaria, con operaciones de� triturado, filtrado, sedimentado y secado, que a diferencia� del m�todo usado por (Gallegos, 2015) usa diferentes reactivos para obtener un mejor rendimiento y eficacia en el proceso, donde se hace una selectividad para la operaci�n de� extracci�n del almid�n libre de otras sustancias e impurezas.

 

Tabla 7: An�lisis de la varianza- Resultado prueba Tukey

Fuente: Rodr�guez A./et al, Laboratorio de Investigaci�n, Facultad de Ciencias, ESPOCH, 2021.

 

Fuente: Autores, 2021

 

 

En cuanto al an�lisis de varianza realiz� un an�lisis Anova con un 95% de confiabilidad, en el cual, se obtiene un valor de 0,0008 que es menor al 0,05; lo que indica que al menos existe diferencias significativas en al menos un tratamiento, por lo que fue necesario trabajar con el test de Tukey, para identificar entre que grupos existe diferencia significativa y determinando que entre el T1 � T2 no existe diferencias significativas, al contrario entre los otros tratamientos si existe diferencias significativas.�

 

Conclusiones

Se concluye que el tratamiento 3 tiene el mejor rendimiento con el 18,5 %.

De acuerdo a los par�metros de la norma NTE INEN 1755 se refleja que el almid�n obtenido de la avena se encuentra dentro de los valores establecidos de humedad, ceniza, fibra y prote�na.

Del an�lisis realizado se concluye que el almid�n de avena obtenido puede ser destinado para el �rea alimenticia, farmac�utica e incluso para la fabricaci�n de nuevos materiales.

De la prueba Tukey se determina que no existe diferencias significativas entre el tratamiento 1 y 2, al contrario, entre los otros tratamientos si tienen diferencias significativas.

 

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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