Determinación de la vida de anaquel del chocolate de mesa sin azúcar en una película de polipropileno biorientado
Autor: Chica Cardona, Bibiana Andrea
Asesor: Giraldo, Gloria Ines (Thesis advisor)
Fecha: 2003
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: El presente trabajo tuvo como objetivo determinar la durabilidad del chocolate de mesa sin azúcar, empacado en una película de polipropileno biorientado a diferentes condiciones de almacenamiento (dos temperaturas y dos humedades relativas), aplicando vida de anaquel  acelerada al producto. Se determinaron los parámetros cinéticos (n, K, Ko y Ea) y por medio del modelo de Arrhenius se halló el tiempo de vida útil del chocolate.  Paralelamente se obtuvieron las curvas de adsorción del chocolate, con las cuales se determinaron los parámetros de G.A.B necesarios para el cálculo de vida de anaquel del chocolate. También se determinó la permeabilidad del empaque utilizado, encontrando que el valor hallado para este tipo de película se aproxima al reportado en la literatura. Adicionalmente, se realizó una breve introducción al análisis de imágenes como herramienta para obtener información sobre la variación que presenta la textura del producto durante el almacenamiento.

DETERMINACIÓN DE LA VIDA DE ANAQUEL DEL CHOCOLATE DE
MESA SIN AZÚCAR EN UNA PELÍCULA DE POLIPROPILENO
BIORIENTADO.
Bibiana Andrea Chica Cardona
Sandra Liliana Osorio Saldarriaga
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
INGENIERÍA QUÍMICA
2003DETERMINACIÓN DE LA VIDA DE ANAQUEL DEL CHOCOLATE DE
MESA SIN AZÚCAR EN UNA PELÍCULA DE POLIPROPILENO
BIORIENTADO.
Bibiana Andrea Chica Cardona
Sandra Liliana Osorio Saldarriaga
Trabajo de grado
para optar al título
de Ingeniero Químico
DIRECTOR:
GLORIA INÉS GIRALDO
Especialista en Ciencia y
Tecnología de los Alimentos
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
INGENIERÍA QUÍMICA
2003RESUMEN
El presente trabajo tuvo como objetivo determinar la durabilidad del
chocolate de mesa sin azúcar, empacado en una película de polipropileno
biorientado a diferentes condiciones de almacenamiento (dos
temperaturas y dos humedades relativas), aplicando vida de anaquel
acelerada al producto.
Se determinaron los parámetros cinéticos (n, K, Ko y Ea) y por medio del
modelo de Arrhenius se halló el tiempo de vida útil del chocolate.
Paralelamente se obtuvieron las curvas de adsorción del chocolate, con
las cuales se determinaron los parámetros de G.A.B necesarios para el
cálculo de vida de anaquel del chocolate.
También se determinó la permeabilidad del empaque utilizado,
encontrando que el valor hallado para este tipo de película se aproxima al
reportado en la literatura.
Adicionalmente, se realizó una breve introducción al análisis de imágenes
como herramienta para obtener información sobre la variación que
presenta la textura del producto durante el almacenamiento.TABLA DE CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 11
1 OBJETIVOS 12
1.1 OBJETIVO GENERAL 12
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 12
2 MARCO TEÓRICO 14
2.1 EL CHOCOLATE 14
2.1.1 Proceso de Fabricación del Chocolate 16
2.2 CAUSAS DE DETERIORO EN LA CALIDAD DEL CHOCOLATE 18
2.2.1 Factores Inherentes al Producto 18
2.2.2 Factores Ambientales 19
2.3 VIDA DE ANAQUEL 22
2.3.1 Factores Fundamentales que influyen en la vida de anaquel
de un Alimento 22
2.4 VIDA DE ANAQUEL ACELERADA 24
2.5 PERMEABILIDAD 26
2.5.1 Factores de los cuales depende la Permeabilidad 27
2.5.2 Mecanismo de Permeación 27Pág.
2.5.3 Efecto de la Temperatura 28
2.5.4 Transferencia del vapor de agua y la vida útil del producto 28
2.6 EL POLIPROPILENO 30
2.6.1 Propiedades del Polipropileno 31
2.6.2 El Polipropileno Biorientado 32
2.7 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS REALIZADOS
SOBRE EL CHOCOLATE 33
3 METODOLOGIA 42
3.1 MATERIALES 42
3.2 EQUIPOS 42
3.3 MÉTODOS DE ANÁLISIS 43
3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL 45
3.5 DETERMINACIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEL CHOCOLATE 46
3.6 DIAGRAMA DE FLUJO 47
4 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 49
4.1 CARACTERIZACIÓN FISICO-QUÍMICA DEL CHOCOLATE
DE MESA SIN AZÚCAR 49
4.1.1 Seguimiento de los cambios Fisico-Químicos de las
muestras inicial y final 49
4.1.2 Seguimiento Fisicoquímico de las muestras almacenadas 50
4.1.2.1 Análisis Estadístico 54Pág.
4.2 DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DEL
POLIPROPILENO BIORIENTADO 55
4.3 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS 57
4.4 CÁLCULO DE LA VIDA DE ANAQUEL DEL CHOCOLATE
EN LAS DIFERENTES CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO 61
4.4.1 Cálculo del Parámetro Q 63
10
4.5 DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS DE ADSORCIÓN
PARA EL CHOCOLATE DE MESA 64
4.6 DETERMINACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO QUE
RELACIONA LA CINÉTICA CON LAS CONDICIONES DE
ALMACENAMIENTO 69
5 INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE IMÁGENES 71
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 80
BIBLIOGRAFÍA 83
ANEXOS 87LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A: Fotografías del Chocolate Almacenado 87
ANEXO B: Resultados del Estudio Estadístico 89LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Curva de Adsorción. 29
Figura 2. Polipropileno Biorientado. 33
Figura 3. Carta de Brillo para el Chocolate. 44
Figura 4. Comportamiento de la Humedad a través del Tiempo 51
Figura 5. Comportamiento de la Actividad de agua a través del Tiempo 52
Figura 6. Comportamiento del Brillo a través del Tiempo 53
Figura 7. Parámetros Cinéticos para 90% HR. 58
Figura 8. Parámetros Cinéticos para 80% HR. 58
Figura 9. Parámetros Cinéticos Ea y Ko. 60
Figura 10. Correlación del Orden de Reacción con la Temperatura. 61
Figura 11. Parámetro Q 63
10.
Figura 12. Curva de Adsorción del Chocolate Experimental a 25º 65
Figura 13. Curva de Adsorción del Chocolate Experimental a 20º 65
Figura 14. Linearización del Modelo de G.A.B. a 25ºC. 66
Figura 15. Linearización del Modelo de G.A.B. a 20ºC. 67
Figura 16. Variación de la constante de velocidad con la temperatura. 69LISTA DE TABLAS
Pág.
TABLA 1. Composición Química del Chocolate. 15
TABLA 2. Composición Química de la Manteca de Cacao. 16
TABLA 3. Propiedades del Polipropileno. 32
TABLA 4. Datos Fisicoquímicos. 49
TABLA 5. Contenido de Humedad (%). 51
TABLA 6. Actividad de Agua del Chocolate. 52
TABLA 7. Variación del Brillo del Chocolate durante
el Almacenamiento. 53
TABLA 8. Datos para calcular la Velocidad de Transmisión
del vapor de Agua del Polipropileno Biorientado. 56
TABLA 9. Permeabilidad del Empaque. 57
TABLA 10. Orden de Reacción y Constante de Velocidad. 59
TABLA 11. Parámetros Cinéticos Ko y Ea. 60
TABLA 12. Parámetros para la determinación de la Vida de
Anaquel del Chocolate. 62Pág.
TABLA 13. Tiempo de vida da Anaquel Acelerada del
Chocolate en diferentes Condiciones de Almacenamiento. 62
TABLA 14. Datos Experimentales para la Curva de Adsorción
a 25ºC. 65
TABLA 15. Parámetros de G.A.B. para el Chocolate. 67
TABLA 16. Parámetros para la Determinación de la Durabilidad
del Chocolate. 68
TABLA 17. Durabilidad del Chocolate a 20ºC y 25ºC para 80%HR. 68INTRODUCCIÓN
La vida de anaquel de un alimento es el periodo en el que se conservará
el nivel de la calidad alimenticia y el punto organoléptico.
La calidad del producto es el factor predominante para la determinación
de su vida de anaquel. Su durabilidad, valor nutritivo y atributos físicos
son indispensables a la hora de ser adquirido por el consumidor.
Debido a la gran importancia que representa en el mercado el chocolate
de mesa, se realiza el presente estudio con el fin de aportar más
información no sólo en le campo nutricional sino en el campo ingenieril
como base fundamental para avanzar en temas afines en futuros trabajos
o profundizaciones sobre el tema.
La realización de este trabajo tuvo como objetivo la consecución de datos
precisos que permitieran relacionar el efecto de las condiciones
ambientales (temperatura y humedad relativa) con la durabilidad del
chocolate de mesa sin azúcar, en el empaque de polipropileno
biorientado.
111 OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la vida útil del chocolate de mesa sin azúcar, almacenado a
diferentes condiciones ambientales en una película de polipropileno
biorientado.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
(cid:252) Evaluar los cambios físicos y químicos del producto almacenado a
diferentes condiciones, utilizando vida de anaquel acelerada.
(cid:252) Determinar la permeabilidad del polipropileno biorientado.
(cid:252) Determinar los parámetros cinéticos (Ea, Ko y K) por medio del cambio
en la actividad de agua del chocolate sin azúcar, basada en la
ecuación de Arrhenius.
(cid:252) Determinar la vida de anaquel del chocolate en diferentes condiciones
de almacenamiento (temperatura y humedad relativa), por el método
cinético.
12(cid:252) Determinar la curva de Adsorción del chocolate para evaluar su
durabilidad a través del modelo de linealización de G.A.B.
(cid:252) Determinar el modelo que relaciona la cinética con las condiciones de
almacenamiento (temperatura y humedad relativa).
132 MARCO TEÒRICO
2.1 EL CHOCOLATE.
La palabra chocolate proviene del vocablo azteca “XOCOLAT” que
significa “Agua Espumosa” ( xoco: espuma; atl: agua.).
La mayoría de los diccionarios definen el chocolate como: “Una pasta
hecha de cacao molido”; aunque existe una gran variedad de productos
que conocemos bajo este nombre, estos se clasifican de acuerdo con su
contenido de cacao, así:
(cid:216) Chocolate amargo: contiene un alto porcentaje de cacao, sin
azúcar. Llamado comúnmente chocolate de mesa.
(cid:216) Chocolate negro: es crema de cacao con azúcar.
(cid:216) Chocolate blanco: a la leche, se le añade azúcar y manteca de
cacao, razón por la cual no tiene el color marrón característico de
las almendras tostadas de cacao.
(cid:216) Chocolate liquido: es elaborado con aceite vegetal en vez de
manteca de cacao, para garantizar su liquidez; no presenta un
sabor confiable, fue desarrollado para hornear(1)
14La alta concentración de azúcar (en el chocolate), así como el
alto contenido de grasa, son los elementos principales que
influyen en la transformación del chocolate a la hora de
trabajar con él. Al aplicar calor a las grasas, se funden; lo que
comúnmente se conoce como “derretir el chocolate” y los
azúcares se caramelizan, dando a la mezcla esa textura única
entre brillante y untuosa(1).
El chocolate de mesa presenta algunas variaciones en su composición
química, dependiendo del tipo y región de donde provenga el cacao; pero
en términos generales, se puede establecer la siguiente composición (17):
Tabla No.1 Composición Química del Chocolate
MANTECA DE CACAO 54.0%
PROTEÍNA 11.5%
ÁCIDOS ORGÁNICOS Y AROMAS 9.5%
CELULOSA 9.0%
ÁCIDOS TÁNICOS Y COLOR 6.0%
AGUA 5.0%
SALES MINERALES 2.6%
TEOBROMINA 1.2%
CAFEÍNA 0.2%
AZÚCARES 1.0%
Fuente: Pág. Web: www.chocolates.com.co/pi boletín 04.htm
15El contenido de manteca de cacao es bastante alto y tiene
mayor incidencia en el producto; estas grasas se componen
básicamente de (17):
Tabla No.2 Composición Química de la Manteca de Cacao
ÁCIDO ESTEÀRICO 35%
ÁCIDO OLÉICO 35%
ÁCIDO PALMÍTICO 25%
OTROS 5%
Fuente: Pág. Web: www.chocolates.com.co/pi boletín 04.htm
2.1.1 Proceso de Fabricación del Chocolate
Limpieza: Las semillas brutas tienen polvo superficial, fibras de arpillera y
a veces piedras pequeñas contaminantes; éstas se eliminan, antes de
continuar el proceso, mediante una diversidad de cepillos mecánicos
rotatorios, chorros de aire y tamices. En esta etapa se eliminan las
semillas inmaduras y se dispone un detector para retirar todo tipo de
fragmento metálico(2).
Tostado: Etapa crítica en la elaboración del chocolate, desde el punto de
vista tecnológico. Las funciones del tostado son:
(cid:216) El secado de los cotiledones.
(cid:216) La eliminación de los componentes indeseables del sabor y el
aroma.
(cid:216) El desarrollo del sabor, aroma y color finales.
16(cid:216) La liberación de la cubierta.
El tostado es también una etapa crítica para determinar la seguridad del
cacao, inactivando con este proceso la salmonella y otros
microorganismos presentes en él(2).
Descascarillado y Aventado: Es un proceso combinado en el que se
separa la cascarilla de los cotiledones, estrujando las semillas para que
éstas se liberen. El aventado aprovecha las diferencias de densidad entre
el cotiledón y la cubierta, para realizar la separación. Los equipos están
compuestos por tamices de malla decreciente y en cada etapa las
cubiertas se eliminan por succión, mientras los cotiledones son
conducidos a tolvas de salida(2).
Molienda: En esta etapa el cacao se presenta en partículas de varios
milímetros de diámetro; se debe lograr un tamaño que depende del tipo
de chocolate y del mercado consumidor, pero en general la mayoría de
las partículas deben ser inferiores a 40 micras.
Durante este proceso, con molinos de disco, se libera la grasa, y se funde
por elevación de la temperatura a más de 34ºC (punto de fusión de la
manteca de cacao) por las fuerzas de fricción. La parte no grasa se
reduce hasta obtener la pasta de cacao. Los molinos disponen de un
sistema de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento de la pasta(2).
Conchado: Debido a la presencia de compuestos químicos indeseables
que dan lugar a sabores ácidos en el chocolate, éste se debe conchar;
esto significa eliminar tales sabores y desarrollar a la vez los agradables.
17La función de la máquina de conchar es remover el chocolate líquido
suavemente durante un periodo que puede llegar a ser hasta de 7 días
para conseguir un chocolate de alta calidad.
Es un proceso vital durante el cual el sabor del chocolate se enriquece(3).
Templado: Esta etapa tiene como finalidad dar al chocolate de mesa, la
estabilidad física y en particular la resistencia al calor y a la rotura;
contribuye a impedir la formación de “Escarcha de grasa” o “Bloom”, y le
da la capacidad de adquirir un brillo sedoso, luego de moldeado(4).
Moldeado y Empacado: Después de las etapas anteriores, la masa pasa
a ser moldeada en superficies metálicas pulidas. Luego, se empaca
higiénicamente, se embala y se almacena en bodegas desde donde se
despacha a los distribuidores(4).
2.2 CAUSAS DE DETERIORO EN LA CALIDAD DEL CHOCOLATE.
Los factores causantes del deterioro del chocolate se dividen en dos
clases principales:
(cid:216) Factores inherentes al producto.
(cid:216) Factores ambientales.
2.2.1 Factores Inherentes al Producto
Calidad de la materia prima: Selección y recepción adecuada del cacao
proveniente de buenos cultivos.
18Calidad del chocolate: Esta se puede ver afectada en el
almacenamiento y distribución, cuando el proceso de templado no fue
realizado correctamente, presentándose cristales de grasa sobre la
superficie del producto causando una apariencia grisácea y mohosa
conocida como “ Bloom “.
Deterioro Oxidativo: Debido al alto contenido de grasa en la manteca de
cacao, ésta es muy propensa a la rancidez oxidativa la cual se da en
concentraciones apreciables de chocolate(5).
2.2.2 Factores Ambientales
Temperatura: Especialmente alta y en condiciones fluctuantes, tiene un
marcado efecto sobre la calidad y vida de anaquel del chocolate, con la
tendencia a causar pérdidas del templado, “Bloom” y enranciamiento
acelerado. No obstante, bajas temperaturas preservarán el sabor y las
cualidades de textura del chocolate(5).
Humedad Relativa: El almacenamiento en condiciones de humedad
relativamente alta puede causar el “Bloom” del azúcar, similar en
apariencia al “Bloom” de la grasa pero mucho más áspero, el cual se
presenta debido a que el azúcar soluble del chocolate se deposita en
forma de grandes gránulos sobre éste, una vez el empaque absorbe esta
humedad(5).
Pérdida del olor y sabor: Esto puede ser causado por influencias
externas que penetran el empaque, durante el almacenamiento del
19chocolate envuelto, cerca de fuertes olores los cuales variarán tanto su
sabor como su olor.
También una transferencia de los tintes usados en el empaque puede
causar manchas y alterar las cualidades del producto(5).
Luz: La luz inducida lleva a la rancidez; sin embargo, un buen empaque
podría proteger el producto para alargar su tiempo de vida(5).
El sabor del chocolate se pierde aproximadamente después de un año de
su producción, en condiciones de almacenamiento de 15ºC y 65%HR,
cuando muchas de las moléculas orgánicas que lo originaban se han
perdido en el aire a través de la oxidación. A nivel molecular, tiene lugar
un importante aumento de migraciones; esto es, las moléculas volátiles y
las grasas migran hacia el exterior, sabores y olores externos migran
hacia adentro(5).
La exposición del chocolate a temperaturas tibias permite que las
fracciones menos estables de la manteca de cacao u otras grasas
emigren hacia la superficie. Ello significa que la estructura interna del
chocolate se ha debilitado, de manera que la grasa que en un inicio unía
las partículas sólidas se ha perdido; lo que daba plasticidad, flexibilidad y
elasticidad no se encuentra en el lugar que le corresponde, de manera
que el material se vuelve quebradizo y polvoriento(5).
La exposición del chocolate a humedades elevadas, provoca un arrastre
del azúcar hacia la parte exterior, depositándose en la superficie. Esto se
20manifiesta con la aparición de depósitos granulados de color blanco en la
superficie.
Uno de los factores principales en la conservación del chocolate es la
temperatura, cuyo control evitará el desarrollo de otros agentes de
deterioro(5).
En general, la industria chocolatera aconseja una temperatura entre 14ºC-
18°C considerándose como óptima 15°C. Siguiendo una de las reglas de
oro en conservación preventiva, deben evitarse las fluctuaciones bruscas
de temperatura y humedad relativa, evitando de esta manera el cambio de
la forma cristalina de la manteca de cacao. Entre 25ºC y 30°C, las
floraciones se producen rápidamente. Entre 22ºC y 25°C el chocolate se
ablanda, se daña fácilmente y las partículas se adhieren a la superficie.
Por encima de 25°C comienza a deformarse y más allá de 32°C a
fundirse(5).
En cuanto a la humedad relativa, si se produce condensación en la
superficie, se disuelve el azúcar. Al evaporarse el agua, se produce la
floración de azúcar, formándose una capa blanquecina que corresponde a
los cristales del azúcar. El nivel de humedad relativa no debería exceder
el 65%(5).
212.3 VIDA DE ANAQUEL
Esencialmente la vida de anaquel de un alimento, se define
como el tiempo en el cual éste conservará sus propiedades
fisicoquímicas, organolépticas y nutricionales.
La vida útil abarca varias facetas del valor nutritivo incluyendo seguridad,
valor alimenticio y características sensoriales. Cuando se afecta este valor
nutritivo, esto influye notablemente en las decisiones de compra del
consumidor(6).
Para las compañías de alimentos, la capacidad de un producto de
conservar su calidad total durante la línea de proceso, distribución,
comercialización y finalmente al consumidor, es el resultado de los
intensos estudios para predecir su vida útil.
Crear un producto con una vida útil fiable exige varios procesos y
controles por el fabricante del alimento(6).
2.3.1 Factores fundamentales que influyen en la vida de anaquel de
un alimento
(cid:216) Formulación
(cid:216) Procesamiento
(cid:216) Empaque
(cid:216) Condiciones de Almacenamiento.
22Formulación: Involucra la selección de las materias primas más
apropiadas e ingredientes funcionales que asegurarán la integridad del
alimento para la vida útil requerida.
Con respecto a la vida de anaquel, los factores claves incluyen contenido
de humedad, actividad de agua (Aw), pH y adición de preservativos
antimicrobianos y antioxidantes (7).
La actividad de agua se refiere a la cantidad de agua “libre", en un
sistema, disponible para apoyar reacciones biológicas y químicas; cuanto
más baja es la Aw menos viables son los microorganismos que
contribuyen al deterioro del producto.
Los preservativos pertenecen a una clase de aditivos alimenticios que
amplían la vida útil inhibiendo el crecimiento microbiano o reduciendo al
mínimo los efectos destructivos del oxígeno, de los metales y de otros
factores que pueden conducir a la rancidez(6).
Procesamiento: Depende de las materias primas e ingredientes para
disminuir condiciones desfavorables o redeteriorativas indeseables,
promoviendo cambios físicos y químicos deseables, concediendo así al
producto alimenticio la forma y características finales(7).
Empaque y condiciones de almacenamiento: Los parámetros más
importantes son: la humedad relativa (% HR), presión, esfuerzos
mecánicos, luz y temperatura. Estos parámetros son dependientes tanto
del empaque como de las condiciones de almacenamiento. Es importante
23entender estas variables para llegar a obtener un producto alimenticio
constantemente de alta calidad y seguro(7).
2.4 VIDA DE ANAQUEL ACELERADA
Los métodos acelerados de la estimación de la durabilidad son útiles para
disminuir el tiempo dedicado a los ensayos de estimación cuando se
están estudiando productos no perecederos.
Se basa en someter el producto a condiciones de almacenamiento que
aceleren las reacciones de deterioro, las que se denominan abusivas, que
pueden ser temperaturas, presiones parciales de oxígeno y contenidos de
humedad altos(8).
El objetivo de este método es almacenar producto/empaque terminados,
bajo condiciones de abuso, examinar el producto periódicamente hasta
que ocurra el final de la vida de anaquel, y entonces usar estos resultados
para proyectar la vida de anaquel bajo condiciones de verdadera
distribución(7).
Uno de los modelos más utilizados en la determinación de la vida de
anaquel de un producto es el Modelo de Arrhenius .
La relación de Arrhenius, desarrollada teóricamente para reacciones
químicas moleculares reversibles, ha sido experimentalmente aplicada a
un número de reacciones químicas complejas y fenómenos físicos.
24Las reacciones de pérdida de calidad de los alimentos han mostrado que
siguen un comportamiento de Arrhenius con la temperatura, dado por la
siguiente ecuación(24):
(cid:230) - E (cid:246)
K = Koexp(cid:231) a (cid:247)
Ł RT ł (1)
Donde K es la constante de velocidad de la reacción, Ko es la constante
de la ecuación de Arrhenius y Ea la energía de activación que se necesita
para vencer la degradación de productos.
En términos prácticos esto significa que si los valores de K se obtienen a
diferentes temperaturas, y sé grafica el LnK vs. 1/T, se obtiene una línea
recta con pendiente –Ea/R. (R= 1.987cal/mol, constante universal de los
gases).
Usualmente, la velocidad de reacción se determina a tres o más
temperaturas y K sé grafica contra 1/T en papel semilogarítmico o se
emplea un ajuste por regresión lineal de la ecuación(24).
El contenido de humedad y la actividad de agua pueden influenciar los
parámetros cinéticos (Ea,Ko), las concentraciones de los reactantes y en
algunos casos el orden de reacción aparente.
Modelos matemáticos que incorporen el efecto de la actividad de agua
como un parámetro adicional pueden ser usados para predicciones de
vida de anaquel de alimentos sensibles a la humedad. También la vida de
anaquel acelerada puede ser usada para predecir la vida de anaquel a
condiciones normales, basada en datos recolectados a altas temperaturas
25y altas condiciones de humedad relativa; o por medio de una ecuación
que involucre la energía de activación, como es el caso de la relación de
Arrhenius(8):
- E (cid:230) 1 1 (cid:246)
a (cid:231) - (cid:247)
(cid:231) (cid:247)
= R Ł T T ł
t t e 0 s
s 0 (2)
Donde: t es el tiempo de vida de anaquel a la temperatura T, t es el
s s 0
tiempo a la temperatura T, R es la constante de los gases ideales y E
0 a
es la energía de activación para la reacción de deterioro.
2.5 PERMEABILIDAD
La permeabilidad es un fenómeno de transferencia de un gas o vapor a
través de una película.
El concepto de permeabilidad está normalmente asociado con la
evaluación cuantitativa de las propiedades de barrera de un material. Un
buen material de barrera presenta bajos valores de permeabilidad.
La propiedad de barrera de un material es la resistencia física que éste
tiene al paso de una molécula o compuesto (oxígeno, CO , agua, olores,
2
aromas y componentes de los alimentos) capaz de difundirse a través del
polímero.
26El fenómeno de permeabilidad tiene lugar cuando la pared del polímero
separa dos fases, las cuales contienen especies de bajo peso molecular
que tienen diferentes valores de actividad en cada una de las fases(8).
2.5.1 Factores de los cuales depende la permeabilidad
Naturaleza del polímero: Estructura química, grado de cristalinidad,
grado de entrecruzamiento, porcentaje de aditivos, cargas.
Tipo de permeante: Naturaleza química, tamaño molecular y volatilidad.
Temperatura: La permeabilidad aumenta con la temperatura (8)
2.5.2 Mecanismo de Permeación
El proceso de permeabilidad involucra tres etapas:
(cid:252) La molécula se absorbe en la superficie del polímero a una presión
parcial P. Para presiones por debajo de una atmósfera, el valor de
1
la concentración del permeante en la interfase del polímero sigue la
ley de Henry
(cid:252) La difusión de la molécula a través del material del lado de mayor
concentración al lado de menor concentración sigue la ley de Fick.
(cid:252) Deserción del gas a una superficie opuesta a una P
2.
272.5.3 Efecto de la Temperatura
La permeabilidad de la película de los empaques cambia al modificarse la
temperatura.
Son tres las variables que interactúan para determinar la respuesta de un
empaque a los cambios de temperatura: el cambio de respiración del
producto empacado, el cambio de la permeabilidad de las películas y la
tolerancia del producto en cuestión de concentraciones elevadas de CO y
2
bajas concentraciones de O (8).
2
2.5.4 Transferencia del vapor de agua y la vida útil del producto
Se asume que el agua transportada a través del empaque, es absorbida
por el alimento; por lo tanto:
W
=
M
w (3)
W
s
Donde M es el contenido de agua en gramos de HO/gramos de sólido
w 2
seco, W la cantidad de agua en la muestra y W es el peso de sólido
s
seco.
El contenido de humedad es determinado por la curva de adsorción.
Para simplificar, se trata la isoterma como una función lineal:
= +
M bA c
(4)
w w
28Donde Mw es el contenido de agua en gramos de H O / gramos de sólido
2
seco, Aw es la actividad de agua, b es la pendiente de la isoterma
linealizada y c es la constante (intercepto).
En la siguiente figura se muestran los puntos entre los cuales sé linealiza
la isoterma.
Figura No.1 Curva de Adsorción
Awe AUGA
ED
ODINETNOC
Awc
Awo
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ACTIVIDAD DE AGUA
Donde Aw , corresponde a la actividad de agua inicial; Aw es la actividad
o c
de agua crítica para el producto y Aw es la actividad de agua en el
e
equilibrio.
El cambio del contenido de agua en el tiempo se da por(8):
dw dM
= ·
W
(5)
dt dt
Donde M es el contenido de agua en g HO/g sólido seco y W es el peso
2
del sólido seco.
Expresando la presión en función de la actividad de agua se tiene:
29- · ·
m m B A P
Ln e i = o · t
- D · · (6)
m m x W b
e f s
Donde B es la permeabilidad, A es el área del empaque, P es la presión
o
parcial de vapor de agua a la temperatura T, x es el espesor, W es la
s
masa de sólido seco, m es la humedad en equilibrio, m es la humedad
e i
inicial del producto, m es la humedad final y b es la pendiente de la
f
isoterma de adsorción linealizada(8).
Con este modelo puede predecirse el tiempo requerido para que el
producto investigado llegue a una humedad relativa definida, o predecir el
contenido de humedad del producto durante un intervalo de tiempo, bajo
ciertas características de permeabilidad del empaque.
La técnica de linealización es válida para películas delgadas, no porosas,
hidrofílicas y con baja solubilidad en agua.
Como este modelo linealiza la isoterma y esto no es válido en ciertas
regiones de la curva, se prefiere trabajar con el modelo de G.A.B.
(GUGGENHEIM, ANDERSEN DE BOER) para fines prácticos.
La ecuación de predicción se puede escribir como(8):
Aw f 1+ K2( Y- 1) Aw2 P B A
(cid:242) dAw= 0 · · t
( )( )
Aw - Aw 1- KAw+ YKAw 2 MgmYK D x W (7)
Aw i e s
Donde Aw es la actividad de agua para el alimento a un tiempo t, Aw es
i
la actividad de agua inicial, Aw es la actividad de agua final, Aw es la
f e
30actividad de agua de equilibrio en el sitio de almacenamiento, Mgm, Y y K
son los parámetros del modelo de G.A.B. a la temperatura de
almacenamiento, Po es la presión del vapor de agua pura, D x es el calibre
del empaque, B la permeabilidad del empaque, A el área de transferencia
y Ws es el peso de la muestra seca.
2.6 EL POLIPROPILENO
El polipropileno se produce a partir de petróleo o gas natural por un
proceso de polimerización, donde cadenas cortas de productos químicos
(llamadas monómeros) se unen en presencia de un catalizador que
posibilita la formación de cadenas largas llamadas polímeros. Estos
polímeros son termoplásticos sólidos que pueden ser procesados de dos
maneras principales: por extrusión y por moldeo o inyección(22).
2.6.1 Propiedades del Polipropileno
(cid:252) Excelente retracción.
(cid:252) Alto rendimiento.
(cid:252) 100% reciclable.
(cid:252) Apto para empacado de productos congelados, conservando sus
propiedades a temperaturas extremas.
(cid:252) Baja permeabilidad al vapor de agua.
Moderada permeabilidad al O , CO, CO y N.
2 2 2
31Tabla No.3 Propiedades del Polipropileno
PP
PROPIEDADES PP REGULAR BIORIENTADO
Densidad 0,89 – 0,91 0,90
Transparencia Moderada Alta.
Permeabilidad a Baja Baja.
vapor agua
Permeabilidad a Alta. Alta.
Oxigeno
Permeabilidad a CO2 Moderada Moderada.
Resistencia al Buena Buena.
alcohol
Resistencia a Regular Regular.
Solventes
Resistencia a Alcalis Alta. Alta.
Resistencia a Acidos Alta. Alta.
Resistencia a aceites Regular Regular.
Resistencia al calor Buena Regular a Buena.
Resistencia al frío Pobre a Regular Muy Buena.
Resistencia a la luz Regular a Buena Regular a Buena.
solar
Rigidez Moderado a alto Moderado a alto.
Resistencia al Regular a Buena Muy Buena.
impacto
Aplicaciones Envases para Envases para
medicamentos, golosinas,snacks,
Cosméticos, Sirups, galletitas, chocolates
Jugos, Detergentes, y panificados,
Shampoo. medicamentos,
Cosméticos, Sirups,
Jugos, Detergentes,
Shampoo.
Fuente: Página web: www.EnvaPack.com
2.6.2 El Polipropileno Biorientado
Posee excelentes propiedades ópticas, gran brillo y mínima opacidad,
normalmente es utilizado como sobre envoltura para diversos productos
como cartones de huevo, alimentos en caja, cosméticos, dulces, galletas,
productos grasos, juguetes, libros; no produce gases nocivos al sellado,
sello más limpio a menor temperatura, alta resistencia a aceites y grasas,
32neutral a sabores y olores, Cumple con las normas FDA 21CFR175.300 y
FDA 21CFR 176.170 para poder estar en contacto directo con los
alimentos(22).
Figura No.2 Polipropileno Biorientado
2.7 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE EL
CHOCOLATE
Son muchos los estudios que se han realizado sobre el
chocolate y su componente fundamental, el cacao, sobre todo
en lo que tiene que ver con su aroma y sabor. En el Cuarto
Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos
realizado en Santa fe de Bogotá en abril de 1996 una
investigación muestra la diferencia entre el aroma y el sabor
del cacao fermentado y el tostado. Este trabajo buscaba
identificar los componentes mayoritarios responsables de
33estos atributos empleando análisis por cromatografía de gases
y espectrometría de masas(9).
El aroma y sabor característicos del cacao son factores determinantes de
su calidad y competitividad en el ámbito mundial y resultan de las
operaciones realizadas en el proceso de beneficio, entre las cuales se
encuentran la fermentación y la tostación. En la investigación reportada, la
fermentación se realizó en un fermentador de tambor durante 7 días y se
analizaron: temperatura, humedad, acidez, antocianinas, azúcares
reductores, totales, y Nitrógeno.
La torrefacción se realizó en un torrefactor PROBAT RF.
Por comparación entre la composición del aroma del cacao después de la
fermentación y tostado, se encontró que en éste último se detectaron: 3-
Metilbutanal (10.78%), ácido acético (10.46%) y 2-Metilpropanal (8,36%) y
dos componentes adicionales: bismetilazufre y 2-pentanol(9).
Al comparar el aroma del cacao tostado con el aroma de la bebida, no se
observó ácido acético, ni 2- pentanol; posiblemente debido a que por su
carácter polar presenta más afinidad por el agua.
Es de resaltar que en el aroma de los volátiles extraídos por Headspace
no se detectaron pirazinas, ni en la muestra tostada ni en la bebida de la
misma(9).
.
En otro trabajo sobre el cacao, expuesto en el Quinto Congreso Nacional
de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, también realizado en Santa fe
34de Bogotá en mayo de 1999, se estudió la variación del perfil acídico del
grano durante las operaciones de fermentación y secado. Se encontró
que durante ellas se generan ácidos orgánicos volátiles y no volátiles que
afectan la calidad organoléptica del cacao y la de los productos
alimenticios elaborados con él. Éstos, junto con el contenido de materia
grasa, afectan la calidad comercial del grano(10).
El estudio de la evolución de estos compuestos permite optimizar el
proceso de beneficio, procurando un grano de mayor calidad.
En esta investigación, los ácidos carboxílicos de granos con diferentes
estados de fermentación y secado se extrajeron con agua, mientras que
los ácidos grasos se extrajeron con hexano, transformándose
posteriormente en metilésteres para ser analizados por GC, GC-MS y
RP_HPLC.
Los resultados mostraron que durante la fermentación de la pulpa de los
granos de cacao se generan ácidos orgánicos como acético, butírico,
láctico y succínico, que se difunden hacia el cotiledón causando al cuarto
día la muerte del grano, para dar paso a procesos hidrolíticos que
generan los precursores del aroma y sabor del cacao(10).
La evaluación de los ácidos en dos sistemas de fermentación evaluados
(tanque y tambor), presentó tendencias similares aún cuando siempre
estuvieron presentes en mayor concentración en el sistema en tambor,
especialmente el ácido láctico. Con respecto a la grasa de cacao, se
identificaron y cuantificaron sus principales componentes: ácido osteárico
35(35.1%), ácido oleico (30,5%), ácido palmítico (27,7%), linoléico (3%),
estableciéndose que no varían con el tiempo de fermentación y secado. El
contenido total de manteca fue del orden del 57%(10).
En un estudio realizado se determinó la influencia de la polifenolxidasa,
extraída de la cáscara de la chirimoya, sobre la calidad del cacao.
El sabor del cacao depende de su origen de producción. Variedades
idénticas cultivadas en regiones distintas, proporcionan características de
sabor muy diferentes. En el mundo, existen regiones que producen
almendras con excesivo sabor ácido y amargo además de una fuerte
astringencia. Almendras de cacao no fermentadas lo suficiente (color
violeta) presentan un contenido de sustancias polifenólicas mayor con
relación a las almendras de cacao bien fermentadas (color marrón), lo
cual influye principalmente en la astringencia y amargor del cacao(11).
Exceso de estos dos atributos puede inhibir la percepción de otros
sabores deseables. Se evaluó la reducción de sustancias polifenólicas,
utilizando polifenoloxidasa parcialmente purificada extraída de la pulpa de
chirimoya, con valores de pH y temperatura óptimos de 6.5 y 20ºC
respectivamente. Se analizaron: fenoles totales, taninos y antocianidinas
en el polvo de cacao desengrasado. Según los resultados, la
concentración de fenoles totales en cacao tratado enzimáticamente tuvo
una baja del 15% igual que la pérdida de taninos. La pérdida de
antocianidinas fue del 18%(11).
36El estudio de las características fisicoquímicas y organolépticas del cacao,
es la base fundamental para la realización de investigaciones acerca de la
durabilidad del chocolate.
En cuanto al tema de la vida útil del chocolate, en la Universidad Agraria
de la Molina (Lima–Perú) se realizó un estudio utilizando métodos
acelerados, para un chocolate mezclado con Kiwicha(12).
El desarrollo seguido en esta investigación implicó elaborar la kiwicha
expandida, y realizar modificaciones en el laboratorio según los
requerimientos que se indican: la kiwicha fue mezclada en un porcentaje
del 8%, con referencia a la cobertura de chocolate previamente
elaborada; seguidamente se almacenaron las tabletas de chocolate
obtenidas.
Se observó que la vida útil del chocolate mezclado con kiwicha expandida
(4 a 6 meses) a 20°C, temperatura ambiente, se reduce de ocho a doce
días por el aumento en las condiciones de temperatura (25ºC, 35ºC y
45ºC); lo que permite luego predecir la vida de anaquel del producto de
manera rápida y a menor costo (12).
Para evaluar la vida útil se usó la evaluación sensorial mediante un panel
previamente entrenado, por ser un método rápido y económico. Se basó
en la medición de un “factor de calidad”, el sabor rancio que fue
adquiriendo durante el almacenamiento en las condiciones dadas.
37Se usó el modelo de Arrhenius para el cálculo de vida de anaquel. Se
encontró un valor de nombre Q de 2.9521, el cual permitió determinar la
10
vida de anaquel(12) .
Las propiedades fisicoquímicas y sensoriales del chocolate se pueden
ver afectadas durante el almacenamiento por más de tres meses, según
lo demuestra un estudio realizado en la Universidad de Malasia Sabah en
abril del 2000, para muestras de chocolate con leche y chocolate oscuro,
a diferentes temperaturas de almacenamiento y con diferentes materiales
de empaque(13).
Los análisis físicos incluyeron: punto de fusión, contenido de humedad,
contenido de grasa, cenizas y cenizas solubles en agua; los análisis
químicos: ácidos grasos libres (% ácido oleico) y valor de peróxidos. En la
evaluación sensorial, se usaron pruebas de comparación múltiples para
detectar diferencias en aspecto, color, olor, textura, sabor y aceptación
global. La duración del almacenamiento presentó variaciones
significativas (p £ 0.05) en cuanto a características físico-químicas de los
chocolates, para las diferentes temperaturas de almacenamiento y los
diferentes empaques(13).
El contenido de grasa no difiere significativamente ( p £ 0.05), 37.9 –
0.90% para chocolate con leche y 38.67– 0.89% para el chocolate oscuro.
Los resultados de la evaluación sensorial mostraron que las temperaturas
de almacenamiento y materiales de empaque afectaron significativamente
38las propiedades sensoriales del chocolate con leche y el chocolate
oscuro. La temperatura de refrigeración (10– 1ºC) es más conveniente
para el almacenamiento de chocolate comparada con la temperatura del
cuarto (28– 1ºC). La lámina de aluminio fue mejor que el plástico de
polietileno como un material de empaque para chocolates (13).
Igualmente se han realizado estudios acerca de la textura del chocolate.
En el Instituto de Investigación para la Industria Alimenticia, en marzo del
2002 se evaluó un método instrumental para el control de la textura de
tabletas de chocolate (9 cm de largo, 2.20 cm de ancho y 0.85 de altura)
con tres tipos de pasta de chocolate con características texturales bien
definidas: chocolate amargo, chocolate con 7% grasa láctea libre y
chocolate con 5% de grasa vegetal. Para la realización de este trabajo se
llevaron a cabo los siguientes métodos de prueba: prueba de flexión y
prueba de penetración con ángulo de cono(14), los cuales son capaces de
detectar diferencias significativas en las características texturales de los
chocolates, lo que permite proponerlos como métodos generalizables
para el control de calidad y en el desarrollo de trabajos de
investigación(14).
Se trabajó con dos de los texturómetros universales más empleados en la
evaluación de los alimentos, obteniéndose resultados satisfactorios con
ambos. Se llegó a la conclusión que los chocolates elaborados con 5% de
39grasa vegetal son los menos duros, dadas las características de
cristalización del sistema graso que los forma(14).
Es importante para la calidad del chocolate, determinar las características
del cacao en grano que servirá de materia prima para su elaboración.
En la Universidad Nacional de Colombia, se desarrolló un estudio acerca
de la influencia del cacao en grano, proveniente de diferentes partes del
país sobre la calidad del chocolate de mesa(4).
Se determinaron las características físicas, químicas y sensoriales de
cada una de las variedades comerciales de cacao procedentes de las
zonas de Santander, Nariño, Huila, Antioquia y el eje cafetero, para inferir
su comportamiento en las diferentes etapas del proceso productivo del
chocolate de mesa.
La caracterización física del grano incluyó las siguientes determinaciones:
humedad, índice del grano, contenido de cascarilla, contenido de
almendra y grado de fermentación; la evaluación fisicoquímica incluyó: pH
y acidez; y la evaluación sensorial incluyó: características de intensidad
de aroma, sabor, acidez y cuerpo(4).
Los resultados demostraron que existe una heterogeneidad en las
calidades de los granos de cacao estudiadas, principalmente en cuanto al
índice de grano, el contenido de cascarilla, el grado de fermentación y las
características sensoriales que influyen de forma relevante en el
comportamiento productivo y sensorial del chocolate de mesa. También
40se encontró que los granos de cacao procedentes de las zonas de
Santander y Nariño presentaron mejores características físicas y
sensoriales para la obtención de una buena taza de chocolate, del gusto
del consumidor Colombiano; no así el cacao procedente del Huila el cual
presentó características físicas y sensoriales inadecuadas para la
producción de un buen chocolate de mesa(4).
Para la industria resulta de gran interés el estudio de las características
fisicoquímicas tanto del cacao como del chocolate, de acuerdo con su
región de origen por lo tanto, se deben realizar estudios más profundos
que proporcionen mayor información de sus propiedades a lo largo del
tiempo de almacenamiento.
En el presente trabajo se determinaron propiedades como: parámetros de
G.A.B, curvas de adsorción, cinética de degradación del chocolate y el
tiempo de vida útil del producto, las cuales proporcionan una importante
contribución al estudio del comportamiento de este producto bajo
condiciones de almacenamiento.
413 METODOLOGÍA
3.1 MATERIALES
(cid:252) Materia prima: Chocolate de mesa sin azúcar, fabricado el 5 de
diciembre de 2002 por Casa Luker (Manizales)
(cid:252) Empaque: Polipropileno Biorientado, termosellable de 40 micras.
(cid:252) Tamaño de la muestra: unidades de 63 g (8 pastillas)
Dimensiones: largo 6 cm, ancho 7.5 cm, espesor 1.5 cm.
Número de muestras: 50
(cid:252) Material de laboratorio.
3.2 EQUIPOS
(cid:252) Estufas Incubadoras (para el almacenamiento del chocolate)
(cid:252) Medidor de Actividad de Agua (NOVASINA TH 200 Thermoconstanter)
(cid:252) Estufa de vacío con control de temperatura
(cid:252) Balanza analítica de precisión
(cid:252) pH-metro con Electrodo Redox.
423.3 MÉTODOS DE ANÁLISIS
El chocolate de mesa sin azúcar recién fabricado fue almacenado tres
meses durante los cuales se le realizaron los siguientes análisis:
A la muestra inicial y final:
(cid:252) Determinación del contenido de grasa: Se extrajo la grasa con éter de
petróleo a una muestra libre de humedad, en un extractor tipo Soxhelt
(Norma 792, Manual de Métodos Analíticos para el Control de Calidad en
la Industria Alimentaria, No. 6.1) (18).
(cid:252) Determinación de cenizas totales: Por calcinación de la muestra a 500ºC
( Norma 792, Manual de Métodos Analíticos para el Control de Calidad en
la Industria Alimentaria, No. 3.4.1) (18).
(cid:252) Determinación de la humedad: Por secado en estufa a 65ºC (Norma 792
Manual de Métodos Analíticos para el Control de Calidad en la Industria
Alimentaria No. 1.14.2) (18).
(cid:252) Actividad de agua: Determinada con el medidor de actividad de agua
Novasina Thermoconstanter.
(cid:252) Brillo: Determinado con una carta de brillo (figura No 3) para el chocolate,
según la metodología propuesta por Anzaldúa(27).
A partir de este seguimiento se determinó el valor de agua crítica (Aw ),
c
basado en la observación de la pérdida del brillo del chocolate, primer
indicio de deterioro. A partir de este momento el producto empieza a
perder interés comercial, mas no sus propiedades organolépticas y
nutricionales.
43Figura No.3 Carta de Brillo para el Chocolate
0 1 2 3 4
0 MUY OPACO
1 MATE
2 NORMAL
3 BRILLANTE
4 MUY BRILLANTE
NOTA: en la carta de brillo,3 (Brillante) es el brillo característico de una
muestra de chocolate recién fabricada.
El valor de actividad de agua crítico, se tomó cuando el chocolate
presentó un cambio en el brillo de brillante a normal.
Las muestras se almacenaron bajo las siguientes condiciones:
(cid:216) Condición 1: 20ºC y 80% de humedad relativa.
(cid:216) Condición 2: 20ºC y 90% de humedad relativa.
(cid:216) Condición 3: 25ºC y 80% de humedad relativa.
(cid:216) Condición 4: 25ºC y 90% de humedad relativa.
44Para lograr una humedad relativa de 90% estable, se utilizó una solución
de Ácido Sulfúrico a una concentración de 16% P/P , y para una humedad
relativa de 80% una solución de Cloruro de Sodio a una concentración de
22.613% P/P(25).
Cada 15 días se realizaron los siguientes análisis a las muestras
almacenadas:
Determinación de la humedad, actividad de agua y brillo (utilizando la
metodología expuesta anteriormente).
Determinación del índice de peróxidos: Por titulación potenciométrica con
solución de Tiosulfato 0.01N (Manual de Métodos Analíticos para el
Control de Calidad en la Industria Alimentaria, No. 8.2) (18).
Determinación de la Curva de Adsorción para el Chocolate: Por el método
Gravimétrico a 20ºC y 25ºC(23).
Determinación de la Permeabilidad del Polipropileno Biorientado
( Norma ASTM) (28).
3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL
Se utilizó un diseño factorial completamente aleatorio 2x2x6
• Factores: Temperatura, Humedad Relativa y Tiempo
La temperatura y la humedad relativa tienen 2 niveles, así:
45FACTOR NIVEL
Temperatura 20ºC - 25ºC
Humedad Relativa 80% - 90%
El tiempo tiene 6 niveles así:
ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 ENSAYO 6
15 DÍAS 30 DÍAS 45 DÍAS 60 DÍAS 75 DÍAS 90 DÍAS
• Variables fijas: Empaque
Tamaño de la muestra
Temperatura
% HR
• Variables de respuesta: Cambios en la actividad de agua
Índice de Peróxido
Humedad
Brillo
Los resultados obtenidos se evaluaron con el paquete estadístico
StatGraphics.
3.5 DETERMINACIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEL CHOCOLATE.
Se obtuvieron los tiempos de la vida útil del chocolate mediante dos
métodos:
(cid:216) Método fisicoquímico: Según el modelo de Arrhenius, se determinaron los
46parámetros cinéticos (K y n), mediante un gráfico de Ln (dAw/dt) vs Ln (Aw).
Posteriormente se determinaron Ea y Ko graficando LnK vs 1/T a 18ºC, 20ºC
y 25ºC.
(cid:216) Linealización de los parámetros de G.A.B: Sé linealizaron las isotermas
de adsorción y se obtuvieron los parámetros de G.A.B para calcular el
tiempo de vida útil del chocolate.
3.6 DIAGRAMA DE FLUJO
v Humedad
v Índice de
peróxido
Caracterización
v Actividad
fisicoquímica de
de agua
la muestra inicial.
v Grasa
v Cenizas
Determinación de
la permeabilidad
del Polipropileno
Biorientado
Almacenamiento de
las muestras
aplicando Vida de
Anaquel Acelerada
durante tres meses
47M uestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4
20ºC 20ºC 25ºC 25ºC
80 %HR 90%HR 80%HR 90%HR
Seguimiento cada 15 días de: Actividad de
Agua, Índice de Peróxido, Humedad y Brillo
Cálculos para la determinación Construcción de las
de la Vida de Anaquel por el Curvas de Adsorción a
método fisicoquímico según el 20ºC y 25ºC
Modelo de Arrhenius.
Linearización para la
determinación de los
parámetros de G.A.B.
y cálculo de la vida
de anaquel
Análisis de
resultados
484 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL CHOCOLATE DE
MESA SIN AZÚCAR
4.1.1 Seguimiento de los Cambios Fisicoquímicos de las Muestras
Inicial y Final.
En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos de los análisis
realizados a las muestras antes del almacenamiento y a las muestras una
vez transcurridos tres meses.
Tabla No 4. Datos Fisicoquímicos
MUESTRA
ANALISIS MUESTRA FINAL
INICIAL
20ºC 20ºC 25ºC 25ºC
80%HR 90%HR 80%HR 90%HR
HUMEDAD
0.062 0.68 1.02 0.65 0.76
(%)
Aw 0.168 0.295 0.390 0.331 0.378
GRASA
52.98 49.74 49.23 48.54 47.56
(%)
CENIZAS
3.684 3.703 3.773 3.841 3.981
TOTALES (%)
BRILLANTE MATE MATE MUY MUY
BRILLO
OPACO OPACO
49Como se puede observar en la tabla No.4, respecto a la humedad, a
mayor humedad relativa y a la misma temperatura, el producto presenta
mayor porcentaje de humedad. A la misma humedad relativa y a menor
temperatura más alto el contenido de humedad, debido a que el producto
tiende a conservarse más seco a una temperatura mayor.
La actividad de agua se incrementa en condiciones de humedad relativa
alta.
Con respecto al contenido de grasa se puede apreciar que disminuye a
medida que aumenta la temperatura, ya que tanto ésta como la actividad
de agua pueden influenciar reacciones de auto-oxidación generando
compuestos volátiles tales como glúcidos, aldehídos y otros(8).
Las cenizas totales no presentan variaciones notables debido a que éstas
representan la cantidad de minerales contenidos en el producto, los
cuales no se ven muy afectados a estas condiciones de almacenamiento.
4.1.2 Seguimiento Fisicoquímico de las Muestras Almacenadas.
En las siguientes tablas se presentan los cambios de la humedad, la
actividad de agua y el brillo en el producto, reportados cada 15 días
durante los tres meses de almacenamiento.
50Tabla No 5. Contenido de Humedad (%).
PORCENTAJE 20(cid:176)(cid:176)C 20(cid:176)(cid:176)C 25(cid:176)(cid:176)C 25(cid:176)(cid:176)C
DE HUMEDAD 80% HR 90% HR 80% HR 90% HR
MUESTRA
INICIAL 0.062
ENSAYO # 1 (15 días) 0.078 0.15 0.13 0.12
ENSAYO # 2 (30 días) 0.08 0.19 0.15 0.18
ENSAYO # 3 (45 días) 0.14 0.21 0.19 0.22
ENSAYO # 4 (60 días) 0.16 0.35 0.21 0.31
ENSAYO # 5 (75 días) 0.33 0.84 0.59 0.43
ENSAYO # 6 (90 días) 0.68 1.02 0.65 0.76
Figura No. 4 Comportamiento de la Humedad a través del Tiempo
1.2
y = -0.0071x4 + 0.0886x3 - 0.3089x2 + 0.3678x + 0.0511
R2 = 0.9845
20ºC-80%HR
y = -0.0053x4 + 0.0657x3 - 0.2328x2 + 0.2819x + 0.0528
1
R2 = 0.9545
20ºC-90%HR
y = 0.0016x4 - 0.0122x3 + 0.0281x2 + 0.0376x + 0.0628
R2 = 0.9989 25ºC-80%HR
0.8
y = 0.0017x4 - 0.0125x3 + 0.0332x2 - 0.0138x + 0.0631 25ºC-90%HR
R2 = 0.997 )%(
Polinómica (20ºC-
80%HR) DADEMUH
0.6
Polinómica (20ºC-
90%HR)
Polinómica (25ºC-
80%HR)
0.4 Polinómica (25ºC-
90%HR)
0.2
0
0 1 2 3 4 5 6 7
TIEMPO (DÍAS)
51La humedad del chocolate presenta un incremento muy leve en los
primeros 60 días, y luego estos valores crecen considerablemente de
acuerdo con cada una de las condiciones de almacenamiento
Tabla No. 6. Actividad de Agua
ACTIVIDAD DE 20C 20C 25C 25C
AGUA Aw 80%HR 90%HR 80%HR 90%HR
MUESTRA
0.168
INICIAL
0.170 0.229 0.306 0.208
ENSAYO # 1 (15 días)
0.198 0.195 0.216 0.166
ENSAYO # 2 (30 días)
0.221 0.256 0.238 0.244
ENSAYO # 3 (45 días)
0.245 0.325 0.293 0.341
ENSAYO # 4 (60 días)
0.280 0.362 0.324 0.356
ENSAYO # 5 (75 días)
0.292 0.390 0.332 0.378
ENSAYO # 6 (90 días)
Figura No 5 Comportamiento de Aw a través del Tiempo
0.45
0.4 y = -4E-06x4 - 0.0009x3 + 0.0091x2 - 0.0015x + 0.1671
R2 = 0.9948
0.35
20°c - 80%hr
AUGA
0.3 20°C - 90%HR
25°C - 80%HR
0.25 25°C - 90%HR ED
DADIVITCA
0.2 Polinómica (20°c - 80%hr)
y = -0.0015x4 + 0.0174x3 - 0.0558x2 + 0.0784x + 0.1724 Polinómica (20°C - 90%HR)
0.15 R2 = 0.9661 Polinómica (25°C - 80%HR)
y = -0.0022x4 + 0.0268x3 - 0.1008x2 + 0.1426x + 0.1711 Polinómica (25°C - 90%HR)
0.1
R2 = 0.9641
0.05 y = -0.0013x4 + 0.0123x3 - 0.026x2 + 0.0248x + 0.174
R2 = 0.9415
0
0 1 2 3 4 5 6 7
TIEMPO (DIAS)
52La Actividad de agua presenta un comportamiento inestable en los
primeros 45 días y de aquí en adelante incrementa de acuerdo al efecto
de la humedad relativa a la que fue sometido el producto.
Tabla No. 7 Variación del Brillo del Chocolate durante el Almacenamiento
BRILLO 20(cid:176)(cid:176)C 20(cid:176)(cid:176)C 25(cid:176)(cid:176)C 25(cid:176)(cid:176)C
80% HR 90% HR 80% HR 90%
HR
MUESTRA
INICIAL 3
3 3 3 3
ENSAYO # 1 (15 días)
3 3 2 2
ENSAYO # 2 (30 días)
2 2-3 1-2 1
ENSAYO # 3 (45 días)
2 2 1-2 1
ENSAYO # 4 (60 días)
1-2 1-2 1 0
ENSAYO # 5 (75 días)
1 1 0 0
ENSAYO # 6 (90 días)
Figura No 6 Comportamiento del Brillo a través del Tiempo
4
y = -0.0095x4 + 0.1275x3 - 0.5814x2 + 0.6138x + 2.9751
3.5 R2 = 0.9573
y = 0.0019x4 - 0.0088x3 - 0.1004x2 + 0.182x + 2.9859
3 R2 = 0.9959
y = -0.0246x4 + 0.2816x3 - 0.9867x2 + 0.5924x + 3.0281 20°C - 80%HR
R2 = 0.9889 20°C - 90%HR
2.5
25°C - 80%HR
25°C - 90%HR OLLIRB
2
Polinómica (20°C - 80%HR)
Polinómica (20°C - 90%HR)
1.5
Polinómica (25°C - 80%HR)
Polinómica (25°C - 90%HR)
1
0.5 y = -0.0625x4 + 0.6528x3 - 2.1458x2 + 1.627x + 2.9881
R2 = 0.9951
0
0 1 2 3 4 5 6 7
TIEMPO (DIAS)
53El Brillo desciende considerablemente a través del tiempo debido a la
gran influencia que tienen las condiciones de almacenamiento sobre este
parámetro.
En el Anexo A se muestran fotografías para ilustrar los cambios físicos
que presentó el chocolate durante el tiempo de almacenamiento.
4.1.2.1 Análisis Estadístico
Se utilizó el diseño experimental planteado en la metodología, para cada
una de las variables de salida: Aw, humedad y brillo y su interacción con
los factores temperatura, humedad relativa y tiempo. A través de un
análisis de varianza, se obtuvieron los siguientes resultados:
Actividad de agua: Tanto el %HR como el tiempo tienen una influencia
estadísticamente significativa en la actividad de agua del chocolate
empacado en poliprolpileno biorientado, con un nivel de confianza del
95%, de igual manera las interacciones entre Temperatura-%HR y %HR-
tiempo tienen gran incidencia sobre este parámetro.
Humedad: La temperatura, el tiempo, la humedad relativa y las
interacciones entre ellos influyen notablemente en la humedad del
producto con un nivel de confianza del 95%.
Brillo: Tanto la temperatura como el tiempo y la interacción entre elllos
tienen una influencia estadísticamente significativa sobre el brillo del
chocolate a un nivel de confianza del 95%.
54Los resultados del análisis estadístico se presentan en el ANEXO B.
Durante este seguimiento también se realizaron los análisis del índice de
peróxidos a cada una de las muestras en cada uno de los ensayos.
El índice de peróxidos reporta el grado de enranciamiento de las grasas,
las cuales en nuestro caso no presentaron cambios significativos en
ninguna de las condiciones de almacenamiento, lo que se reflejó en el
valor de cero para éste análisis.
4.2 DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DEL
POLIPROPILENO BIORIENTADO.
Se determinó la permeabilidad para 20ºC y 25ºC, realizando dos ensayos
para cada temperatura.
Se llevó a cabo el procedimiento utilizando sílica gel, en una cápsula, la
cual se recubrió con la película de polipropileno; se colocó a las
respectivas temperaturas durante periodos de tiempo previamente
establecidos (24 horas),después de los cuales se registraron los datos del
peso de las cápsulas.
En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos durante los ensayos
a 25ºC:
55Tabla No 8. Datos para calcular la velocidad de transmisión del vapor de agua del
Polipropileno Biorientado
TIEMPO TEMPERATURA ENSAYO 1 ENSAYO 2
(días) (ºC) PESO PESO
(gramos) (gramos)
0 25 61.024 60.607
1 25 61.029 60.610
2 25 61.032 60.616
3 25 61.038 60.620
4 25 61.045 60.625
5 25 61.051 60.631
6 25 61.060 60.639
El cálculo de la velocidad de transmisión del vapor de agua del
Polipropileno Biorientado se realizó con la siguiente fórmula(28):
m - m
WVT = f i (8)
q · A
Donde: WVT es la velocidad de transmisión del vapor de agua, m es la
f
masa final, m es la masa inicial, q es el tiempo y A es el área .
i
La permeabilidad del empaque se determinó con la siguiente
expresión(28):
WVT *D x
B = ( ) (9)
Po * %HR - %HR
1 2
Donde: Äx es el espesor de la película en ìm, Po es la presión de vapor
del agua pura a la temperatura del ensayo en Pa, HR y HR son las
1 2
humedades relativas dentro y fuera del empaque.
En la siguiente tabla se reportan los datos de permeabilidad experimental
a 20ºC y 25ºC:
56Tabla No 9. Permeabilidad del Empaque
TEMPERATURA PERMEABILIDAD
(ºC) (g*mmm/Pa*m2*día)
25 9.7532x10-3
20 4.4781x10-3
El valor encontrado en la literatura para la permeabilidad del polipropileno
biorientado fue de 16.5 x 10-3 (g*mmm/Pa*m2*día) para 37.8ºC(21), mayor del
encontrado experimentalmente, debido a que los ensayos se realizaron a
temperaturas menores que la reportada.
4.3 DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS
Para la determinación de los parámetros cinéticos (Ko, K y Ea), con el
cambio en la actividad de agua, fue necesario realizar un seguimiento de
Aw a otra temperatura (18ºC) debido a que tres temperaturas es el
mínimo requerido(24).
Como se desconoce el orden de la reacción, se planteó la ecuación
cinética así:
dAw
= K Awn
(10)
dt
Linealizando la ecuación (10) se tiene:
(cid:230) dAw(cid:246)
Ln(cid:231) (cid:247) = LnK + n LnAw
(11)
Ł dt ł
57Se construyó un gráfico de Ln(dAw/dt) vs Ln( Aw) para 18ºC, 20ºC y 25ºC
y para 80%HR y 90%HR, (Figuras No.7 y No.8 ), donde la pendiente
corresponderá al valor de n y el intercepto será Ln K. (dAw/dt) fue
hallada manualmente graficando los datos de Aw vs tiempo y
determinando los valores de las tangentes en cada punto.
Figura No 7 . Parámetros Cinéticos para 90% HR (n y K).
-0.7 -0.65 -0.6 -0.55 -0.5 -0.45 -0.4
-2.2
-2.3
-2.4
y = 0.8274x - 2.0552 T= 18ºC
R2 = 0.9658 -2.5 T= 20ºC )td/wAd(nL
T= 25ºC
-2.6
Lineal (T= 18ºC)
y = 1.5376x - 1.8073
R2 = 0.9608 -2.7 Lineal (T= 20ºC)
Lineal (T= 25ºC)
-2.8
y = 1.5372x - 1.9398
R2 = 0.9741 -2.9
-3
Ln(Aw)
Figura No 8 . Parámetros Cinéticos para 80% HR (n y K).
-0.8 -0.75 -0.7 -0.65 -0.6 -0.55 -0.5 -0.45 -0.4
-2.2
-2.3
y = 1.2897x - 1.7434
-2.4
R2 = 0.9633
-2.5
T=18ºC )td/wAd(nL
T=20ºC
-2.6
T=25ºC
y = 1.1642x - 1.9086 -2.7 Lineal (T=20ºC)
R2 = 0.9645 Lineal (T=25ºC)
-2.8 Lineal (T=18ºC)
-2.9
y = 1.6171x - 1.7393
R2 = 0.9329 -3
-3.1
Ln(Aw)
58Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Tabla No 10 Orden de Reacción y Constante de Velocidad
HUMEDAD 80% 90%
RELATIVA
n K n K
TEMPERATURA
18ºC
1.6171 0.018226 1.5376 0.015584
20ºC
1.2897 0.018055 1.5372 0.011486
25ºC
1.1600 0.012265 0.8274 0.008806
El orden de reacción obtenido para cada temperatura, mostrado en la
tabla No.10, se adapta a la teoría de la cinética química para el deterioro
de los alimentos, la cual dice que el orden de estas reacciones puede
estar entre cero, uno o dos(24) .
También se puede observar que tanto el orden (n) como la constante de
velocidad (K), disminuyen a medida que aumenta la temperatura.
La determinación de los parámetros cinéticos Ea y Ko se realiza con base
en el modelo de Arrhenius(24):
E
- a
=
K K e RT
0 (12)
Linealizando esta ecuación tenemos que la pendiente corresponde al
valor de E /R y el intercepto es Ln K así:
a 0
E 1
LnK = LnK - a (cid:215)
0 (13)
R T
59Se grafica LnK vs 1/T.
Figura No 9. Parámetros Cinéticos Ea y Ko
0.00334 0.00336 0.00338 0.0034 0.00342 0.00344
-3.7
-3.9
y = 5256.4x - 22.012
-4.1 R2 = 0.9342
80%HR
90%HR -4.3 )k(nL
Lineal (90%HR)
Lineal (80%HR)
-4.5
y = 6623.2x - 26.972
-4.7
R2 = 0.9252
-4.9
1/T
Los valores obtenidos se muestran en la siguiente tabla:
Tabla No 11 Parámetros Cinéticos Ko y Ea.
PARAMETROS
Ko Ea/R
HUMEDAD
(días)-1 (K)
RELATIVA
80%
2.756*10-10 -5256.4
90%
1.935*10-12 -6623.2
En la tabla No.11 se pueden apreciar valores muy bajos para la constante
Ko, lo que explica la degradación tan lenta que sufre el chocolate de mesa
sin azúcar.
(cid:216) Variación del orden de reacción n con la temperatura:
A continuación se presenta una gráfica para correlacionar n y T:
60Figura No 10 Correlación del Orden de Reacción con la Temperatura
2
1.8 y = -0.0203x2 + 0.7694x - 5.7493
1.6 R2 = 1
80% HR
1.4 90% HR
Polinómica (80% HR) n
1.2
Polinómica (90% HR)
1
y = 0.0197x2 - 0.9115x + 11.649
0.8 R2 = 1
0.6
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
T (ºC)
n = - 0.0203 T 2 + 0.7694 T - 5.7493
(90%HR)
n = 0.0197 T2 - 0.9115 T +11.649
(80%HR)
4.4 CÁLCULO DE LA VIDA DE ANAQUEL DEL CHOCOLATE EN LAS
DIFERENTES CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO.
Una vez hallados los parámetros cinéticos, se calculó la vida de anaquel
del chocolate de mesa sin azúcar a las diferentes condiciones de
almacenamiento.
Para realizar este cálculo es necesario conocer el valor exacto de la
actividad de agua en el punto a partir del cual comienza el deterioro del
alimento que es la actividad de agua crítica Aw (8) (pág 43)
c
Los valores de Aw son hallados para cada temperatura observando los
c
primeros indicios de deterioro del chocolate durante el desarrollo de las
curvas de adsorción. Para 20ºC Aw = 0.7 y para 25ºC Aw = 0.6.
c c
61Estos valores y los necesarios para el cálculo del tiempo se muestran en
la siguiente tabla:
Tabla No 12. Parámetros para la Determinación de la Vida de
Anaquel del Chocolate
HUMEDAD 80% 90%
RELATIVA PARÁMETROS
TEMPERATURA
Aw n K Aw n K
20ºC 0.7 1.2897 0.01806 0.7 1.5372 0.01149
25ºC 0.6 1.16 0.01227 0.6 0.8274 0.00881
El tiempo de vida de anaquel se halló integrando la ecuación (10), así:
Aw 1- n Aw 1- n
- 0
- -
= 1 n 1 n
t
(14)
K
Reemplazando los valores de la tabla No.12 en la ecuación (14), se
obtienen los siguientes resultados:
Tabla No 13. Tiempo de Vida de Anaquel Acelerada del Chocolate en
diferentes Condiciones de Almacenamiento
CONDICIONES DE TIEMPO (días)
ALMACENAMIENTO
20ºC – 80%HR 226.22
20ºC – 90%HR 148.12
25ºC – 80%HR 124.91
25ºC – 90%HR 118.82
62Con estos valores se puede predecir el tiempo de vida de anaquel para el
chocolate a condiciones normales de almacenamiento en la ciudad de
Manizales (18ºC y 80%HR), utilizando la ecuación No.2
226.22
= =
t 255.87Días
Ø 1 1 ø
5256.4Œ - œ
e º 293.15 291.15ß
Como se puede observar en la tabla No.13, el tiempo de vida de anaquel
para chocolate disminuye a medida que las condiciones de
almacenamiento se hacen más extremas.
4.4.1 Cálculo del Parámetro Q :
10
Se realiza un gráfico del Ln del tiempo de vida de anaquel para el
chocolate vs temperatura, del cual se obtiene la pendiente (b) para el
cálculo del parámetro Q :
10
= 10*b
Q e
10
Figura No 11. Parámetro Q 10
5.7
5.6
y = -0.1058x + 7.4878
5.5 R2 = 0.9878
5.4
5.3
t
5.2 nL
5.1
5
4.9
4.8
4.7
15 17 19 21 23 25 27
T(ºC)
63Q
10 = 2.88
El parámetro Q se define como la razón entre la vida de anaquel a una
10
temperatura T y la vida de anaquel a otra temperatura T+10.
El valor de Q = 2.88 para el chocolate de mesa, significa que la velocidad
10
de la reacción de deterioro se acelera 2.88 veces por cada 10º de
temperatura que se aumenten.
4.5 DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE ADSORCIÓN DEL
CHOCOLATE DE MESA SIN AZÚCAR.
Para evaluar la durabilidad del chocolate sin azúcar a través del método de
linealización, se construyeron dos isotermas de adsorción a 20ºC y 25ºC(23);
posteriormente se realizó el ajuste de estas isotermas al modelo de
G.A.B(26), una vez determinados todos los parámetros de G.A.B (K, Y y M )
gm
para cada una de las temperaturas, se evalúa la durabilidad del chocolate
para cada condición de almacenamiento a la cual fue sometido.
En la siguiente tabla se muestran los datos experimentales de adsorción
de agua obtenidos a 25ºC para la construcción de la isoterma.
64Tabla No 14. Datos Experimentales para la Curva de Adsorción a 25ºC
SALES Aw CONTENIDO
DE AGUA
LiCl 0.106 0.00254
MgCl 0.338 0.01127
2
K CO 0.430 0.01660
2 3
Mg(NO ) 0.502 0.01527
3 2
NaBr 0.589 0.02170
NaCl 0.721 0.04856
KCl 0.810 0.09312
BaCl 0.881 0.10810
2
Figura No 12 Curva Experimental de Adsorción del Chocolate, a 25ºC
0.12
0.1 auga
0.08
ed
0.06 odinetnoC
0.04
0.02
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Aw
Figura No 13 Curva Experimental de Adsorción del Chocolate, a 20ºC
0.14
0.12
auga
0.1
ed
0.08
odinetnoC
0.06
0.04
0.02
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Aw
65Con los datos de las curvas de Adsorción a 25ºC y 20ºC se construye la
gráfica de Aw/m vs Aw (donde m es la humedad en base seca), a la cual
se le hace un ajuste a una ecuación de segundo orden(26). Con los
coeficientes de esta ecuación y las siguientes expresiones, se determinan
los parámetros de G.A.B.:
1
Ø 1 ø 2
Mgm = Œ ( )œ (15)
º b2 - 4ac ß
2a * Mgm
K = - (16)
bMgm + 1
1
Y = (17)
Mgm * c* K
A continuación se presenta la gráfica de la linealización del modelo de
G.A.B. a 25ºC y a 20ºC.
Figura No 14. Linealización del Modelo de G.A.B. a 25ºC
45
40 y = 9.5919x2 - 53.384x + 47.178
35 R2 = 0.9954
30
m/wA
25
20
15
10
5
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
AW
66Figura No 15. Linealización del Modelo de G.A.B. a 20ºC
120
100 y = 62.787x2 - 194.8x + 130.64
R2 = 0.9929
80
m/wA
60
40
20
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
AW
Aw
= aAw2 + bAw + c (18)
m
Reemplazando los valores de los coeficientes de las ecuaciones
obtenidas en las figuras No.14 y No.15 y resolviendo las ecuaciones 15,
16, y 17 se hallan los parámetros de G.A.B. así:
Tabla No 15. Parámetros de G.A.B. para el Chocolate.
TEMPERATURA Mgm K Y
(ºC)
0.014 1.0180 0.5370
20
0.031 0.9081 0.7529
25
Como se puede apreciar en la tabla No.15, el parámetro K para el
chocolate disminuye con la temperatura, mientras que los parámetros Y y
Mgm aumentan a medida que ésta se incrementa.
67Cálculo de la durabilidad del chocolate:
Para determinar el tiempo de durabilidad del chocolate se relacionan los
parámetros de G.A.B con algunas propiedades, tanto del empaque como
de la muestra, empleando la siguiente expresión:
( )
awf 1+ K2*Y- 1*a 2 P B A
(cid:242) w da = 0 * * *t
( a - a ) *( 1- K*a + Y*K*a ) 2 w Mgm*Y*K D x W (19)
a we w w w s
w0
Tabla No. 16. Parámetros para la Determinación
de la Durabilidad del Chocolate
TEMPERATURA 20ºC 25ºC
Mgm 0.014 0.031
PARÁMETROS DE GAB Y 0.5370 0.7529
K 1.018 0.9081
PERMEABILIDAD DEL B 4.478x10-3 9.753x10-3
EMPAQUE (g*m m/Pa*m2*día)
PRESIÓN (Pa) Po 2079 3179
CALIBRE DEL EMPAQUE (m m) D x 40 40
ÄREA DE TRANSFERENCIA (m2) A 0.0135 0.0135
PESO DE LA MUESTRA (g) Ws 61.425 61.425
ACTIVIDAD DE AGUA DE Awe 0.8 0.8
EQUILIBRIO
Con la ayuda del programa Matemática, se solucionó la ecuación No. 17,
obteniendo los siguientes resultados:
Tabla No.17. Durabilidad del chocolate a 20ºC y 25ºC
para 80%HR
TEMPERATURA TIEMPO
(ºC) (días)
20 245.75
25 217.97
68En la tabla No.17 sólo se muestran los resultados obtenidos para 20ºC y
25ºC y %HR=80, debido a que los parámetros de G.A.B se determinaron
únicamente a esta humedad relativa. De igual forma, se observa que a
medida que aumenta la temperatura disminuye el tiempo de durabilidad
del producto.
4.6 DETERMINACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO QUE
RELACIONA LA CINÉTICA CON LAS CONDICIONES DE
ALMACENAMIENTO.
Para la determinación de este modelo se realizaron las gráficas n vs T
(figura No.10) y K vs T,(figura Nº 16) obteniéndose las respectivas
correlaciones para cada condición de almacenamiento.
Figura No16. variación de la constante de velocidad con la temperatura
0.02
y = -0.0002x2 + 0.0057x - 0.0354
0.018 R2 = 1
0.016
0.014 80%HR
90%HR
K
Polinómica (90%HR)
0.012 Polinómica (80%HR)
0.01
0.008 y = 0.0002x2 - 0.0103x + 0.1303
R2 = 1
0.006
15 17 19 21 23 25 27
T(ºC)
69Correlaciones obtenidas:
n = 0.197T2 - 0.9115T +11.649
v Para 80%HR:
K = - 2*10- 4T2 +5.7*10- 3T - 0.0354
n=- 0.023T2 + 0.794T - 5.7493
v Para 90%HR:
K = 2*10- 4T2 - 0.013T + 0.1303
A partir de estas correlaciones, se plantean modelos matemáticos para
80% y 90% de humedad relativa y para cualquier temperatura.
Para 80%HR:
dAw
= (- 2*10- 4T2 + 5.7*10- 3T - 0.0354)*Aw(0.197T2- 0.915T+11.649)
dt
Para 90%HR:
dAw
= (2*10- 4T2 - 0.013T + 0.1303)*Aw(- 0.023T2+0.794T- 5.7493)
dt
705 INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE IMÁGENES
La textura de imágenes: Las texturas visuales generalmente se forman por
la interacción de la luz con una superficie áspera. En una imagen digital de
una superficie se almacena información como un conjunto de pixeles con
diferentes intensidades o niveles grises. La variación local de claridad de un
píxel al próximo ( o dentro de una pequeña región), se llama frecuentemente
textura(29).
El análisis de textura de imágenes constituye una herramienta muy útil
cuando se requiere obtener mayor información sobre cambios que puede
presentar la superficie de un producto durante un periodo de
almacenamiento y los cuales no se aprecian a simple vista(29).
Con el programa SPIP ( Scanning Probe Image Processor ), es posible
analizar estas imágenes para obtener datos sobre la textura de la muestra
basados en la rugosidad, histograma de altura, vista tridimensional de la
imagen, entre otros.
Las siguientes imágenes se obtuvieron en el microscopio electrónico ESEM,
disponible en la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.
71Imagen de la muestra inicial de chocolate
Tomada en el ESEM
Vista tridimensional Histograma de la imagen
72Imagen de chocolate a 18ºC y 80% HR
Después de tres meses de almacenamiento
Vista tridimensional Histograma de la imagen
73Imagen de chocolate a 18ºC y 90%HR
Después de tres meses de almacenamiento
Vista tridimensional Histograma de la imagen
74Imagen del chocolate a 20ºC y 80% HR
Después de tres meses de almacenamiento
Vista tridimensional Histograma de la imagen
75Imagen de chocolate a 20ºC y 90% HR
Después de tres meses de almacenamiento
Vista tridimensional Histograma de la imagen
76El histograma de la imagen muestra el valor del Step Height el cual
relaciona los valores del pico más alto y más bajo de la superficie de la
imagen; cuanto más bajo sea este valor, mayor es el deterioro de la textura
de la superficie.
En este análisis se puede apreciar que la muestra inicial presenta un Step
Height de 25.11 mientras que la muestra almacenada a 20ºC y 90% HR
presenta un Step Height de 6.94, lo que demuestra el deterioro de la
superficie a los tres meses.
La vista tridimensional de las imágenes muestra los primeros indicios de la
aparición del “Bloom” del chocolate, representado por las tonalidades más
claras sobre la superficie.
El porcentaje de Rugosidad de las muestras de chocolate es otro parámetro
más que puede determinar con el programa SPIP.
77% Rugosidad de la muestra inicial 12.7 µm
muestras de chocolate después de tres meses de almacenamiento
% Rugosidad de la muestra % Rugosidad de la muestra
a 18ºC y 80% HR 11.3µm a 18ºC y 90% HR 12.1µm
% Rugosidad de la muestra % Rugosidad de la muestra
a 20ºC y 80% HR 8.27µm 20ºC y 90% HR 7.77 µm
78Como se puede observar en cada una de las gráficas anteriores el valor del
% de Rugosidad disminuye a medida que se hacen más extremas las
condiciones de almacenamiento (T y %HR) así:
Muestra inicial = 12.7 um
Muestra a 18ºC y 80% HR= 11.3 µm
Muestra a 18ºC y 90% HR= 12.1 µm
Muestra a 20ºC y 80% HR= 8.27 µm
Muestra a 20ºC y 80% HR= 7.77 µm
Sobre todo, la temperatura afecta directamente la rugosidad de la superficie
del chocolate, provocando que ésta se ablande y que con el tiempo cada vez
sea más plana.
796 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
(cid:216) Los resultados del seguimiento fisico-químico durante los tres meses
de almacenamiento en condiciones de abuso, demuestran que el
chocolate de mesa sin azúcar es un producto altamente duradero.
(cid:216) A mayor humedad relativa e igual temperatura, mayor es el % de
humedad del chocolate.(Tabla No 4)
(cid:216) La actividad de agua se incrementa a medida que las condiciones de
humedad relativa aumentan.(pág 50)
(cid:216) La película de polipropileno biorientado brindó una buena protección
al producto, gracias a su baja permeabilidad, aunque para obtener
resultados más satisfactorios, esta película se debe pigmentar para
impedir el paso de luz y evitar un rápido deterioro.
(cid:216) Los tiempos de vida de anaquel encontrados por los métodos fisico-
químicos (Tabla No 13) y de linealización,(Tabla No 17), señalan el
80momento en el cual se presenta el primer indicio de deterioro del
producto, lo cual no significa que el chocolate ya no sea consumible.
(cid:216) Los parámetros de G.A.B obtenidos para el chocolate a 20ºC y 25ºC,
representan un aporte a la literatura.
(cid:216) Los modelos matemáticos encontrados:
Para 80%HR:
dAw
= (- 2*10- 4T2 + 5.7*10- 3T - 0.0354)* Aw(0.197T2- 0.915T+11.649)
dt
Para 90%HR:
dAw
= (2 * 10 - 4 T 2 - 0.013 T + 0.1303 ) * Aw (- 0.023 T 2+0.794 T - 5.7493 )
dt
serán útiles para la industria del chocolate, en la determinación de
parámetros para otras condiciones de almacenamiento.
(cid:216) Para futuros estudios sobre el chocolate, se recomienda trabajar
temperaturas inferiores a 29ºC, punto en el cual el chocolate de mesa
se funde.
(cid:216) Se recomienda realizar futuros estudios con empaques que ofrezcan
mejor protección a la luz.
81(cid:216) La reacción de oxidación de la grasa (rancidez) en el chocolate,
ocurre de manera muy lenta, lo que se pudo apreciar según los
resultados obtenidos para el índice de peróxido durante el tiempo de
almacenamiento.
(cid:216) Se recomienda realizar para este producto un análisis paralelo con
evaluación sensorial y cinética de deterioro.
(cid:216) Se recomienda efectuar una caracterización fisicoquímica del
chocolate de mesa sin azúcar, al igual que curvas de adsorción para
otras condiciones de almacenamiento (T y % HR).
(cid:216) El programa SPIP constituye una herramienta fundamental para el
estudio del análisis de imágenes; por lo cual se recomienda
profundizar en su manejo y aplicación para obtener mayor información
acerca de la textura de las superficies de alimentos.
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image texture analysis”. Journal of Food Engineering. Vol.53 pág
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86ANEXOSANEXO A: Fotografías del Chocolate Almacenado.
Muestra inicial en empaque normal
Muestra inicial empacada en Polipropileno Biorientado
Chocolate a los quince días de almacenamiento
87Aparición del “Bloom” a los 60 días de almacenamiento
Aparición del “Bloom” a los 75 días de almacenamiento
Chocolate a los 90 días de almacenamiento
88ANEXO B: Resultados del Estudio Estadístico.
Análisis de Varianza para la Humedad.
Source Sum of Squares Df Mean Squares F-Ratio P-Value
A: Tem 0.012717 1 0.012717 0.73 0.0396
B: HR 0.186844 1 0.186844 10.74 0.0020
C: tiempo 2.52833 1 2.52833 145.36 0.0000
AB 0.219125 1 0.219125 12.6 0.0009
AC 0.015544 1 0.015544 0.89 0.0349
BC 0.070503 1 0.070503 4.05 0.0497
Blocks 0.0002614 1 0.0002614 0.020 0.9029
Total Error 0.834901 48 0.0173938
Análisis de Varianza para la Actividad de Agua.
Source Sum of Squares Df Mean Squares F-Ratio P-Value
A: Tem 0.003243 1 0.003243 3.78 0.055
B: HR 0.017712 1 0.017712 21.12 0.000
C: tiempo 0.207401 1 0.207401 247.28 0.000
AB 0.009911 1 0.009911 11.82 0.0012
AC 1.61E-07 1 1.61E-07 0.00 0.9890
BC 0.015147 1 0.015147 18.06 0.0001
Blocks 0.00000216 1 0.00000216 0.000 0.9597
Total Error 0.0402593 48 0.0008387
Análisis de Varianza para el Brillo.
Source Sum of Squares Df Mean Squares F-Ratio P-Value
A: Tem 8.05804 1 8.05804 69.37 0.0000
B: HR 0.25803 1 0.25803 2.22 0.1427
C: tiempo 43.7545 1 43.7545 376.66 0.0000
AB 0.44642 1 0.44642 3.84 0.0558
AC 1.61161 1 1.61161 13.87 0.0005
BC 0.111607 1 0.111607 0.96 0.3319
Blocks 0.446429 1 0.446429 3.840 0.0558
Total Error 5.57589 48 0.116164
89