Desarrollo de una bebida fermentada con adición de cocción de maíz
Autor: Fula Arguello, Angélica Ginneth
Asesor: Holguín Hernández, Martha Stella (Thesis advisor)
Fecha: 2010
Programa: Bogotá - Medicina - Especialidad en Anestesiología y Reanimación
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: Se evaluó la posibilidad de desarrollar una bebida fermentada conocida en Colombia como masato, en la cual se determinaron las condiciones de pH, temperatura, tiempo de fermentación, cantidad de azúcar necesario para llevar el proceso a cabo. Se evaluó también el efecto de la pasterización, refrigeración, la adición de extracto de clavo, canela y sorbato de potasio, para determinar las condiciones requeridas para la conservación del producto y finalmente se determinó la vida útil. En cada uno de los ensayos se tomó como parámetros fisicoquímicos la medición del pH, la acidez, sólidos solubles, sólidos totales, grados de alcohol y como parámetros microbiológicos el recuento de hongos y levaduras, mesófilos, coliformes totales y bacterias ácido-lácticas. Se obtuvo como resultado que el producto cumple con los parámetros normativos en cuanto a calidad microbiológica, con una vida útil de 15 días. / Abstract. The possibility for development a drink fermented knew in Colombia as masato was evaluated, where the conditions of pH, temperature, fermentation’s time and sugar amount was determinated for the product. Also, the pasteurization, refrigeration, add of cloves and cinnamon extract and potassium sorbate effect was evaluated to determinate the conditions requerides for the product conservation and finally the shelf life was determinated. Each one of the formulations was measured physicochemical parameters: pH, acidity, total sugar, dry matter, alcohol percent, and microbiologycal parameters: recount of yeast, mesofiles, total coliforms and acid lactic bacteria. The result was a product with safety and quality microbiologycal and 15 days of shelf life.

DESARROLLO DE UNA BEBIDA FERMENTADA
CON ADICIÓN DE COCCIÓN DE MAÍZ
TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
ESPECIALISTA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
DIRIGIDO POR:
MARTHA STELLA HOLGUÍN HERNÁNDEZ
MSC. MICROBIOLOGÍA
ANGÉLICA GINNETH FULA ARGUELLO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS
ESPECIALIZACIÓN EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
BOGOTÁ, 20102
INTRODUCCIÓN
En vista del impacto ambiental que se produce por la generación de residuos, se
hace necesario convertir los desechos en productos que puedan satisfacer las
necesidades de la humanidad.
La generación de residuos no sólo implica la contaminación del ambiente, sino que
además aumenta los costos de producción debido al tratamiento que se debe dar a
los residuos, por lo tanto, disminuye la competitividad de cualquier tipo de empresa
en el mercado.
Así, se genera la necesidad de emplear el conocimiento científico para desarrollar un nuevo
producto derivado de los residuos líquidos de la cocción del maíz, que además de evitar los
sobrecostos de tratamiento, disminuir el impacto ambiental y los demás factores que afecta
la generación de los mismos, se pueda comercializar un producto que cumpla con todos los
parámetros de calidad exigidos por las autoridades sanitarias competentes.
El presente trabajo es además una invitación para analizar el entorno y tratar de optimizar
todos los recursos que se desechan de una u otra forma y convertirlos en un programa
productivo que generará retribuciones económicas, pero lo más importante, evitará la
creciente contaminación de nuestro planeta.
La autora3
RESUMEN
Se evaluó la posibilidad de desarrollar una bebida fermentada conocida en Colombia
como masato, en la cual se determinaron las condiciones de pH, temperatura, tiempo
de fermentación, cantidad de azúcar necesario para llevar el proceso a cabo. Se
evaluó también el efecto de la pasterización, refrigeración, la adición de extracto de
clavo, canela y sorbato de potasio, para determinar las condiciones requeridas para
la conservación del producto y finalmente se determinó la vida útil. En cada uno de
los ensayos se tomó como parámetros fisicoquímicos la medición del pH, la acidez,
sólidos solubles, sólidos totales, grados de alcohol y como parámetros
microbiológicos el recuento de hongos y levaduras, mesófilos, coliformes totales y
bacterias ácido-lácticas. Se obtuvo como resultado que el producto cumple con los
parámetros normativos en cuanto a calidad microbiológica, con una vida útil de 15
días.
Palabras clave: fermentación, maíz, masato.
ABSTRACT
The possibility for development a drink fermented knew in Colombia as masato was
evaluated, where the conditions of pH, temperature, fermentation’s time and sugar
amount was determinated for the product. Also, the pasteurization, refrigeration, add
of cloves and cinnamon extract and potassium sorbate effect was evaluated to
determinate the conditions requerides for the product conservation and finally the life
shelf was determinated. Each one of the formulations was measured physicochemical
parameters: pH, acidity, total sugar, dry matter, alcohol percent, and microbiologycal
parameters: recount of yeast, mesofiles, total coliforms and acid lactic bacteria. The
result was a product with safety and quality microbiologycal and 15 days of life.
Key words: fermentation, corn, masato4
TABLA DE CONTENIDO
Introducción ............................................................................................................................ 2
Resumen ................................................................................................................................ 3
Abstract .................................................................................................................................. 3
Justificación ............................................................................................................................ 6
1 Objetivos.......................................................................................................................... 7
1.1 Objetivo General ....................................................................................................... 7
1.2 Objetivos Específicos ............................................................................................... 7
2 Marco Teórico .................................................................................................................. 8
2.1 Fermentación ............................................................................................................ 8
2.1.1 Fermentación láctica u homoláctica ................................................................... 8
2.1.2 Fermentación alcohólica .................................................................................... 8
2.2 Microorganismos ...................................................................................................... 9
2.3 Aditivos (saborizantes y conservantes) ................................................................... 11
2.4 Antecedentes del masato ....................................................................................... 11
3 Planteamiento del Problema .......................................................................................... 15
4 Metodología ................................................................................................................... 16
4.1 Materiales y Equipo ................................................................................................ 16
4.1.1 Materiales ........................................................................................................ 16
4.1.2 Equipos ........................................................................................................... 16
4.2 Especificación metodológica ................................................................................... 17
4.2.1 Diseño experimental ........................................................................................ 17
4.2.2 Procedimiento .................................................................................................. 19
4.3 Metodología de análisis .......................................................................................... 21
4.3.2 Determinación de grados Brix .......................................................................... 21
4.3.3 Determinación de sólidos totales. .................................................................... 21
4.3.4 Determinación de grados de alcohol ................................................................ 21
4.3.5 Análisis microbiológico. ................................................................................... 21
5 Resultados y discusión .................................................................................................. 22
5.1 Determinación de las condiciones de fermentación del masato .............................. 22
5.2 Preparación de las muestras .................................................................................. 23
5.3 Preparación de la formulación final ......................................................................... 285
6 Conclusiones ................................................................................................................. 30
7 Recomendaciones ......................................................................................................... 31
8 Agradecimientos ............................................................................................................ 31
9 Bibliografía ..................................................................................................................... 326
JUSTIFICACIÓN
En vista del alto nivel de contaminación que generan los residuos líquidos derivados
de la cocción del maíz por la alta demanda de oxígeno, y a la posibilidad de
utilizarlos para generar una bebida comercial, se decide realizar el estudio para la
transformación de estos residuos en un nuevo producto conocido como masato.
Actualmente, el residuo líquido procedente de la cocción de maíz es
aproximadamente 5 m3 provenientes de la cocción 2660 kg de maíz en una empresa
del sector, de los cuales se desechan realmente 720 litros diarios. A estos
vertimientos se les realiza un tratamiento primario de rejillas, mallas o tamices, tanto
en la zona de producción como en el sistema interno de alcantarillado (trampas de
grasa).
Dichos residuos aumentan la demanda biológica de oxígeno (DBO) y demanda
química de oxigeno (DQO); además los sólidos sedimentables suspendidos, sólidos
totales se encuentran sobre los límites permitidos de acuerdo con la decreto 1594 del
1984 y la resolución DAMA 1074 de 1997. Así mismo, el desecho de residuos con
alto contenido de sólidos es un factor que genera el taponamiento en las tuberías, sin
contar el impacto ambiental que puede producir en la fuente receptora (fuentes de
agua)7
1 OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Aprovechar el residuo derivado de la cocción de maíz para desarrollar una bebida
fermentada como el masato utilizando microorganismos, con caracterización
fisicoquímica para envasar y comercializar.
1.2 Objetivos Específicos
1. Evaluar las diferentes composiciones para el masato en función del valor de pH,
porcentaje de acidez, grados de etanol, grados Brix.
2. Determinar las condiciones temperatura, tiempo y cantidad de azúcar empleado
para la fermentación del residuo de la cocción del maíz.
3. Determinar si es necesaria la adición de conservantes y estabilizantes para la
inhibición de los microorganismos que participan en la fermentación del masato.
4. Determinar el tiempo de vida útil del masato luego de ser envasado.8
2 MARCO TEÓRICO
2.1 Fermentación
La fermentación es el proceso de transformación química de las sustancias
orgánicas, llevado a cabo por las enzimas producidas por los microorganismos y que,
generalmente, va acompañado de un desprendimiento de gases y de un efecto
calorífico.
2.1.1 Fermentación láctica u homoláctica
Se denomina así a la conversión de glucosa en lactato como único producto
importante, siguiendo la ruta glucolítica encontrada en los músculos, cuya diferencia
es el isómero producido: en la ruta glucolítica se produce el isómero (L) y en la
fermentación láctica se produce el isómero (D) o una mezcla de los dos isómeros,
dependiendo del microorganismo que lleve a cabo dicha fermentación. Esta
fermentación se lleva a cabo en un solo paso y es la responsable de la producción de
derivados lácteos como yogurt, quesos, cuajada, kéfir. El ácido láctico producido
tiene propiedades conservantes en los alimentos.
2.1.2 Fermentación alcohólica
Es la conversión de la glucosa en etanol, especialmente por las levaduras, quienes
descarboxilan primero el piruvato para formar acetaldehído. Se lleva a cabo en dos
etapas: la primera que convierte el piruvato en acetaldehído y CO , el acetaldehído
2
con NADH produce ácido láctico. Este tipo de fermentación tiene aplicaciones en la
2
industria de alimentos en la producción de pan, cerveza, vino y otras.9
Figura 1. Esquema de la fermentación Láctica y alcohólica
Fuente: Tomado de http://fai.unne.edu.ar/biologia/metabolismo/figeta/lactica.gif
http://fai.unne.edu.ar/biologia/metabolismo/figeta/etilica.gif. Consultado el 16 de abril de 2009
2.2 Microorganismos
Los microorganismos son los responsables de la fermentación de cualquier tipo de
producto, éstos pueden ser bacterias, mohos, levaduras o una combinación de ellos.
De acuerdo con la demanda de oxígeno para el crecimiento del microorganismo, es
posible clasificarlos así:
Aerobios: únicamente pueden metabolizar y crecer en presencia de oxígeno
atmosférico.
Anaerobios: que no sólo metabolizan y crecen en ausencia de oxígeno libre, sino
que necesitan que sea eliminado ya que les es perjudicial.
Facultativos: capaces de cambiar su metabolismo, de aerobio a anaerobio, en
función del ambiente donde se hallen. (Vicent, y otros, 2006)
Industrialmente los microorganismos se conocen como cultivos y tienen las
siguientes funciones:10
1- Producción de ácido láctico por fermentación de la lactosa: Este ácido le imparte
un sabor ácido y refrescante. En el masato, produce el sabor ácido característico.
2- Para la producción de compuestos volátiles los cuales contribuyen al sabor de los
productos. En el caso específico del maíz se produce diacetilo, ácido butírico y
ácido láctico por lacto bacterias a partir del almidón (Escamilla, 2000)
3- La acidificación de los productos previene el crecimiento de los patógenos y de
microorganismos que deterioran el producto, así como la producción de
bacteriocinas que inhiben el crecimiento de las bacterias Gram (+) y Gram (-).
(Mollendorff, y otros, 2006)
4- La formación de otros productos como alcohol, aunque en este caso en pequeñas
proporciones.
Es necesario tener en cuenta que existen ciertos factores que impiden el crecimiento
de los microorganismos, dentro de los cuales es posible mencionar: calidad del
sustrato, contaminantes químicos residuales de la higienización, temperatura
inadecuada, contaminación con otro tipo de microorganismos específicos.
Se han realizado estudios en donde se concluye que la fermentación de alimentos
con base en cereales involucra una mezcla de diferentes tipos de microorganismos:
bacterias, levaduras y/o hongos (Arci, y otros, 2002), (Aidoo, y otros, 2006).
Levaduras: Se ha podido establecer que en los productos fermentados elaborados a
partir de cereales se han encontrado diferentes tipos de levaduras, dentro de los
cuales se pueden resaltar Aspergillus oryzae, Saccharomyces sake, Hansenula
anómala, Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, Rhizopus spp., Saccharomyces
cerevisiae, Hansenula anomala, Hansenula subpelliculosa, Candida sake,
Torulaspora inconspicua, Pichiapolymorpha. Este tipo de flora favorece la
degradación del almidón, produce fermentación alcohólica, además de favorecer la
textura del producto y brindarle las características organolépticas típicas del
producto. (Aidoo, y otros, 2006) (Schwan, y otros, 2007) ( (Shrestha, y otros, 2002)).
El pH en el cual existe crecimiento de las levaduras se encuentra entre 2,5 y 8,5, son11
microorganismos mesófilos, es decir que su temperatura de crecimiento se encuentra
entre 18 y 22°C actividad de agua (A ) de 0,90.
W
Bacterias acido-lácticas: En productos fermentados a partir de cereales se
encuentra que existen: Leuconostoc, Lactobacillus spp. (Arci, y otros, 2002) La
temperatura óptima de crecimiento se encuentra entre 35 y 40°C, aunque presentan
crecimiento entre 18 y 22·C, pero su metabolismo es más lento, pH de crecimiento
entre 3,8 y 7,2. Actividad de agua (A ) de 0,90.
W
2.3 Aditivos (saborizantes y conservantes)
Teniendo en cuenta que el principal inconveniente es la conservación del alimento y
el pH del mismo, se encontraron los aditivos posibles a emplear enumerados en la
tabla 1. (Arias, 2006; MERCK, 2006)
2.4 Antecedentes del masato
El masato es una bebida tradicional colombiana, preparada con maíz, arroz o una
mezcla de los dos, con características muy propias como la textura, la cantidad de
alcohol y el sabor dulce. En Colombia, existen otros tipos de bebidas fermentadas
derivadas del maíz como es el caso de la chicha y el guarapo, conocidas
ampliamente sobre todo en las regiones rurales, en donde estas bebidas son
utilizadas para realizar celebraciones y fiestas, o simplemente sirven como bebida
refrescante para el campesino.
Debido a los inconvenientes presentados por intoxicación con la chicha, se
reglamentó su producción y consumo con la Ley 34 de 1948 y el decreto 4194 de
comienzos del siglo XX. Se realizó un estudio (Beltrán, y otros, 2006), en donde se
caracterizó la chicha a nivel físco-químico y microbiológico, obteniendo los resultados
mencionados en la tabla 2.12
Tabla 1. Propiedades de los excipientes escogidos como conservantes y/o
estabilizantes para la formulación de masato
ADITIVO CONCENTRACION FUNCIÓN BENEFICIOS
Sorbato de Más soluble que
0,1 - 0,3% Conservante
potasio las otras sales
Extracto de Conservante,
0,01%
canela saborizante Inocuos para el
Conservante, organismo
Extracto de clavo 0,01%
saborizante
Fuente: La autora, 2010
Tabla 2. Resultados de la caracterización de la chicha
Valor
Parámetro Observaciones
encontrado
NMP Coliformes fecales <3 Indican que el proceso de
fermentación inhibe el crecimiento
bacteriano, el proceso se realiza
Salmonella Negativo
bajo condiciones de calidad y BPM
Recuento de Bacillus Materias primas (maíz) libres de
<100
Cereus contaminación
Indican que los mohos son menos
exigentes que las bacterias, crecen
en lugares muy húmedos y oscuros
y se favorecen por la acidez propia
Recuento de mohos <1000
de la bebida. Se recomienda utilizar
sustancias químicas que inhiban su
crecimiento y mejorar las
condiciones de almacenamiento final
pH 3.44
Se obtiene luego de 15 días de
Fisicoquímicos °A 3.35
fermentación
°Brix 3.37
Tiempo de vida útil 10 días luego de lograda la fermentación
Fuente: Beltrán Edgar y otros. DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS
FISICOQUIMICOS Y MICROBIOLOGICOS DE LA “CHICHA” PRODUCIDA EN LA
LOCALIDAD SANTA FE EN LACIUDAD DE BOGOTA D.C. DURANTE EL
PRIMERSEMESTRE DE 200613
También, existen otros tipos de bebidas fermentadas a base de cereales, las cuales
se considera que tienen poderes estimulantes y sirvieron de medicina para los
ancestros, como BOZA, una bebida tradicional de Turquía y otros países del norte y
sur de África y Europa que se diferencia en la forma de preparación (Arci, y otros,
2002) que tiene características similares a las del masato en Colombia y está
elaborada con una mezcla de cereales entre ellos arroz y maíz. En esta bebida se
han encontrado Lactobacillus Leuconostoc, Lactobacillus spp, Saccharomyces
carlsbergensis, Saccharomyces cerevisiae, Streptococcus spp., Micrococcus spp.,
entre otros. Se determinaron también los cambios microbiológicos y químicos
encontrando una disminución del pH, aumento en el porcentaje de acidez y de
etanol, aumento en las cantidades formadoras de colonia de las bacterias ácido-
lácticas y levaduras. También se determinó que esta bebida tiene altos contenidos
nutricionales, como se muestra en la tabla 3 y que su vida útil es 10 días en
refrigeración.
Además, se han realizado estudios del efecto del ácido láctico sobre el contenido de
la microflora patógena de alimentos tradicionales africanos comprobando una
disminución de patógenos contaminantes (Staphylococcus, Salmonella, Shigella y
Escherichia coli) de 108 a 103 UFC/mL. Asimismo, demostró que el consumo de
papillas ácidas producidas por fermentación contribuyó a mejorar la resistencia a
trastornos gastrointestinales en niños del continente africano (Sedano Bautista,
2006).
Existe otro tipo de masato de origen peruano, en donde la base es la yuca,
masticada o no por el preparador. A este masato se realizó un estudio en donde se
identificaron cepas de Lactobacillus plantarum, Lactobacillus alimentarius,
Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus brevis, Lactobacillus
delbrueckii, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus amylophilus y Lactobacillus
coryniformis. Se evaluaron las cepas productoras y se encontró que el Lactobacillus
plantarum M4 fue la única cepa productora de una sustancia antimicrobiana que no
es ácido orgánico ni agua oxigenada. Se demostró además, que la sustancia
antimicrobiana neutralizada a pH 6,5 posee un reducido espectro antimicrobiano y es14
estable en un amplio rango de temperatura y pH. Las cepas de Lactobacillus
muestran un nivel de tolerancia de etanol hasta de un 12%v/v (Sedano Bautista,
2006)
Tabla 3. Composición promedio de Boza
Componente Porcentaje
Sólidos totales 26.30
Sólidos solubles 19.10
Sólidos insolubles 7.20
Azúcar invertido 6.20
Azúcares totales 15.10
Dextrina 1.00
Nitrógeno 1.23
Cenizas 0.15
Fibra dietaria 0.02
Aceite crudo 0.25
Acidez 0.3 – 0.5
Ácidos volátiles 0.04 – 0.13
Alcohol <0.6
Vitaminas mg/100g DM
Tiamina (Vitamina B1) 0.19 – 0.25
Riboflavina (Vitamina B2) 0.18 – 0.21
Piridoxina (Vitamina B6) 0.32 – 0.36
Nicotinamida 0.51 – 0.60
Fuente: Arci Muhammet y Daglioglu Orhan. Boza: a lactic acid fermented cereal
beverage as a traditional turkish food
En México, también existe un amplio interés por la formulación de bebidas
fermentadas con contenidos de probióticos debido a los problemas de desnutrición y
retraso en el crecimiento debido a un alto índice de diarreas y vómitos. Se realiza el
estudio sobre L. casei-shirota y se encontraron muestras con composición nutritiva
alta y sensorialmente aceptado (Guzmán, y otros).15
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La producción de masa de maíz para el consumo humano, genera gran cantidad de
residuos líquidos, los cuales son altamente contaminantes al ser desechados sin
ningún tratamiento. Al analizar visualmente dichos residuos, se encuentra que
poseen sólidos suspendidos, y se plantea la posibilidad de transformar los residuos
en un nuevo producto, como lo es el masato.
Además, la formulación de este producto necesita optimizar recursos y
procedimientos para el manejo y aprovechamiento de la suspensión resultante de la
cocción del maíz que consta de trozos de maíz y almidones apto para el crecimiento
de diferentes tipos de microorganismos que pueden originar la fermentación
deseada.
Por tanto, se plantea la formulación de una bebida derivada de la fermentación del
maíz y otros cereales denominada “masato”, teniendo en cuenta los inconvenientes
tecnológicos como el envase y el corto tiempo de vida útil, debido a la fermentación
que se origina por microorganismos cuyo crecimiento es necesario controlar luego de
obtener las características organolépticas deseadas del producto.16
4 METODOLOGÍA
4.1 Materiales y Equipo
4.1.1 Materiales
 Extracto alcohólico de clavo: posee un elevado contenido de aldehídos, ácido
benzóico y eugenol, los cuales se ha comprobado (Arias, 2006) que tienen
efecto antibacteriano, los cuales pueden actuar sobre flora patógena que
pueda contaminar el producto. También se emplea como saborizante, pues en
combinación con la canela le ofrecen unas características sensoriales propias
del masato. Se emplea en concentraciones de mínimo 0,01%
 Extracto alcohólico de canela: sus características son similares a las del
extracto de clavo y canela, con diferencia que contiene o-
metoxicinamaldehido y aceite de canela. (Arias, 2006).
 Sorbato de potasio: Se emplea como conservante, puesto que es la más
soluble de todas las sales del ácido sórbico. Tiene propiedades fungiestáticas
(inhibe la enolasa y lactodeshidrogenasa y otras enzimas que participan en el
ciclo de Krebbs). Tiene acción frente a levaduras, mohos, hongos, que pueden
atacar el producto, por las características propias del producto en cuanto a
humedad. Actúa en pH débilmente ácidos, cercanos al neutro. Se emplea en
bebidas fermentadas en concentraciones entre 0,01% y 0,03%.
 Sacarosa: Se emplea principalmente como edulcorante y como sustrato de las
bacterias ácido-lácticas, en una concentración entre 10 y 20%
4.1.2 Equipos
 Medidor de pH marca Hanna Instruments, modelo HI99163 con electrodo de
vidrio.
 Acidímetro
 Marmitas con capacidad de 125 L
 Licuadora marca Oster17
4.2 Especificación metodológica
4.2.1 Diseño experimental
Se realizó un diseño experimental tipo Plakett-Burman para la evaluación de 3
aditivos y 2 condiciones de almacenamiento diferentes luego de ser preparado el
masato, con un total de 8 muestras diferentes, con el fin de realizar distintos ensayos
y encontrar la fórmula que más se adecue a la calidad organoléptica que se desea,
teniendo en cuenta la presencia (nivel alto) o ausencia (nivel bajo) de cada uno de
los factores, escogida de forma aleatoria.. En la tabla 6, se muestra la matriz
empleada para el estudio.
El diseño experimental de Plackett-Burman es un diseño de experimentos
multifactoriales óptimo, puesto que con pocos tratamientos se puede evaluar un
múltiplo de cuatro o más variables. Es muy eficiente al realizar un barrido en donde
se desean observar los efectos principales que se producen en un experimento, los
cuales pueden ser atribuidos a diferentes factores. (NIST/SEMATECH). Este diseño
se basa en la comparación entre las respuestas experimentales de cada factor, para
determinar la influencia del mismo en el efecto evaluado, la cual se valoró mediante
el siguiente modelo matemático:
Y= βo+β2X2+β3X3+….+βnXn
En donde
Y: Variable respuesta
n: numero de factores (en este caso 5)
β: Incidencia de cada factor sobre la variable repuesta
X: Factor evaluado
Al emplear este método se obtuvieron resultados con nivel de confianza de 95%.18
Tabla 4.Matriz con variables para distribución en los ensayos.
PASTEU- EXTRACTO REFRIGE-
BASE SORBATO CANELA
RIZACIÒN DE CLAVO RACIÒN
1 + - + + - +
2 + + - + + -
3 + + + - + -
4 + - + + - +
5 + - - + + +
6 + + - - + -
7 + + + - - +
8 + - - - - -
Fuente: La autora, 2009
Las condiciones de los niveles altos (+) y bajo (-) de los efectos de cada variable se
mencionan a continuación en la tabla 5.
Tabla 5. Condiciones de niveles altos y bajos de los efectos de cada variable
Factor Nivel alto Nivel bajo
Pasteurización Si No
Extracto de clavo 0,1% 0
Sorbato de potasio 0,5 mg/mL 0
Refrigeración Si No
Canela 0,1% 0
Fuente: La autora, 201019
Se presentaron 8 formulaciones que fueron evaluadas frente a un conjunto de
variables respuesta que incluyen los factores críticos que presenta el masato,
principalmente para su conservación (pH, grados Brix, grados de etanol, análisis
microbiológico de hongos y levaduras, mesófilos y coliformes.
Las variables de pasteurización se refieren al sometimiento del producto luego de ser
envasado a dicho procedimiento y refrigeración en el tiempo de almacenamiento.
4.2.2 Procedimiento
Figura 2. Diagrama de procedimiento para la elaboración de masato
Recolección del Molienda y
Adición de
residuo de la tamizajedel
azúcar
cocción subproducto
Mezcla con
Pasteurización
Enfriamiento masato
del subproducto
iniciador
Mezcla de
Fermentación Envase
aditivos
Almacenamiento
Pasteurización (si
(refrigeración o
se requiere)
ambiente)
Fuente: La autora, 201020
1. Recoger la suspensión que queda luego de la cocción del maíz en cajones y
se dejó sedimentar por el lapso de 1 hora.
2. Licuar el sedimento por el lapso de 45 segundos para homogenizar el tamaño
de partícula y se tamizó.
3. Adicionar del azúcar (al 10%)
4. Pasteurizar a 80ºC durante 8 minutos
5. Enfriar en baño de agua hasta 60ºC
6. Mezclar con masato fermentado previamente obtenido con cultivos lácticos y
levadura comercial, en proporción de 4:6 (fresco: fermentado)
7. Permitir la fermentación durante 24 horas, en una temperatura promedio de
33ºC.
8. Preparar cada formulación mezclando con cada uno de los aditivos
pertinentes.
9. Envasar en frasco de polietileno con capacidad de 230 mL.
10. Someter las muestras que requerían pasteurización (muestras 2,3,6,7) a 80ºC
durante 5 minutos.
11. Almacenar las muestras: en refrigeración para las muestras 2,3,5,6 y en
temperatura ambiente las muestras 1,4,7,8.
12. Realizar la caracterización fisicoquímica, microbiológica y sensorial a los 7
días y 15 días.21
4.3 Metodología de análisis
4.3.1 Determinación de pH: se empleó un medidor de pH con electrodo de vidrio
marca Hanna Instruments, modelo HI99163
4.3.2 Determinación de grados Brix: se empleó un medidor refractómetro de
grados Brix en escala apropiada.
4.3.3 Determinación de sólidos totales: mediante secado por estufa.
4.3.4 Determinación de grados de alcohol: se realizó una destilación para
determinar la cantidad total de alcohol, conforme a la metodología establecida
por el INVIMA
4.3.5 Análisis microbiológico: se realizaron pruebas de rutina para detección de
mesófilos totales, coliformes totales, hongos y levaduras y bacterias
acidolácticas, metodología establecida por el INVIMA.5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.1 Determinación de las condiciones de fermentación del masato
Teniendo en cuenta que el masato se obtiene por la fermentación espontánea del maíz
u otros cereales, se permitió la fermentación de una muestra de los residuos de la
cocción del maíz de acuerdo con la tabla 6, sin embargo no se obtuvo un resultado
favorable, motivo por el cual fue necesario inocular con cultivos lácticos y levadura en
proporción de 0,5g/1Kg.
Se realizó la caracterización física y microbiológica del sustrato y se evaluó pH y acidez
a los ensayos realizados, obteniendo los resultados registrados en la tabla 7. Al realizar
la comparación de los resultados obtenidos, se encuentra que microbiológicamente el
residuo contiene una gran cantidad de microorganismos competidores que no permiten
el crecimiento de las bacterias ácido – lácticas nativas del medio. Lo anterior explica la
razón de pasteurizar e inocular bacterias y levaduras para propiciar la fermentación, lo
cual se confirma al comparar los resultados del ensayo 1 con los tres restantes.
El porcentaje de azúcar influye notablemente, pues en exceso existe una saturación de
las enzimas que degradan el sustrato y por consiguiente no existe fermentación, lo cual
se pudo evidenciar claramente en el ensayo 1, en donde se empleó un porcentaje de
18%, puesto que de acuerdo a la literatura ( (Arci, y otros, 2002), (Beltrán, y otros,
2006)), se indica que éste puede variar entre el 10 y el 20%. Sin embargo, para este
caso, fue evidente que las bacterias emplean únicamente el 10%, posiblemente porque
el contenido de azúcares que tiene el residuo de cocción es elevado.
En la tabla 6 también es posible evidenciar que la cantidad de sobrenadante es muy
importante para el desarrollo de la fermentación, puesto al comparar los ensayos 2 y 3,
en donde las condiciones de temperatura y porcentaje de azúcar son las mismas, se
tiene un tiempo de fermentación más rápido, con características de pH y acidez muy
diferentes, siendo mejores para el ensayo 3 que para el ensayo 2.23
La temperatura es un factor significativo, pues las bacterias empleadas son termófilas,
lo cual se evidencia en los tiempos de fermentación, a menor temperatura, se tardaron
más tiempo en la fermentación, mientras que a mayor temperatura, se disminuyó.
Tabla 6. Ensayos para determinar las condiciones de fermentación del masato
Factores Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4
Sobrenadante :
7:3 7:3 2:8 2:8
sedimento
% azúcar 18% 10% 10% 10%
Temperatura 18ºC 30ºC 30ºC 35ºC
Cultivos iniciadores No No Si Si
Pasteurización No Si Si Si
Fuente: La autora, 2010
5.2 Preparación de las muestras
Luego de determinar las condiciones de fermentación se realizaron las muestras de
acuerdo con el procedimiento establecido, luego de 6 días de preparación se
encontraron los resultados publicados en la tabla 9.
Al realizar la comparación entre el porcentaje de acidez en función de la pasteurización
las botellas que no fueron pasteurizadas disminuyeron su acidez inicial, mientras que
las que se pasteurizaron la conservaron o la aumentaron. Esto se debe a que en las
muestras que se pasteurizaron, se detuvo el crecimiento microbiano y por consiguiente
la fermentación, por lo tanto la acidez se mantuvo; mientras que en las no
pasteurizadas, la acidez disminuyó, ya que se metabolizaron los azúcares en ácidos
titulables y en CO . Al comparar la el porcentaje de acidez con respecto a la adición de
224
clavo, sorbato de potasio, y canela no hubo mayor efecto sobre este parámetro.
Al comparar el porcentaje de acidez con la adición de conservante (clavo, canela y/o
sorbato de potasio), se puede evidenciar que existe un efecto protector, teniendo en
cuenta que para los que se almacenaron a temperatura ambiente y no fueron
pasterurizadas (muestras 1, 4 y 8) el porcentaje de acidez fue menor en la muestra que
no se adicionó ningún conservante (muestra 8); igualmente se observa que en la 7,
que fue almacenada a temperatura ambiente luego de ser pasteurizada, no hubo
modificación del porcentaje de acidez, lo cual posiblemente fue causado por el efecto
protector que ejerce la combinación entre los extractos de canela y clavo, puesto que la
actividad enzimática y las condiciones a las que se encuentran expuestos las diferentes
sustancias presentes en el masato, es posible que se presentara oxidación de las
mismas, la cual se tradujo en efectos negativos sobre las características sensoriales del
producto. Por tal razón, es muy importante el empleo de este tipo de aditivos, que
tienen un efecto protector sobre el producto además de actuar como conservantes.
Teniendo en cuenta que el recuento de coliformes totales es un indicador de las buenas
prácticas de manufactura, se obtuvo evidencia que durante el proceso se aplicaron de
manera conveniente.
La cantidad de mesófilos se redujo cuando la muestra se sometió al proceso de
pasteurización, y no se observó ningún cambio apreciable en comparación con los
otros parámetros microbiológicos evaluados individualmente, sin embargo es posible
apreciar un efecto de sinergia entre la adición de sorbato y la refrigeración en la
muestra 2, al igual que clavo y canela en la muestra 7, teniendo en cuenta que la
cantidad de mesófilos es menor a 1000.
Es necesario aclarar la importancia disminuir la carga inicial del producto, pues de
cualquier manera, los resultados microbiológicos son muy elevados y no podría
brindarse una excelente calidad del producto. Para ello, se realizó la recomendación en
la planta de alimentos en donde se realizaron los ensayos de manera que se
intensificaran los controles sobre los procedimientos de limpieza y desinfección tanto
del área, como de cada uno de los elementos empleados para la obtención de maíz y25
evitar la contaminación cruzada, luego de realizar un análisis sobre las posibles
causales de contaminación del producto, debido a que no solo se verá afectada la
calidad del masato, sino de los productos que actualmente se fabrican y comercializan.
Tabla 7. Resultados de los análisis realizados a los ensayos para determinar las
condiciones de fermentación del masato
Base Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4
pH 6,21 3,48 4,24 6,91 6,96
Acidez (*) 0,12 0,99 0,56 0,33 0,35
Tiempo de fermentación N.A. 72 horas 72 horas 48 horas 24 horas
Mesófilos aerobios (**) >300.000
Mohos y levaduras (**) >200.000
Coliformes totales (**) 460 No evaluado
Coliformes fecales (**) <3
Recuento de bacterias
956.000
ácido lácticas
Fuente: La autora, 2010
La producción de CO se vio afectada por la pasteurización, ya que en la mayoría de
2
las muestras que fueron sometidas a este procedimiento, no hubo producción de gas.
Esto ocurre como se explicó anteriormente porque se disminuyó la actividad
microbiana, lo cual impidió la metabolización de los carbohidratos y la producción de
ácidos. En las muestras que fueron almacenadas a temperatura ambiente y se les
adicionó la mezcla de los tres conservantes (1 y 4) no se observó un efecto significativo
de los mismos sobre dicho parámetro. Por tanto, es posible concluir que el proceso de
pasteurización es indispensable para evitar la producción de gas.
Se observó además que las muestras que fueron pasteurizadas no presentaron
sedimentación, lo cual se puede explicar por la formación de redes, producto de la26
gelificación del almidón contenido en la muestra.
Tabla 8. Resultados obtenidos para las diferentes formulaciones. Comparación con los
factores elegidos.
Parámetro 1 2 3 4 5 6 7 8
%acidez (% acido láctico) 0,25 0,47 0,40 0,23 0,26 0,35 0,37 0,17
Sólidos totales (%) 15,0 14,9 15,0 14,8 14,8 14,9 14,8 14,9
Sólidos solubles (%) 11,0 10,4 10,4 10,2 10,4 10,4 10,8 10,5
Alcohol (%) 0 0 0 0,07 0,13 0 0 0
Coliformes totales (NMP/g) 4 <3 <3 <3 <3 <3 <3 <3
Mesófilos (UFC/g) x 103 >300 <1 11,2 >300 >300 8,4 <1 >300
Producción CO + - - + - - - +
2
Sedimento + - - + + - - +
Fuente: La autora, 2010
Como el planteamiento del análisis estadístico utilizó el estadístico t de Plakett -
Burman, los resultados indicaron que todas las variables en consideración afectan al
producto, lo que sugiere que se deben establecer los parámetros mínimos para cada
uno de ellos, de forma que la interacción entre ellos den como resultado de un
producto apto para el consumo. En la tabla 9 se encuentran registrados los resultados
del estadístico en mención.
Al inicio del trabajo se plantearon las siguientes hipótesis:
 Hipótesis nula (H ): no hay diferencia estadísticamente significativa entre los
0
ensayos.
 Hipótesis alterna (H ): existe diferencia estadísticamente significativa entre los
1
ensayos.
Al existir diferencia entre los ensayos, implica que el factor evaluado tiene incidencia en
la respuesta obtenida, como se muestra en la tabla 9 y cuyos valores importantes están
en negrilla.27
Tabla 9. Resultados obtenidos de t calculado luego de aplicar el análisis estadístico de
Plakett-Burman
Sorbato Extracto
Extracto
Pasteurización de Refrigeración de
de clavo
potasio canela
ACIDEZ 6,2450 0,0000 -0,7347 4,2246 -2,5715
S. TOTALES 3,5818 3,5818 3,5750 3,5818 3,5681
S. SOLUBLES 3,5698 3,6087 3,5698 3,5310 3,6087
ALCOHOL 0,0000 1,7551 5,0147 3,2596 5,0147
PRODUCCIÓN CO -1,4856 4,4567 4,4567 -1,4856 4,4567
2
SEDIMENTO -1,0243 3,0729 5,1215 1,0243 5,1215
t tabulado 2,7765
Fuente: La autora
Se esperaba en los resultados obtenidos en las respuestas para los diferentes ensayos
(tabla 9) fueran estadísticamente diferentes, sin embargo, se obtuvieron resultados muy
similares en el caso de sólidos totales y sólidos solubles. Por otra parte, no se encontró
alcohol en la mayoría de las muestras, por tanto en casi todos los casos la respuesta es
cero. Esto afecta significativamente las respuestas obtenidas, puesto que la base
fundamental del diseño experimental de Plakett – Burman es que las respuestas sean
diferentes, para poder obtener un nivel de confianza del 95%.
A partir de la tabla 9, es posible concluir que la pasteurización tiene efecto sobre la
acidez, puesto que al pasteurizar, se evaporarán los compuestos volátiles, de tal
manera que se reduce, además se inhibe la actividad de algunas enzimas causantes de
la degradación de los azúcares para su conversión en ácidos. También tiene efecto
sobre los sólidos totales y los sólidos solubles totales, puesto que al realizar una
pasteurización prolongada, se produce evaporación y por consiguiente aumento de los
sólidos. En cuanto al efecto sobre la producción de alcohol, producción de CO , y
228
sedimentación del producto, los resultados obtenidos no permiten concluir que influyen
significativamente, sin embargo de acuerdo al análisis individualmente para cada
ensayo, es posible afirmar que si influye en la sedimentación y en la producción de CO .
2
El efecto que tiene el extracto de clavo individualmente tiene efecto significativo sobre
el los sólidos, la producción de CO y la sedimentación. En todos los casos es un efecto
2
favorable, por cuanto brindó un efecto protector evitando que se produjera cambios en
el producto, evitando la sedimentación, la producción de CO y la transformación de
2
sólidos totales en sólidos solubles.
El sorbato de potasio tiene efecto sobre todos los parámetros evaluados, excepto para
la acidez.
Finalmente, se rechaza la hipótesis nula, porque las variables evaluadas si inciden en la
respuesta que se obtiene al producir un masato con las condiciones en que se hicieron
los ensayos
5.3 Preparación de la formulación final
Una vez realizados los análisis de cada una de las formulaciones, y tomar las medidas
respectivas en la planta, se procedió a efectuar una formulación final, la cual tiene las
características enumeradas en la tabla 10.
Se adicionó extracto de clavo y canela en proporción al 0,1%, para acentuar el sabor. A
esta formulación también se le realizaron análisis microbiológicos y fisicoquímicos
propuestos. Los resultados se encuentran indicados en la tabla 11.29
Tabla 9. Condiciones de fermentación para la elaboración de la formulación final de
masato.
Condiciones Valores
Tiempo de fermentación 5 días
Temperatura de fermentación 30ºC
Porcentaje de azúcar 10%
Porcentaje de sedimentación 3:7
Concentración de clavo y
0,2%
canela
Pasteurización inicial Si
Pasteurización final Si
Refrigeración Si
Fuente: La autora, 2010
Teniendo en cuenta el tiempo de vida útil del producto final, sin la adición de sorbato de
potasio, es posible afirmar que el empleo de esta sustancia química no es necesario
para la elaboración del masato.
Tabla 10. Resultados obtenidos en la formulación final de masato
Parámetro Valor
%acidez (% acido láctico) 0,25
Coliformes totales (NMP/g) <3
Mesófilos (UFC/g) x 103 >300
Recuento de bacterias 2,2 x 106
ácidolácticas (número
mínimo viable)
Producción CO -
2
Sedimento -
Fuente: la autora, 201030
6 CONCLUSIONES
La operación de pasteurización al inicio y al final de la obtención del producto es un
factor determinante para prolongar la vida útil y las características sensoriales.
Para la fermentación del producto es necesario adicionar azúcar al 10%.
La adición de esencia de clavo y canela dificultan la oxidación, favoreciendo las
características sensoriales del producto y su conservación.
Se corroboró que la fermentación se debe a dos tipos de microorganismos: bacterias
ácido - lácticas y levaduras.
Una formulación apropiada requiere adición de clavo, canela y realizar pasterización;
así mismo, la adición de clavo y canela debe realzarse en mayor proporción para
acentuar estos sabores en el producto.
Teniendo en cuenta el tiempo de vida útil del producto final, sin la adición de sorbato de
potasio, es posible afirmar que el empleo de esta sustancia química no es necesario
para la elaboración del masato.
Fue posible desarrollar un producto nuevo a partir del subproducto de la cocción de
maíz con el fin de evitar los problemas planteados, como la contaminación de las
fuentes receptoras y evitar el tratamiento previo de los residuos.31
7 RECOMENDACIONES
Es necesario evaluar con mayor precisión los tiempos de fermentación.
Se necesita realizar un aislamiento y recuento de microorganismos presentes en el
producto con el fin de mejorar la fermentación y estandarizar los procedimientos de
elaboración a partir del inoculo.
8 AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, es más que necesario agradecer a Dios por permitirme llegar hasta la
culminación de esta etapa de mi vida.
También tengo que agradecer a la empresa Inversiones Coarali S.A. en cabeza del Señor José
Antonio Velásquez, quien generó la inquietud de continuar mis estudios, brindándome apoyo
para la elaboración de este proyecto.
Al personal del laboratorio de microbiología del ICTA, en cabeza de la Profesora Martha
Holguín por su guía, dirección y apoyo.32
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