Escalamiento de la producción de bebidas funcionales a partir de productos vegetales no tradicionales
Autor: Jiménez Cucaita, Luis Eduardo
Asesor: Rengifo reina, Herney Alonso (Thesis advisor)
Fecha: 2017
Programa: Bogotá - Medicina - Especialidad en Anestesiología y Reanimación
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: Durante esta investigación bibliográfica se estableció el potencial de productos vegetales no  tradicionales para la preparación de bebidas funcionales tipo néctar o jugo y se propuso una  metodología que permite el escalamiento de las diferentes etapas involucradas en la  transformación del producto vegetal en una bebida funcional. La revisión bibliográfica inicia desde  la precisión del concepto de alimento funcional o nutracéutico, productos vegetales no  tradicionales, hasta la consulta de los requisitos legales y especificaciones técnicas de las  bebidas listas para beber (RTD). Así mismo, se presenta un caso de estudio para aplicar la  metodología de escalamiento de la producción de bebidas funcionales tipo néctar o jugo de yacón  (Smallanthus sonchifolius).

ESCALAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE
BEBIDAS FUNCIONALES A PARTIR DE
PRODUCTOS VEGETALES NO TRADICIONALES
Luis Eduardo Jiménez Cucaita
Trabajo final presentado como requisito parcial para optar al título de
Especialista en Ciencia y Tecnología de Alimentos
Directora:
PhD. María Soledad Hernández
Línea de trabajo:
Ingeniería y Tecnología
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias Agrarias
Bogotá D.C., Colombia
2017Resumen
Durante esta investigación bibliográfica se estableció el potencial de productos vegetales no
tradicionales para la preparación de bebidas funcionales tipo néctar o jugo y se propuso una
metodología que permite el escalamiento de las diferentes etapas involucradas en la
transformación del producto vegetal en una bebida funcional. La revisión bibliográfica inicia desde
la precisión del concepto de alimento funcional o nutracéutico, productos vegetales no
tradicionales, hasta la consulta de los requisitos legales y especificaciones técnicas de las
bebidas listas para beber (RTD). Así mismo, se presenta un caso de estudio para aplicar la
metodología de escalamiento de la producción de bebidas funcionales tipo néctar o jugo de yacón
(Smallanthus sonchifolius).
Abstract
During this literature review the potential of non-traditional vegetable produces for the preparation
of functional beverages such as nectar or juice was established and a methodology was proposed
which allows the scale-up of the different stages involved in the transformation of vegetal
produces into functional beverages. The literature review goes from the concept of functional or
nutraceutical food, non-traditional vegetable produces, to the consultation of legal requirements
and technical specifications for RTD beverages. Likewise, a case study is presented to apply the
methodology of scale-up during the production of functional drinks such as nectar or juice from
yacon (Smallanthus sonchifolius).
Palabras claves: Yacón, escalamiento de procesos, néctar, jugo, alimento funcional o
nutracéutico.
1Contenido
Resumen .........................................................................................................................................1
Lista de figuras...............................................................................................................................3
Lista de tablas ................................................................................................................................4
Introducción ...................................................................................................................................5
Metodología ....................................................................................................................................6
1. Alimentos funcionales y nutraceúticos ..................................................................................7
1.1 Clasificación de compuestos nutracéuticos ....................................................................8
1.2 Bebidas funcionales .......................................................................................................... 10
2. Productos vegetales no tradicionales................................................................................... 10
2.1 Arazá .................................................................................................................................... 11
2.2 Copoazú .............................................................................................................................. 11
2.3 Carambolo ........................................................................................................................... 12
3. Zumos y néctares .................................................................................................................... 13
3.1 Definición de zumo y néctar ............................................................................................. 13
3.2 Escalamiento de la producción de alimentos ................................................................ 13
4. Caso de estudio: Yacón .......................................................................................................... 14
4.1 Caso de estudio: Yacón .................................................................................................... 14
4.1.1 Generalidades del yacón .................................................................................................. 14
4.1.2 Propiedades funcionales del yacón .................................................................................. 15
4.1.3 Características fisicoquímicas y componentes bioactivos ............................................... 17
4.1.4 Usos y aplicaciones del yacón como matriz alimentaria .................................................. 18
4.1.5 Agronomía ......................................................................................................................... 19
4.1.6 Efecto del procesamiento en la calidad y valor nutricional .............................................. 19
4.1.7 Publicaciones sobre el Yacón en los últimos años .......................................................... 20
4.2 Metodología para el escalamiento de la producción de zumos y néctares de Yacón
.................................................................................................................................................... 22
4.2.1 Definición del producto: Bebida Funcional de Yacón....................................................... 23
4.2.2 Síntesis preliminar del proceso de producción de bebidas de yacón .............................. 24
5. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................ 27
Bibliografía ................................................................................................................................... 28
Anexo: Resumen de estudios sobre los beneficios del yacón para la salud ...................... 30
2Lista de figuras
Figura 1. Diagrama esquemático de las diferentes clasificaciones y modos de asociación de los
alimentos. .........................................................................................................................................7
Figura 2. Algunos ejemplos de alimentos funcionales. ..................................................................8
Figura 3. Fruto de arazá en grado de madurez para procesamiento. ......................................... 11
Figura 4. Fruto de copoazú en óptimo estado para procesamiento. ........................................... 12
Figura 5. Fruto de carambolo en óptimo estado para procesamiento. ........................................ 12
Figura 6. Planta de yacón. ............................................................................................................ 15
Figura 7. Número de publicaciones en revistas indexadas por año. ........................................... 20
Figura 8. Número de publicaciones por tipo de fuente. ............................................................... 21
Figura 9. Publicación de artículos de investigación por país. ...................................................... 21
Figura 10. Temas de investigación. .............................................................................................. 21
Figura 11. Bebida funcional tipo néctar de yacón preparada ...................................................... 24
Figura 12. Pelado del yacón. ........................................................................................................ 25
Figura 13. Diagrama de bloques de las diferentes operaciones.................................................. 26
3Lista de tablas
Tabla 1. Clasificación de algunos compuestos nutracéuticos de acuerdo a su función biológica
y estructura química.........................................................................................................................8
Tabla 2. Algunas aplicaciones industriales del yacón reportadas en la literatura........................ 18
Tabla 3. Algunos estudios realizados en términos del procesamiento del yacón........................ 19
Tabla 4. Formulación de una bebida funcional tipo néctar de yacón. .......................................... 23
4Introducción
Existe una creciente demanda de productos funcionales o neutracéuticos como resultado de la
preocupación de los consumidores por la calidad de los alimentos y los cambiantes estilos de
vida de nuestra sociedad moderna. Estos alimentos brindan un beneficio para la salud más allá
de la función de los alimentos: nutrir. El yacón, una matriz alimentaria de los Andes, tiene gran
potencial como alimento funcional debido a su alto contenido de fructooligosacáridos (FOS), que
promueve el desarrollo de microorganismos en el colon. El consumo regular de yacón puede
beneficiar a pacientes con enfermedades digestivas, problemas de diabetes y síndromes
metabólicos. Esta revisión bibliográfica surge como iniciativa para promocionar y divulgar las
estrategias para el aprovechamiento de productos vegetales no tradicionales debido a sus
contenidos importantes de compuestos bioactivos, de manera que sirva de base para
investigaciones profundas o negocios de emprendimiento.
Objeto de investigación
Objetivo general:
Desarrollar una bebida funcional tipo jugo a partir de una matriz alimentaria como lo es el
Yacón, estableciendo las condiciones de operación necesarias y sus efectos en los
componentes bioactivos para escalar el proceso de producción.
Objetivos específicos:
 Revisar la literatura para establecer los compuestos bioactivos del yacón y sus efectos
sobre la salud humana.
 Revisar metodologías para escalar el proceso de producción del producto
 Proponer alternativas para valorar productos vegetales no tradicionales en la
preparación de bebidas funcionales.
 Formular una bebida funcional a partir de un producto vegetal.
5Metodología
La metodología de estudio implicó una investigación de tipo teórica o documental, realizando una
revisión bibliográfica consultando las principales revistas indexadas de Ciencia e Ingeniería como
Science Direct, Springer Link, ACS Publications, Wiley Online Library y Scielo. La búsqueda se
realizó aplicando los siguientes criterios de búsqueda: yacón, yacon, Smallanthus sonchifolius y
la información se organizó con ayuda del gestionador de bases de datos Mendeley. Después de
la revisión bibliográfica se aborda un caso de estudio para proponer una metodología para el
escalamiento de las diferentes etapas involucradas en la transformación del producto vegetal en
una bebida tipo néctar o jugo a partir de yacón (Smallanthus sonchifolius).
61. Alimentos funcionales y nutraceúticos
Con frecuencia los términos “alimentos funcional y nutracéutico” se usan indistinguidamente para
describir a los alimentos que ejercen una función sobre la salud apoyando las funciones básicas
del organismo humano. Sin embargo, dependiendo del autor o del ente regulador de cada país
se establece inclusive una clara diferencia entre: alimento convencional, alimento funcional,
alimento nutraceútico y suplementos dietarios (ver figura 1). A lo largo de este escrito se
considera que los alimentos funcionales son aquellos a los que se le han adicionado
componentes nutracéuticos o se le han eliminado componentes bioactivos dañinos o tóxicos para
la salud.
Suplementos
dietarios
Alimentos
nutraceúticos
Alimentos Suplementos
Alimentos dietarios
convencionales funcionales
Alimentos
nutraceúticos
Figura 1. Diagrama esquemático de las diferentes clasificaciones y modos de asociación de los
alimentos.
El ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar Japonés fue quien primero delimitó en 1980 a un
conjunto de alimentos benéficos para la salud bajo la demoninación FOSHU (Food for Specified
Health Uses), pues estos alimentos contienen ingredientes con funciones saludables para los
cuales se aprueba que declaren sus efectos fisiológicos en los consumidores (Illanes, 2015)
El Consejo de Nutrición y Alimentación de la Academia de Ciencias de los Estados Unidos los
define como: “Alimentos modificados o que contengan un ingrediente que demuestre una acción
que incremente el bienestar del individuo o disminuya los riesgos de enfermedades, más allá de
la función tradicional de los nutrientes que contiene”
El Instituto Internacional de Ciencias de la Vida (ILSI, por sus siglas en inglés) definió los
alimentos funcionales como “alimentos que, por virtud de la presencia de componentes
fisiológicamente activos, proveen beneficios para la salud, más allá de la acción clásica de los
nutrientes”
Mientras el Centro de Información Internacional de Alimentos (IFIC) los define como “aquellos
productos a los cuales intencionalmente se les adiciona un compuesto específico para
incrementar sus propiedades saludables” y define como alimentos saludables a aquellos que, en
su estado natural o con un mínimo de procesamiento, tienen compuestos con propiedades
beneficiosas para la salud.
7Araya & Lutz en su artículo Alimentos Funcionales y Saludables, realizan la distinción entre estos
dos tipos de alimentos y definen alimentos saludables a aquellos alimentos naturales que
cumplen las definiciones de la Academia de Ciencias de los Estados Unidos y de ILSI. Por su
parte, el término de alimentos funcional se deja para aquellos que experimentan un
procesamiento que implique aumento de sus propiedades saludables (Araya L & Lutz R, 2003).
Del artículo Alimentos funcionales y Biotecnología de Andrés Illanes: “Los alimentos son
considerados funcionales si, más allá de su efecto nutricional, favorecen una o más funciones
fisiológicas en el cuerpo humano, mejorando la condición física general y/o reduciendo el riesgo
de enfermedad. Un aspecto esencial es que la cantidad y forma de consumo debe ser la habitual
en la dieta, por lo que el alimento funcional es ante todo un alimento y no un fármaco. No
obstante, los alimentos funcionales pueden contribuir a la prevención y tratamiento de
enfermedades en cuyo caso se les denomina nutracéuticos” (Illanes, 2015).
Algunos ejemplos de alimentos funcionales son zumos enriquecidos, leches enriquecidas,
yogures fermentados con cultivos probióticos, cereales fortificados, pan enriquecido, huevo
enriquecido, margarinas enriquecidas, sal yodada, etc.
Figura 2. Algunos ejemplos de alimentos funcionales. Fuente: http://www.foodinsight.org/
1.1 Clasificación de compuestos nutracéuticos
La palabra “nutracéutico” fue introducida en el año de 1989 por el Dr. Stephen L. DeFelice y
surge de la unión de las palabras nutrición y farmacéutico, y se refiere a los compuestos
bioactivos que consumidos junto con una dieta balanceada benefician la salud de los seres
humanos. Estos compuestos bioactivos se encuentran presentes en el reino vegetal, sobre todo
en frutas y verduras, sin embargo, también pueden sintetizarse para emplearse como aditivos en
productos alimenticios.
Los nutracéuticos pueden ser de origen animal, mineral y vegetal (fitoquímicos) y se clasifican
dependiendo de su función biológica o de su estructura química (ver tabla 1).
Tabla 1. Clasificación de algunos compuestos nutracéuticos de acuerdo a su función biológica y
estructura química. Adaptado de: (Salvador Badui, 2013)
Clasificación por función biológica Clasificación por su estructura química
Fitoquímicos Otros nutracéuticos
Anticancerígenos Carotenoides Probióticos y prebióticos
Hipocolesterolémicos Polifenoles Aminoácidos y proteínas
Antiinflamantorios Antocianinas Hidratos de carbono
Osteogénicos Flavonoides Lípidos
Antibacteriales Derivados azufrados Vitaminas
Antioxidantes Fitoesteroles Minerales
8Probióticos y prebióticos:
La Organización Mundial de la Salud (OMS) define los probióticos (del latín pro, a favor, y bios,
vida) como “bacterias que permanecen activas en el sistema digestivo y potencian un efecto
inmunológico y de protección contra patógenos”. Así, estos microorganismos fortalecen la
microflora benéfica del intestino grueso, mientras reducen la microflora dañina, como salmonellas
y clostridium, brindando protección inmunitaria al sintetizar inmunoglobulina y al facilitar la
proliferación de linfocitos y macrófagos. Los microorganismos más comunes son: Lactobacillus
acidophillus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Bifidobacterium infantis,
Bifidobacterium bifidum y Bifidobacterium longum. De estos microorganismos las bifidobacterias
son más efectivas como probióticos que los lactobacilos (Salvador Badui, 2013).
Los probióticos deben cumplir los siguientes requisitos para que sean efectivos:
a) Mantenerse activos en el alimento, pues las altas temperaturas los destruyen.
b) Ser habitantes normales del intestino.
c) Sobrevivir las condiciones extremas del estómago: pH de 2.2 y los ácidos biliares, para llegar
a su destino a una elevada concentración.
d) Reproducirse rápidamente.
e) Sintetizar compuestos antimicrobianos.
Por su parte, los prebióticos (del latín pre, antes y bios, vida) son “ingredientes alimenticios no
digeribles que afectan de forma benéfica al hospedero, estimulando selectivamente el
crecimiento y la actividad de una o más bacterias benéficas del colon y mejorando la salud del
hospedero”. Estos compuestos deben resistir la acidez del estómago, no ser atacados por las
enzimas digestivas del intestino delgado y estimular de forma selectiva el crecimiento de los
probióticos. Entre los principales ingredientes prebióticos se encuentra: fibras dietéticas, lactitol,
lactulosa, inulina y oligofructosa (FOS) (Salvador Badui, 2013).
El consumo de fructooligosacáridos (FOS) e inulina mejora el crecimiento de bifidobacterias en
el colon, mejora la absorción de minerales y el metabolismo gastrointestinal y juega un papel
importante en la regulación del colesterol sérico. Además, la literatura reporta que el consumo
de estos probióticos mejora positivamente la modulación del sistema inmune, mejorando la
resistencia a infecciones y a reacciones alérgicas. Ciertos estudios han demostrado el potencial
del yacón como alimento funcional para pacientes con condiciones de salud que requieren
cambios en su dieta alimenticia (Choque Delgado, da Silva Cunha Tamashiro, Maróstica Junior,
& Pastore, 2013).
Polifenoles:
Los compuestos polifenólicos son una gran familia de metabolitos secundarios en los que se
incluye a las antocianinas, flavonoides (isoflavonas, flavononoas y flavonoles), los taninos y los
lignanos. La estructura química principal de los polifenoles corresponde al fenol y se les ha
atribuído efectos antioxidantes, antiinflamatorios, cardioprotectores y antimicrobianos. Las
antocinaninas son pigmentos fitoquímicos que pueden regular la glucosa sanguínea, proteger
contra la cardiopatía coronaria y la hipertensión y tener un efecto antiinflamantorio. Los
9flavonoides en la planta desempeñan una doble función, como protección contra depredadores
herbívoros y patógenos y además para favorecer la polinización (Salvador Badui, 2013).
Fibra dietaria:
La Asociación Americana de Químicos del Cereal (AACC, por sus siglas en inglés) definió en el
año 2000 la fibra dietaria como la parte comestible de la planta que es resistente a la digestión y
a la absorción en el intestino delgado por acción de enzimas alimentarias, sino que más bien es
fermentada total o parcialmente en el intestino grueso del hombre. La fibra dietaria incluye
polisacáridos, oligosacáridos, lignina y sustancias asociadas. La fibra dietaria ha sido consumida
por los seres humanos desde siglos y es reconocida por brindar beneficios a la salud. Se clasifica
como fibra soluble e insoluble, de acuerdo a su solubilidad en agua. La fibra insoluble incluye la
celulosa, hemicelulosa y la lignina, mientras la fibra soluble incluye pectinas, gomas y mucílagos
(Dhingra, Michael, Rajput, & Patil, 2012).
1.2 Bebidas funcionales
Una bebida funcional es una bebida no alcohólica que es formulada con ingredientes
nutracéuticos como frutas, hierbas, vitaminas, minerales, aminoácidos y todos los demás
compuestos bioactivos que brindan beneficios específicos para la salud humana (Chandra,
Hegde, Dhillon, & Sarma, 2014).
Las bebidas funcionales están ganando mayor interés debido a los beneficios asociados a su
consumo, considerando la alta demanda de alimentos de calidad y las recientes tendencias como
alimentos naturales, funcionales, bajos en calorías, etc., la inclusión de yacón como fuente de
prebióticos representa una gran oportunidad de innovación como alimento funcional o como
suplemento dietario.
De todos los productos funcionales que hoy día se ofrecen en el mercado, las bebidas son las
más emergentes de todas las categorías, por su conveniencia y posibilidad de satisfacer las
necesidades de los consumidores en términos de contenido, tamaño, forma y apariencia, por su
facilidad de distribución y almacenamiento, por su larga vida útil y por la oportunidad de incorporar
nutrientes y componentes bioactivos fácilmente. Existen diferentes tipos de productos
comerciales como: (1) bebidas lácteas incluyendo bebidas probióticas y bebidas enriquecidas
con minerales y omegas, (2) bebidas de frutas y vegetales, y (3) bebidas energizantes y
deportivas (Corbo, Bevilacqua, Petruzzi, Casanova, & Sinigaglia, 2014).
2. Productos vegetales no tradicionales
Los productos vegetales no tradicionales y las frutas tropicales son fuentes importantes de
vitaminas hidrosolubles, fitoesteroles, ácidos grasos tipo omega 3, fibra, prebióticos y probióticos,
polifenoles y otros compuestos antioxidantes. Dentro de las frutas tropicales que cuentan con
concentraciones elevadas de compuestos bioactivos se destacan el camu-camu (Myrciaria
dubia), la acerola (Malpighia punicifolia) por ser la fruta comestible con mayor contenido de
vitamina C, cajú o marañón (Anacardium occiden- tale), el asaí, el arazá, el copazú, el carambolo,
entre otros (Dionisio et al., 2016).
102.1 Arazá
El arazá es una fruta amazónica de la familia Myrtaceae. Se distinguen dos subespecies, la
stipitata y la sororia, la primera es de frutos más pequeños y algo más rústicos, mientras que la
segunda es de frutos de mayor tamaño, mayor rendimiento y pulpa de aroma y sabor atractivos.
El arazá es una baya carnosa con epicarpio pubescente, fino y amarillento, de sabor atractivo y
su forma es entre ovalada y redonda. El fruto se comercializa fresco, aunque usualmente es
comercializado en forma de jugo, néctar, bocadillos, mermeladas y en conservas. La literatura
reporta que composición de la fruta depende de la subespecie considerada, sin embargo,
contiene entre 8-10.75% de proteínas, 5-6.5% de fibra, 69-72% de carbohidratos, 0.16-0.21% de
calcio, fósforo, potasio, magnesio y zinc. En 100 g de fruta hay aproximadamente 7.75 mg de
vitamina A, 9.84 mg de vitamina B1 y 7.68 mg de vitamina C (duplicando los valores del jugo de
naranja). Los compuestos bioactivos podrían brindar beneficios para la salud humana debido a
su potencial antioxidante y propiedades de eliminación de radicales libres. Aunque los mercados
locales recomiendan el consume de arazá para tratamientos del intestino, la vejiga y para aliviar
resfriados, no existe investigación científica que soporte tales beneficios para la salud
(Fernández-Trujillo, Hernández, & Carrillo, M. & Barrera, 2011).
Figura 3. Fruto de arazá en grado de madurez para procesamiento. Fuente: (Barrera & Hernández,
2004)
2.2 Copoazú
“El copoazú (Theobroma grandiflorum Wild Ex Spreng Schum) se conoce como cacao silvestre.
Es una baya drupácea elipsoidea u oblonga, de extremos redondeados, con una longitud
aproximada de 15-32 cms y de 10-15 cm de ancho; su peso promedio es de 1500 g; posee un
epicarpio (cáscara) leñoso y quebrantable. La pulpa que envuelve la semilla es comestible, de
coloración amarilla, cremosa, sabor ácido. La semilla contiene una grasa aromática parecida a
la manteca de cacao con un punto de fusión de 32ºC, índice de saponificación de 188 y un índice
de yodo de 45. Respecto al fruto se conocen diferentes variedades que, en términos generales,
se caracterizan por su forma o según su cáscara o corteza, y se distinguen tres grupos:
- COPOAZÚ REDONDO: Es la variedad más común de la Amazonia brasilera, los frutos
presentan extremos redondeados y su cáscara tiene de 6 a 7 mm de grosor.
- COPOAZÚ MAMORANA: Sus frutos son los de mayor tamaño en todas las variedades
conocidas, sus extremos son puntudos y su cáscara es más gruesa, entre 7 y 9 mm, y puede
alcanzar un peso de 4 Kg.
11- COPOAZÚ MAMAU: Su mayor característica es la carencia de semillas también recibe los
nombres de copo sin semilla o copoazú sin semilla.
Sus características organolépticas como sabor, color y aroma son agradables, ofreciendo
perspectivas muy favorables para la aceptación de nuevos productos mediante su
transformación. En el futuro la industrialización de esta fruta exótica constituirá un paso
importante para el aprovechamiento del bosque húmedo tropical, trayendo consigo beneficios
socioeconómicos para la región amazónica” (Barrera & Hernández, 2004).
Figura 4. Fruto de copoazú en óptimo estado para procesamiento. Fuente: (Barrera & Hernández, 2004)
2.3 Carambolo
“El fruto de carambolo es una baya carnosa, de forma ovoide o elipsoidal, de dimensiones
variables que van desde 5 hasta 25 cm de longitud y desde 3 hasta 10 cm de diámetro. Se
caracteriza por presentar 5 costillas longitudinales que le dotan de una típica sección transversal
en forma de estrella, debido a la cual recibe el nombre de star fruit.
La epidermis es delgada, suave y con una cutícula cérea. La pulpa es traslúcida, de color amarillo
claro o amarillo oscuro, muy jugosa, sin fibra. Su sabor es dulce- ácido. Posee cualidades
aromáticas que lo hacen potencialmente comercial en jugos y bebidas de frutos. El carambolo
es bajo en calorías (36-75 cal/100g) y constituye una buena fuente de potasio y de vitamina A y
moderada de vitamina C. El carambolo es vendido principalmente como fruto fresco,
consumiéndose en rodajas, jugo, ensaladas o como aderezo. Igualmente es utilizado en la
preparación de postres, tartas, salsas y bebidas. En procesamiento se utiliza para la elaboración
de encurtidos, salsas, vinos, gelatinas y licores, entre otros. Las características deseables en el
fruto son: forma característica de 5 aristas, color amarillo intenso, escaso número de semillas,
contenido de sólidos solubles de 10 Brix, acidez inferior a 5 meq/100g, textura crujiente, costillas
gruesas y ángulos anchos” (Barrera & Hernández, 2004).
Figura 5. Fruto de carambolo en óptimo estado para procesamiento. Fuente:
http://www.vix.com/es/imj/salud/5423/por-que-consumir-carambola
123. Zumos y néctares
3.1 Definición de zumo y néctar
Jugo o zumo de fruta: De acuerdo al Codex Alimentarius, es el líquido sin fermentar, pero
fermentable, que se obtiene de la parte comestible de frutas en buen estado, debidamente
maduras y frescas o frutas que se han mantenido en buen estado por procedimientos adecuados.
El contenido de sólidos varía desde 8-10° Brix dependiendo del tipo de fruta utilizada. Por su
parte, la resolución 7992 de 1991 lo define como el líquido obtenido al exprimir algunas clases
de frutas frescas, maduras y limpias, sin diluir, concentrar o fermentar. También se considera
jugos los productos obtenidos a partir de jugos concentrados, clarificados, congelados o
deshidratados a los cuales se les ha agregado agua, en cantidad tal que restituya la eliminada
en su proceso.
Néctares: Los néctares son mezclas de pulpa de fruta y agua, a los cuales se les aplica un
tratamiento térmico para evitar el crecimiento microbiano. Según la resolución 7992 de 1991,
néctar de frutas es un ―producto elaborado de jugo, pulpa o concentrado de frutas adicionado
de agua, aditivos e ingredientes permitidos en la resolución. Por su parte, el Codex Alimentarius
lo define como es el líquido sin fermentar, pero fermentable, que se obtiene añadiendo agua con
o sin la adición de azúcares de miel y/o jarabes, y/o edulcorantes según figuran en la Norma
General para los Aditivos Alimentarios (NGAA). Pueden añadirse sustancias aromáticas,
componentes aromatizantes volátiles, pulpa y células, todos los cuales deberán proceder del
mismo tipo de fruta y obtenerse por procedimientos físicos.
3.2 Escalamiento de la producción de alimentos
El escalamiento de la producción de alimentos inicia con la experimentación a nivel de
laboratorio, continúa con la evaluación a nivel piloto y finalmente, termina en la producción a
escala industrial. A medida que se aumenta la escala de producción aumenta la escala de
escrutinio y se observan nuevos problemas en el procesamiento y diferencias con la
experimentación a escala laboratorio, esto es cierto pues los sistemas alimentarios son sistemas
polidispersos complejos en los que interactúan diferentes fases y no existe una ecuación
matemática que modele todos los fenómenos de transporte al tiempo (transferencia de
movimiento, masa y energía). Los ingredientes pueden comportarse de manera diferente, los
sabores, la textura, aroma y apariencia pueden cambiar con el aumento de escala. Existen
diferentes metodologías para el escalamiento de procesos sin embargo no todas implican una
aproximación sistemática, por ejemplo, la metodología de ensayo y error resulta ser simple al
usar datos históricos de plantas y equipos existentes, pero costosa en la medida que no garantiza
resultados óptimos y puede llevar tiempo. De otro lado, una metodología basada en modelos
teóricos de fenómenos de transporte puede ser compleja, innecesaria y poco confiable para flujos
turbulentos complejos. Existen otras metodologías sistemáticas menos complejas, uno de estos
enfoques se basa en la evaluación de las diferencias en las constantes de tiempo características
para cada fenómeno que tiene el potencial de controlar el rendimiento en una escala mayor. Otra
metodología implica la identificación de la propiedad física o mecánica específica que es más
crítica para el desempeño del proceso (denominada criterio de escalamiento) y se mantiene
13constante a escala. Los criterios de escalamiento más comúnmente identificados son la velocidad
de transferencia de una sustancia, la mezcla, el esfuerzo cortante y, en menor grado, el régimen
de flujo. El criterio de escalamiento de elección depende de las circunstancias específicas y el
ingeniero de diseño deberá utilizar la experiencia profesional para juzgar el criterio óptimo
(Clarke, 2013).
Cuando se utiliza un criterio de escalamiento, el escalamiento se lleva a cabo de acuerdo con el
principio de similitud geométrica entre las escalas grande y pequeña. La similitud geométrica
implica relaciones geométricas idénticas del recipiente en ambas escalas, es decir, las
proporciones de altura del recipiente al diámetro del recipiente, altura del recipiente al diámetro
del impulsor, etc., permanecen constantes en ambas escalas. De esta manera se puede evaluar
el efecto de diferentes escalas comparando una longitud característica, por ejemplo el diámetro
del impulsor (D). Si bien la similitud geométrica es una aproximación relativamente simple y
sistemática, es axiomático que, si se quiere mantener la similitud geométrica, otros parámetros
distintos del criterio de escalamiento no permanecerán constantes (Clarke, 2013).
4. Caso de estudio: Yacón
4.1 Caso de estudio: Yacón
4.1.1 Generalidades del yacón
El yacón (Smallanthus sonchifolius) es una raíz autóctona ampliamente cultivada en la región
andina, que se pela y se come fresca y es muy refrescante por su alto contenido de agua. Es
considerado un alimento nutracéutico o funcional como consecuencia de sus componentes
bioactivos: compuestos fenólicos con propiedades antioxidantes, fructooligosacáridos (FOS) con
propiedades prebióticas y compuestos antimicrobianos. La palabra Yacón se deriva de la lengua
Quechua, que significa Yakku “sin sabor” y Unu “agua”. En Brazil se conoce como papa de dieta,
en Perú y Ecuador se llama aricoma o jicama, y en Estados Unidos se conoce como “yacon
strawberry” (Hudsara Aparecida de Almeida Paula, Monise Viana Abranches, 2015).
El yacón ha sido parte de la dieta andina desde tiempos pre-colombinos, en la última década del
siglo XX el cultivo de yacón se expandió a diversos países como Nueva Zelanda, Europa,
Estados Unidos y Japón, por los usos médicos y alimenticios de las raíces y las hojas de la planta
(Choque Delgado et al., 2013). Su ruta migratoria empezó en 1960, cuando fue transportado
desde Ecuador a Nueva Zelanda. En 1985, se llevó desde Nueva Zelanda hasta Japón, donde
se desarrollaron los primeros estudios para determinar su composición química y sus efectos
benéficos para la salud. Desde Japón, el yacón llegó en 1989 a Brazil traído por inmigrantes
japoneses. Actualmente, también se cultiva en Europa Central, particularmente en República
Checa (Hudsara Aparecida de Almeida Paula, Monise Viana Abranches, 2015).
El yacón es vendido en mercados y ferias en las regiones andinas. En Perú, Bolivia, Ecuador y
Argetina se consume en fiestas religiosas, como el Corpus Christi y el día de las Almas. La raíz
generalmente se consume fresca, como una fruta y en ensaladas de frutas junto con bananos,
naranjas y papayas. Además, el yacón puede ser cocinado en horno o consumido en forma de
bebida refrescante por extracción de su jugo (Choque Delgado et al., 2013).
14Figura 6. Planta de yacón. a) Órganos vegetativos y reproductivos, b) raíces de yacón, c) rodajas de
yacón. Fuente: (Choque Delgado, da Silva Cunha Tamashiro, Maróstica Junior, & Pastore, 2013).
Las raíces de yacón pueden pesar entre 200 a 500 g, encontrándose incluso raíces de hasta 2
kg. Cada planta produce un racimo de 2-20 raíces, con un rendimiento de hasta 5 kg por planta
(Figura 2). La raíz recién cultivada es insípida, pero después de 3 a 5 días de exposición a la luz
solar, se vuelve jugosa y dulce. El sabor del dulce de yacón ha sido descrito similar al de la
manzana o sandía frescos.
4.1.2 Propiedades funcionales del yacón
Esta raíz cada vez gana más protagonismo en el mercado por su alto contenido de oligosacáridos
no digeribles, como los fructooligosacáridos y la inulina, que son un tipo especial de azúcar que
aporta pocas calorías y no eleva el nivel de glucosa en la sangre, así como por el contenido de
compuestos fenólicos que han sido asociados con la prevención de ciertas enfermedades
crónicas como la aterosclerosis y la diabetes. Así, el jarabe de yacón se ha usado como
endulzante natural que además permite balancear la flora intestinal, con las hojas se prepara té
como parte de dietas bajas en calorías y los pueblos andinos le han atribuído propiedades anti-
diabéticas a las hojas secas.
Además de los prebióticos, el yacón contiene flavonoides, ácidos fenólicos y triptófano, que
ejercen actividad antioxidante, antiinflamatoria, antimicrobiana y anticancerígena. Los
compuestos fenólicos del yacón protegen biomoléculas, como el ADN, lípidos y proteínas, frente
al daño causado por los radicales libres. Diversos artículos muestran que existe una mejora en
la respuesta del sistema inmunológico como resultado del consumo de fructanos, se ha
demostrado que el consumo regular de este tipo de compuestos aumenta la resistencia a
infecciones por patógenos intracelulares reduciendo de esta manera alergias en el tracto
digestivo (Choque Delgado et al., 2013).
Los compuestos fenólicos y los flavonoides a pesar de generar el pardeamiento enzimático,
pueden modular la peroxidación lipídica involucrada en la aterogénesis, trombosis y
carcinogénesis por medio de su actividad antioxidante frente a los iones superóxido O .
2
15Características prebióticas y salud gastrointestinal
Los compuestos prebióticos como los FOS se definen como ingredientes alimenticios no
digeribles que estimulan el crecimiento y la actividad de un número limitado de bacterias en el
intestino del huésped. Por su parte, los probióticos son definidos como microorganismos
adicionados a la dieta que benefician el crecimiento microbiano en el colon. Por el contenido de
fructooligosacáridos (FOS) y de inulina, el yacón ha mostrado importantes características
prebióticas, estos compuestos resisten la digestión intestinal y son hidrolizados y fermentados
por las bacterias del colon, como lactobacillus y bifidobacteria. Igualmente, se ha demostrado
que existe sinergia entre prebióticos y probióticos proporcionando beneficios para el tracto
intestinal. Las bifidobacterias inhiben el crecimiento de bacterias putrefactivas en el colon (E. coli
y cocos anaerobios), estimulan el sistema inmunológico y promueven la absorción de Ca2+ y PO -
4
así como la síntesis de vitamina B. En este sentido, el consumo de raíces de yacón incrementa
los niveles de ácidos grasos de cadena corta que protegen el colon contra el cáncer (Pedreschi,
Campos, Noratto, Chirinos, & Cisneros-Zevallos, 2003).
Diabetes:
Los fructooligosacáridos (FOS) reducen de los niveles de glucosa en la sangre y diferentes
lípidos séricos en humanos y modelos animales. (Pedreschi et al., 2003). Un estudio de modelos
de roedores diabéticos muestra que el consumo de FOS mejora la liberación de insulina. Los
autores comentan que el consumo regular de harina de yacón ejerce un efecto hipolipemiante al
activar la enzima lipoproteinlipasa e incrementa los niveles de insulina plasmática en ayunas
(Habib, Honoré, Genta, & Sánchez, 2011). Valentová et al., 2006, mencionan que los sacáridos
presentes en el yacón, particularme (β-2→1) fructooligosacáridos, pueden modular el síndrome
metabólico que ocurre en la diabetes tipo 2 y la dislipidemia, que se consideran factores de riesgo
para la aterosclerosis.
De otro lado, los compuestos fenólicos podrían alterar el metabolismo de la glucosa y la actividad
antihiperglucemiante, actuando como agentes antidiabéticos. Este efecto sobre el metabolismo
de la glucosa puede estar mediado por el efecto similar a la insulina o por la mejora del estado
antioxidante. En este sentido, los extractos fenólicos de hojas de yacón fueron capaces de
reducir la producción de glucosa en hepatocitos de rata mediante el aumento de la expresión de
ARNm de glucoquinasa (Katerǐna Valentová, Nhu, Moncion, De Waziers, & Ulrichová, 2007).
Actividad antioxidante:
Los compuestos polifenólicos son de gran importancia por su actividad antioxidante, al proteger
las membranas celulares contra el daño por radicales de oxígeno. Además, estos compuestos
juegan un papel importante en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares y del cáncer
(Neves & Da Silva, 2007). El extracto etéreo de hojas de yacón ha demostrado ejercer actividad
antioxidante y citoprotectora contra hidroperóxido de terc-butilo en un modelo de daño oxidativo
en hepatocitos de rata (Simonovska, Vovk, Andrenšek, Valentová, & Ulrichová, 2003).
Experimentos en humanos también han reportado actividad antioxidante de los compuestos
fenólicos presentes en las hojas de yacón, actuando en la prevención de enfermedades crónicas,
como ateroesclerosis, una enfermedad que involucra radicales libres para su desarrollo (Padla,
Solis, & Ragasa, 2012).
16Absorción de calcio y otros minerales:
El pH bajo y la producción de ácidos grasos de cadena corta (SCFA) debido al consumo de
prebióticos generan hipertrofia de las células de la mucosa, agrandamiento de la superficie
intestinal y mayor solubilidad de los iones minerales. El consumo de Yacón durante períodos
relativamente cortos generó mayor absorción intestinal de minerales y masa ósea, favoreciendo
las propiedades biomecánicas del hueso en ratas. La ampliación de la pared cecal observada
después del consumo de yacón parece contribuir al aumento de la absorción mineral en esos
animales. De hecho, algunos estudios muestran que el consumo diario de una combinación de
fructanos de tipo inulina de cadena corta y larga aumenta significativamente la absorción de
calcio y la mineralización ósea durante el crecimiento puberal. Los efectos de estos factores
dietéticos sobre la absorción de calcio parecen ser modulados por factores genéticos, incluyendo
el polimorfismo genético de un receptor específico de vitamina D. Se ha observado que el
consumo de fructanos de tipo inulina también reduce la progresión de la osteoporosis al aumentar
la biodisponibilidad del calcio, con un aumento significativo de la densidad ósea y de la masa
mineral ósea (Choque Delgado et al., 2013).
4.1.3 Características fisicoquímicas y componentes bioactivos
Los compuestos bioactivos del yacón han generado interés por su importancia en la vida
humana. Las principales sustancias constituyentes son agua y carbohidratos, los cuales son
almacenados principalmente en forma de fructooligosacáridos (FOS) y otros azúcares libres
como glucosa y fructosa.
El porcentaje de agua de las raíces es alrededor del 83 al 90% del peso fresco, 0,4 a 2,2% de
proteína, y 20% de azúcares. Debido al alto contenido de agua, el valor energético de la raíz es
bajo. Este factor también reduce su vida útil en condiciones ambientales –aproximadamente 7
días- ya que los tejidos internos de las raíces son muy delicados; característica que los
predispone a sufrir grietas o romperse fácilmente durante la cosecha, el embalaje y el transporte
(Santana & Cardoso, 2008).
El nivel de azúcar de las raíces de yacón puede variar dependiendo de factores como la
localización, temporada de crecimiento, condiciones y manejo poscosecha. En Brasil, los
carbohidratos del yacón están compuestos de 34-55% de FOS, 7-9% de glucosa, 13-14% de
fructosa y 10-13% de sucrosa. Sin embargo, en Perú, los investigadores han encontrado raíces
con carbohidratos compuestos de 40-70% de FOS, 5-15% de sucrosa, 5-15% de fructosa y
menos del 5% de glucosa (en base seca) (Choque Delgado et al., 2013).
El yacón contiene β-oligosacáridos de baja polimerización, inulina, pequeñas cantidades de
vitaminas y minerales y no contiene almidón. Los minerales más abundantes del yacón son calcio
y potasio. Los compuestos bioactivos importantes del yacón son compuestos fenólicos, derivados
de éster, metil ésteres y glucósidos.
El jugo de yacón es rico en aminoácidos esenciales libres, contiene 850 ppm de compuestos
polifenólicos como ácido clorogénico, el cual es considerado el principal antioxidante del yacón,
además del triptófano y de los derivados del ácido cafeico. Los ácidos fenólicos parecen ser los
responsables de algunas de las actividades funcionales del yacón, incluyendo sus efectos anti-
hiperglicémicos y citoprotectores así como de eliminación de residuos.
174.1.4 Usos y aplicaciones del yacón como matriz alimentaria
Actualmente existe una gran variedad de productos derivados de las raíces de yacón, como
jugos, purés, endulzantes tipo jarabe con alto contenido de FOS, harina, productos
deshidratados, snacks tipo rodajas e inclusive té a partir de las hojas secas.
Tabla 2. Algunas aplicaciones industriales del yacón reportadas en la literatura.
APLICACIÓN INDUSTRIAL ARTÍCULO AÑO AUTORES
OBTAINING
FRUCTOOLIGOSACCHARIDES
Obtención de FOS por Brites, M. L.; Noreña,
FROM YACON (Smallanthus 2016
ultrafiltración (UF) C. P. Z.
sonchifolius) BY AN
ULTRAFILTRATION PROCESS
PADILHA, V. M.,
Optimization of synbiotic yogurts with
ANDRADE, S. A. C.,
Yogur formulado con pulpa yacon pulp (Smallanthus sonchifolius)
2017 VALENCIA, M. S.,
de yacón and assessment of the viability of lactic
STAMFORD, T. L., &
acid bacteria
SALGADO, S. M.
Yogur bajo en calorías añadido con Mileib, C., Rodrigues
Yogur bajo en calorías
harina de yacón: desarrollo y 2012 M., Valéria P., &
añadido con harina de yacón
evaluación físico-química Paes, J. B.
Dionisio, A. P.,
Estabilidade de uma bebida funcional
Wurlitzer, N. J.,
Bebida funcional de frutas de frutas tropicais e yacon
2016 Goes, T., Borges,
tropicales y yacón (Smallanthus sonchifolius) durante o
M., Garruti, D., &
armazenamento sob refrigeração
Araújo, I. M.
Formulación de barra dietética Valdez, C. G. A.,
Barra dietética funcional a
funcional prebiótica a partir de harina 2013 Margalef, M. I.,
partir de harina de yacón
de Yacón (Smallanthus sonchifolius) Gómez, M. H.
Carvalho, S., Aline,
D., Mileib, V.,
Desarrollo de jalea de yacón de Christiane, D. V.,
reducido valor calórico: caracterización Maria Cristina, M. R.
Mermelada de yacón 2012
físico-química, microbiológica y R., Sônia, N. E.,
sensorial Bárbara, N., Julia D,
& Stampini D. M.,
Hércia.
Glycemic profile and prebiotic potential
Pan de harina de yacón "in vitro" of bread with yacon 2011 Rolim et al.
(Smallanthus sonchifolius) flour
Severo da Rosa,
Ruffo De Oliveira,
Galletas con harina de yacón Cake developed with Yacon flour 2009
Bordin Viera,
Gressler, & Viega,
18APLICACIÓN INDUSTRIAL ARTÍCULO AÑO AUTORES
FARINHA DE YACON E INULINA
Moscatto, Prudencio-
COMO INGREDIENTES NA
Galletas de chocolate con 2004 Ferreira S. H., &
FORMULAÇÃO DE BOLO DE
harina de yacón Hauly
CHOCOLATE
Efecto de gelificantes en la formulación
Dulces de yacón 2008 Maldonado & Singh
de dulce de yacón
Considerando el alto contenido de fructooligosacáridos (FOS), las raíces de yacón pueden llegar
a ser una alternativa importante para la obtención de FOS frente a fuentes tradicionales como la
alcachofa de Jersualén o las raíces de achicoria.
4.1.5 Agronomía
El yacón pertenece a la familia Asteraceae y cultivado en los Andes de Sur América,
específicamente de los valles andinos de Colombia, Ecuador, Perú, Bolivia y el noroeste de
Argentina. Es cultivado en zonas comprendidas entre los 800 y 2800 m.s.n.m., en latitudes
tropicales (0-24°C); entre los 900 a 3500 m.s.n.m en Perú, entre 600 a 2500 m.s.n.m en Bolivia
y en Ecuador, y entre 600 a 800 m.s.n.m. en Argentina. La madurez de la planta se alcanza
entre los 6 y 12 meses luego de su siembra, en este momento la planta florece y alcanza una
altura de 1.0 a 2.5 m.
4.1.6 Efecto del procesamiento en la calidad y valor nutricional
Las raíces de yacón rara vez son cocidas debido a las reacciones de pardeamiento enzimático
que ocurren rápidamente una vez se remueve su cáscara, inclusive, la raíz se pardea durante el
almacenamiento en condiciones de baja temperatura. Estas reacciones de pardeamiento
parecen estar relacionadas con el contenido de compuestos fenólicos, especialmente con los
contenidos de ácidos cafeico y clorogénicos y por la actividad de la enzima polifenol oxidasa
(Choque Delgado et al., 2013).
Los polifenoles que se encuentran en las hojas y en los tallos del yacón producen un sabor ácido
y astringente, a la vez que le imparten su olor particular. Estos compuestos fenólicos que originan
el pardeamiento enzimático sufren reacciones de condensación con aminoácidos y reacciones
de polimerización.
Tabla 3. Algunos estudios realizados en términos del procesamiento del yacón.
ESTUDIO ARTÍCULO AÑO AUTORES
YACON INULIN LEACHING
Lixiviación de Inulina por Scher, C. ., Brandelli,
DURING HOT WATER 2016
blanqueo de la raíz de yacón A., & N., C. Z.
BLANCHING
Evaluación de la combinación Prevention of enzymatic browning
Rodrigues, O. R. L.,
de ácido ascóribico, cítrico y L- of yacon flour by the combined use
2014 Asquieri, E. R., &
cisteína en la inhibición del of anti-browning agents and the
Orsi, D. C.
oscuremiento del yacón. study of its chemical composition
19ESTUDIO ARTÍCULO AÑO AUTORES
Brandão, C. C.,
Study of the aging of fermented of
Estudio del envejecimiento de Asquieri, E. R.,
yacon (Smallanthus sonchifolius) 2014
yacón fermentado Attaran, S., &
and sensory profile and acceptance
Damiani, C.
Berges da Silva, Dos
Optimización del pelado químico Optimization of chemical peeling of Santos Ferreira da
2010
de raíces de yacón yacon roots Silva, Karam, &
Bileski Cândido
Raiz tuberosa de yacon
Potencialidad de cultivo,
(Smallanthus sonchifolius): Santana & Cardoso,
aspectos tecnológicos y 2008
potencialidade de cultivo, aspectos 2008
nutricionales
tecnológicos e nutricionais
4.1.7 Publicaciones sobre el Yacón en los últimos años
Se consultaron las revistas indexadas más importantes en términos de Ciencia e Ingeniería y se
consultó el número de patentes publicadas por medio de la herramienta Google Patents, la
búsqueda se realizó aplicando los siguientes criterios de búsqueda: yacón, yacon, Smallanthus
sonchifolius. A continuación se presenta el análisis de la información con el ánimo de establecer
las tendencias de investigación, los países con mayor número de publicaciones y el tipo de
publicación predominante. En la figura 7 se muestra que el número de publicaciones ha
aumentado en los últimos años, probablemente, como resultado del interés que ha generado los
alimentos funcionales y la creciente preocupación por el cuidado de la salud. Es sorprendente
que el mayor número de publicaciones corresponde a patentes, esto es el 76% del total de
publicaciones, mientras el 21% corresponde a artículos de investigación publicados en revistas
indexadas. De los países que han publicado artículos de investigación, el país que más ha
generado conocimiento en el área es Brasil, seguido de Perú, Argentina, China y Japón (Figura
9). En términos de temas de investigación se encontró que la investigación se ha enfocada en
igual proporción en áreas como Ciencia y Tecnología de Alimentos, Ciencias Agrarias y Ciencias
de la Salud (Figura 10).
PUBLICACIONES EN REVISTAS INDEXADAS POR
AÑO
S
E 4
N 2
O
IA 0 2
C IL 18 1 7 1
B 5
U
P
E
D
9 899
O 7 8
R
E 5
M
3
Ú 2 2
N 01 0001 0001111
012345678901234567890123456I
9999999999000000000011111117-
9999999999000000000000000001
1111111111222222222222222220
2
Figura 7. Número de publicaciones en revistas indexadas por año.
20NÚMERO DE PUBLICACIONES POR TIPO DE
FUENTE
1
5
5
S
E
N
O
IC
A
C
IL B 7 5
U 1
P
E
D
5 5
O
R
E
M ARTÍCULO DE LIBRO, TRABAJOS DE PATENTES
Ú REVISTA CAPÍTULO REFERENCIA
N
Figura 8. Número de publicaciones por tipo de fuente.
PUBLICACIÓN DE ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN POR
PAÍS
España
Filipinas
USA
Cuba
Venezuela
Chile
Brasil
Rep. Checa
Corea Sur
Rusia
0% 10% 20% 30% 40% 50%
Figura 9. Publicación de artículos de investigación por país.
Figura 10. Temas de investigación.
214.2 Metodología para el escalamiento de la producción de zumos y
néctares de Yacón.
El diseño y desarrollo del producto implica una serie de etapas interrelacionadas pues tales
etapas tienen como entrada los resultados de la etapa anterior. Las siguientes pueden
considerarse como las etapas requeridas para el diseño y desarrollo del producto:
 Diseño y desarrollo del proceso
 Ingeniería conceptual: permite definir la viabilidad del proyecto.
 Diseño de la planta de proceso
 Ingeniería básica: genera documentos necesarios para la ingeniería de
detalle.
 Ingeniería de detalle: genera documentos para la construcción de la
planta.
 Construcción y puesta en marca de la planta de proceso
 Arranque y operación de la planta
 Actualización y optimización de la planta
Peters, 2003; Sinnott & Towler, 2013, proponen una metodología propuesta para el diseño y
desarrollo del producto, la cual se ha modificado para los objetivos planteados y se presenta a
continuación:
a) Detectar una necesidad de la sociedad o ingenieril
 Realizar un análisis del mercado para el nuevo producto
b) Generar soluciones potenciales a esta necesidad
 Investigación bibliográfica y de patentes
 Identificar los datos preliminares necesarios
 Definición del producto
 Requerimientos técnicos del producto
 Evaluación del cumplimiento de especificaciones y necesidades
c) Realizar una síntesis preliminar del proceso de producción
 Definición de las operaciones de reacción, separación y condiciones de operación
 Identificar factores de salud, seguridad y medio ambiente
d) Determinar la rentabilidad del proceso preliminar
e) Refinar los datos de diseño
 Establecer las propiedades de materias primas y productos
 Verificar experimentalmente aspectos desconocidos
f) Preparar un diseño detallado
 Desarrollar un caso base
 Preparar el diagrama de flujo
 Integrar y optimizar el proceso
 Verificar la controlabilidad
 Dimensionamiento y escalamiento de equipos
 Estimar el capital de inversión
g) Determinar la rentabilidad del proceso
h) Revisar nuevamente los aspectos de salud, seguridad y medio ambiente
22i) Realizar los reportes de diseño
j) Completar el diseño final
 Organización y dimensión de equipos
 Diagramas de tubería e instrumentos
 Preparar cotizaciones de equipos
k) Diseñar y construir equipos
l) Proporcionar el acompañamiento en la etapa de construcción
m) Colaborar en las pruebas de arranque
n) Iniciar la producción
Durante este escrito se avanzó en las primeras etapas de esta metodología, específicamente en
los ítems a, b y c, pues en estas etapas se define parte de la ingeniería conceptual del proyecto,
sin embargo, no se definió la rentabilidad ni se realizó el dimensionamiento de cada uno de los
equipos de la planta de procesamiento, que es el momento en donde se realiza el escalamiento
de las diferentes operaciones de transformación involucradas.
4.2.1 Definición del producto: Bebida Funcional de Yacón
Se propone la producción de una bebida funcional tipo néctar de yacón con el ánimo de satisfacer
la demanda de productos naturales y alimentos funcionales. Esta bebida se prepara sin azúcares
ni edulcorantes artificiales, contiene menos calorías que otras bebidas refrescantes pues solo
contiene los azúcares naturales del yacón; es una bebida refrescante por su alto contenido de
agua, proporciona fibra dietaria prebiótica considerando que el yacón contiene
fructooligosacáridos (FOS) y además brinda otros beneficios para la salud, los cuales se han
descrito ampliamente en la sección 4.1.2.
Tabla 4. Formulación de una bebida funcional tipo néctar de yacón.
Materia prima Función %
Masa
Jugo de yacón Principio activo 90%
Ácido ascórbico Antioxidante 0.2%
Ácido cítrico Acidulante 0.5%
Sorbato de potasio Conservante 0.04%
Pectina Estabilizante 0.73%
Citrato de sodio Regulador de acidez 0.10%
Agua Disolvente c.p.s
En la tabla 4 se presenta la formulación de la bebida funcional tipo néctar de yacón que se
propuso y que se preparó en la planta de vegetales del ICTA de la Universidad Nacional de
Colombia. El producto final presenta un pH de 3.7 y un contenido de sólidos totales solubes (SST)
de 15°Brix, el jugo es de color amarillo verdoso y de sabor dulce y agradable con consistencia
típica de un néctar (ver figura 11).
23Figura 11. Bebida funcional tipo néctar de yacón preparada en la planta de vegetales del ICTA-
Universidad Nacional de Colombia
4.2.2 Síntesis preliminar del proceso de producción de bebidas de yacón
Para la producción del néctar de yacón se proponen las siguientes etapas u operaciones de
procesamiento:
a) Selección: Se deben seleccionar raíces sin daños mecánicos o pudrición, sin contaminación
microbiana, frescas y en la medida de lo posible recién cultivadas pues después de la cosecha
los fructooligosacáridos (FOS) se degradan convirtiéndose en glucosa y fructosa. Considerando
que no siempre es posible contar con raíces frescas se recomienda procesar la misma proporción
de raíces frescas y raíces ‘maduras’, además de que de esta manera se garantiza un ‘sabor
dulce’ adecuado en el producto final.
b) Lavado y desinfección: se retira abundante tierra y materia
orgánica adherida a la raíz. Para la desinfección se deben sumergir las
raíces en solución acuosa de 200 ppm de hipoclorito de sodio, para así
reducir la carga microbiana. Se estima que se requieren 2.81 kg de
agua por kg de raíz para el lavado y la misma cantidad de agua para la
operación de desinfección.
24c) Pelado: durante esta operación es importante retirar totalmente la cáscara pues en esta se
encuentra el mayor contenido de sustancias que pardean el jugo y resinas que transfieren
sabores picantes. De otro lado, por la acción mecánica del pelado se libera la enzima
polifenoloxidasa, la cual es responsable de la oxidación de los polifenoles. De modo que para
controlar el pardeamiento, la raíz pelada debe sumergirse inmediatamente en agua si se va a
procesar el mismo día, pero si se desea almacenar la raíz, debe usarse ácido cítrico como agente
antioxidante. Se estima que durante esta operación se tienen pérdidas entre el 15-20%.
Figura 12. Pelado del yacón.
d) Extracción de zumo: puede utilizarse un extractor de jugo tipo
horizontal y para controlar el pardeamiento enzimático debe
adicionarse una solución de ácido ascórbico al 0.2% durante la
operación. De las raíces frescas peladas se obtiene un
rendimiento del 40% en jugo o zumo de yacón.
e) Filtración del zumo: se deben usan mallas finas (poro menor
a 100 µm) para retener la pulpa insoluble que se ha pasado al
zumo. A nivel industrial debe usarse un filtro prensa para este
propósito. Se obtienen alrededor de 22% de residuos retenidos
durante la filtración, con respecto a las raíces frescas peladas.
f) Concentración o evaporación: a nivel piloto se realiza la
evaporación en una marmita que cuente con chaqueta de
calentamiento hasta obtener un contenido de sólidos solubles
totales de 20°Brix. A nivel industrial se debe usar un evaporador
de varios efectos con el ánimo de evitar que la temperatura se
eleve por encima de 120°C y que los fructooligosacáridos se
degraden. Además de la concentración, si este proceso se
realiza a ebullición se estaría realizando simultáneamente un
proceso de pasteurización.
25g) Envasado y enfriado: el envasado se debe realizar a temperatura mayor a 85°C para evitar
la contaminación cruzada y siempre evitando la formación de espuma.
h) Almacenamiento: el producto se debe almacenar preferiblemente en refrigeración.
La figura 13 que se muestra a continuación, es un resumen de las diferentes operaciones
involucradas en el procesamiento del yacón.
Figura 13. Diagrama de bloques de las diferentes operaciones involucradas en el procesamiento del
néctar de yacón (Manrique, Parraga, & Hermann, 2005).
Para el escalamiento de la producción de la bebida funcional tipo néctar de yacón se requiere
determinar la eficiencia o el rendimiento de cada una de las etapas de la figura 13. El rendimiento
corresponde a la relación de masa obtenida de producto deseado con respecto a la masa que
entra a cada etapa, por ejemplo, rendimiento de raíz pelada, rendimiento en la extracción y en
la filtración del jugo. Estos parámetros de eficiencia y rendimiento se convierten en los criterios
de escalamiento que se requieren cuantificar por medio de experimentación a nivel de laboratorio
o nivel piloto. Por su parte, las operaciones de evaporación y mezclado requieren considerar la
transferencia de energía y de momento para el escalamiento, respectivamente.
265. Conclusiones y recomendaciones
 El yacón, como producto vegetal no tradicional, cuenta con gran potencial para
convertirse en una matriz alimentaria para la producción de alimentos funcionales tipo
bebidas listas para beber (RTD), al considerar su alto contenido de fructooligosacáridos
(FOS), compuestos fenólicos y compuestos antimicrobianos. De esta manera, se hace
posible la proclama de alimentos con alto contenido de FOS, actividad prebiótica, bajo en
calorías, especial para cierto tipo de diabéticos y personas con problemas disgestivos,
solamente, en la medida que existan estudios clínicos serios.
 Se requieren estudios clínicos serios para evaluar in-vivo cada uno de los beneficios que
se le han atribuído al yacón desde tiempos de nuestros ancestros, además, para evaluar
la seguridad del uso de yacón como suplementos dietarios en todo tipo de poblaciones.
 La raíz de yacón también puede ser aprovechada para la producción de otros productos
alimenticios como endulzantes tipo jarabe, harina, productos deshidratos, snacks tipo
rodajas e inclusive bebidas fermentadas con probióticos, para aprovechar la fermentación
como estrategia de conservación y biodisponibilidad de compuestos bioactivos.
 El escalamiento de la producción de bebidas funcionales tipo néctar de yacón requiere la
medición de criterios de escalamiento como eficiencias y rendimientos de operaciones,
para asegurar las características del producto terminado a una escala industrial. Las
operaciones de evaporación y mezclado requieren considerar la transferencia de energía
y de momento para el escalamiento, respectivamente.
 Durante el procesamiento del yacón, el factor más crítico a tener en consideración tiene
que ver con el control del pardeamiento enzimático que sufre el producto. Así, se requiere
investigar estrategias novedosas para el control del pardeamiento durante el
procesamiento industrial.
27Bibliografía
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29Anexo: Resumen de estudios sobre los beneficios del
yacón para la salud
ARTÍCULOS RELACIONADOS CON ESTUDIOS DEL EFECTO DEL YACÓN EN DIABETES,
HIPOGLICEMIA E HIPOLIPIDEMIA:
ARTÍCULOS RELACIONADOS CON LA ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE DEL YACÓN:
30ARTÍCULOS RELACIONADOS CON ESTUDIOS DEL EFECTO DEL YACÓN SOBRE EL
CÁNCER:
ALGUNOS ARTÍCULOS RELACIONADOS CON ESTUDIOS EN SERES HUMANOS:
ARTÍCULOS RELACIONADOS CON LA ACTIVIDAD PREBIÓTICA DE LOS
FRUCTOOLIGOSACÁRIDOS DEL YACÓN:
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