Msc. Francisco Andrade S. Msc. José Antonio Suárez



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Cálculo de Aporte Nutricional de las Mezclas
Para el cálculo de aporte nutricional de cada uno de las mezclas se utilizó como base la Tabla de Composición de los Alimentos Ecuatorianos (Apéndice B), dentro de la cual se encuentra el valor del contenido nutritivo de cada alimento en 100 gramos, considerando solo la porción aprovechable, es decir descartando desperdicios.
Se calculó el aporte calórico de cada mezcla; constatando que se cumplía con el aporte energético adecuado. Para esto primero se halló el valor de aporte nutritivo de proteínas, carbohidratos y lípidos en kilocalorías mediante la siguiente fórmula aplicable para cada mezcla:
Ec. 1
Donde:
: Aporte Nutricional.
: Peso de la porción del alimento (gramos).
: Peso en gramos del macronutriente (Proteínas, carbohidratos o lípidos), extraído de la Tabla de Composición de los Alimentos Ecuatorianos (apéndice G).
: Valor energético del macronutriente (Kcal):
de 1 gramo de proteínas = 4 Kcal o 16,70 KJ

de 1 gramo de carbohidratos = 4 Kcal o 16,70 KJ

de 1 gramo de lípidos = 9 Kcal o 37,70 KJ
Una vez aplicada la fórmula de cálculo de Aporte Nutricional (Ec. 6) para cada uno de los macronutrientes; se realizó la sumatoria de estos valores obteniendo el aporte nutricional total de la mezcla en kilocalorías.
 Ec. 2

Posteriormente se obtuvieron los valores de aportes nutricionales totales de cada una de las mezclas. Además, se procedió a estimar costos de los mismos, basado en los precios de cada uno de sus componentes, de esta manera se obtuvo el costo aproximado de cada mezcla de acuerdo a las porciones.


2.3 Diseño Experimental
Se realizaron dos tipos de ensayos: Mezclas con precocción y mezclas sin precocción y se aplicó inicialmente para la mezcla base 1, un diseño factorial general 3k y luego de estos ensayos, se utilizó el diseño de mezclas para las demás corridas, eliminando aquellas combinaciones que no cubrían los requerimientos nutricionales planteados. Para la aleatorización de pruebas y el análisis de los resultados, se utilizó el software “MiniTab15” y Statgraphic plus respectivamente.
Como base fundamental del Diseño de Experimentos se formula una hipótesis que permita identificar de manera muy específica el objetivo del mismo. En este caso el objetivo es determinar si la textura y el color de la masa pre-cocida se ven afectados por la proporción de harinas, la temperatura y el tiempo de proceso.
La hipótesis nula fue Ho: No existe diferencia significativa en las características sensoriales de textura y color entre los diferentes tratamientos. Y, su hipótesis alternativa, Ha: Al menos en un tratamiento las características sensoriales de textura y color son diferentes.
2.3.1 Determinación de Variables
Variables independientes: temperatura, tiempo y proporción de las mezclas.
Variable Respuesta. Se eligió como variable de respuesta, de acuerdo a los productos desarrollados.
Para bebida y papilla una escala sensorial, conformada por dos parámetros: color y textura. Para el caso de barras las variables de respuestas fueron los atributos sensoriales de olor, color, sabor, dureza y friabilidad. En galletas color, sabor, dureza y crujencia además de humedad y, en bebida saborizada color, sabor y arenosidad.
En las pruebas de laboratorio previas se observó el cambio de estos parámetros según las condiciones de proceso, estas observaciones permitieron elaborar escalas de los mismos. La escala de color (tonalidad) consta de 4 puntos (Tabla 2.2) y la escala de textura (consistencia) cuenta con 3 puntos (Tabla 2.3).
Tabla 2.2 Escala de evaluación de color

Puntuación de la escala

Escala

Tono

Código

1

Marrón 100%



Pantone 153 PC

2

Marrón 70%



Pantone 138 PC

3

Amarillo 60%



Pantone 115 PC

4

Amarillo 100%



Pantone 118 PC

Fuente: Contreras-Blum. 2010
Tabla 2.3 Escala de evaluación de textura

Puntuación de la escala

Descripción de la Escala

1

Muy blanda

2

Blanda

3

Firme

Fuente: Contreras-Blum. 2010
2.3.2 Determinación de las corridas experimentales
Se realizaron veinte y siete corridas experimentales para la mezcla 1 (Tabla 2.4) diez corridas para las mezclas 2, 3 y doce corridas para la mezcla 4. donde se ensayaron dos sabores: chocolate y de coco.
Con el fin de evitar errores en la experimentación y garantizar la precisión de los resultados, se procede a aleatorizar las corridas de acuerdo al programa MiniTab 15, Apéndice C.
Las pruebas de productos horneados incluyen la formulación de otros ingredientes tales como: azúcar, mantequilla, huevo, bicarbonato de sodio, leche entera y esencia de vainilla para las galletas donde estos representan el 50 % del total en peso. El otro 50% lo representan el okara, el harina de soya baja en grasa y la sémola de maíz en sus distintas combinaciones.
Los parámetros de proceso de la elaboración de las galletas son: temperatura 150 grados centígrados y un tiempo de horneo entre treinta y cinco a cuarenta minutos.
Las galletas deben apegarse a las siguientes características nutricionales de acuerdo al PAE: Energía > a 450 Kcal / 100 gr de producto y Proteínas > a 11 gr / 100 gr de producto.
A continuación se muestran las restricciones para el diseño experimental de la mezcla base 2:
0,40≤ X1 ≥0,70

0,10≤ X2 ≥0,50



0,10 ≤ X3 ≥0,20
La tabla 2.5 muestra las combinaciones de los porcentajes de las variables: X1= harina de soya baja en grasa, X2 = sémola de maíz y X3= okara, donde X1 + X2 + X3 = 1 y la tabla 2.6 muestra las combinaciones de los porcentajes de las variables: X1= harina de soya baja en grasa, X2 = sémola de maíz X3= okara y X4=polvo de arroz.
Tabla 2.4. Corrida experimental para pre cocción Mezcla base 1

Tratamientos

Niveles

Proporción mezcla

3:1

2:1

1:1

ºT Proceso (ºC)

68

70

72

Tiempo Proceso (min)

2

4

6

Fuente: Contreras-Blum. 2010

Tabla 2.5 Corrida experimental para Mezcla base 2 (1 kg)

Corridas

X1

X2

X3

1

0,70

0,20

0,10

2

0,70

0,10

0,20

3

0,60

0,20

0,20

4

0,60

0,10

0,30

5

0,50

0,20

0,30

6

0,50

0,10

0,40

7

0,40

0,20

0,40

8

0,40

0,10

0,50




Temperatura de horneo

145°C

Tiempo

50 minutos

Elaborado por: Karín Coello O.

Tabla 2.6 Corrida experimental para Mezcla base 3 (1 kg)

Código

X4

X2

X1

X3

860

500

125

250

125

754

500

125

125

250

928

500

100

300

100

602

500

100

100

300

514

500

150

200

150

385

500

150

150

200

Temperatura de horneo

185°C

Tiempo

60 minutos

Elaborado por: Karín Coello O.
Tabla 2.7 Corrida experimental para Mezcla base 4 (1 kg)

Código

ºT

Proceso (ºC)



Proporciones

Tiempo

Proceso (min)



345

78

1:1

6

435

68

3:1

6

432

73

2:1

4

545

78

1:1

2

609

68

1:1

2

791

78

3:1

2

849

68

3:1

2

867

78

3:1

6

900

73

2:1

4

971

68

1:1

6

Elaborado por: Karín Coello O.
2.4 Formulación base

Se ensayaron cuatro mezclas base para elaborar dos tipos de productos. Las harinas pre-cocidas de reconstitución instantánea para obtener colada, papilla y bebida saborizada y, productos horneados tales como galletas y barras sabor a coco y chocolate.



Tabla 2.8 Mezcla base para cada producto desarrollado



Producto

Mezcla base

1

Colada instantánea

Bebida instantánea

Papilla


Sémola de maíz + harina de soya baja en grasa

2

Galletas

Sémola de maíz + harina de soya baja en grasa + okara

3

Barras

Sémola de maíz + harina de soya baja en grasa + okara + harina de arroz

4

Bebida instantánea saborizada

harina de soya baja en grasa + harina de arroz

Elaborado por: Karín Coello O.

CAPÍTULO 3

  1. EVALUACIÓN SENSORIAL

3.3 Diseño y protocolo de las pruebas sensoriales
Una buena evaluación sensorial implica sacar cuidadosas conclusiones de la información suministrada por los catadores o jueces, convirtiéndose ésta en soporte a las decisiones; especialmente reducirá el riesgo que siempre implica sacar un nuevo producto al mercado.
El análisis sensorial en esta investigación ayudará sobre todo a establecer un equilibrio entre la calidad nutricional y las preferencias de los potenciales consumidores.
Se diseñaron para ello dos tipos de pruebas sensoriales: afectivas y discriminativas. El primer tipo permitirá conocer las preferencias de los niños hacia los productos y el segundo tipo de prueba servirá para evaluar los tratamientos dentro del diseño experimental realizado.
3.2 Materiales y procedimientos

Todas las pruebas afectivas y discriminativas se realizaron bajo el mismo protocolo, es decir, estableciéndose el objetivo de cada prueba, número y cantidad de muestras, materiales, número y tipo de jueces.



3.2.1 Pruebas afectivas

Para las catas afectivas se utilizaron pruebas de medición del grado de satisfacción con escala verbal y gráfica de cinco puntos, como se muestra en el Apéndice D.

Las pruebas afectivas se realizaron con niños en una escuela fiscal de la ciudad de Guayaquil (Figura 3.1).



Figura 3.1 Degustación de los niños

3.2.2 Pruebas discriminativas

Las pruebas discriminativas se realizaron en el laboratorio I+D de la carrera de Ingeniería en Alimentos de Espol con el objetivo de diferenciar entre los tratamientos se aplicaron pruebas con escala (Apéndice E) y de ordenamiento (Apéndice F) y fueron realizadas por jueces semi-entrenados (Apéndice G).( Figuras 3.2, 3.3 y 3.4).

Producto: Bebida y papilla

Objetivos: Conocer la incidencia de la proporción de los subproductos sobre atributos de color y textura (consistencia).

Tipo de prueba: prueba con escala estructurada



Figura 3.2 Degustación de los jueces



Figura 3.3 Codificación de las muestras

Producto: Barra

Objetivos: Conocer la incidencia de la proporción de los subproductos sobre atributos de sabor, color y textura.

Tipo de pruebas:

Prueba con escala estructurada para evaluar color, friabilidad y dureza.

Prueba de ordenamiento para evaluar sabor.

Producto: galletas

Objetivos: Conocer la incidencia de la proporción de los subproductos sobre atributos de sabor, color y textura.

Tipo de pruebas:

Prueba con escala estructurada para evaluar color, crujencia y dureza.

Prueba de ordenamiento para evaluar sabor.





Figura 3.4 Colocación de las muestras y evaluación

Producto: bebida instantánea saborizada

Objetivos: Evaluar la incidencia de la pre-cocción y de la proporción de los subproductos sobre atributos de sabor, color y textura de la bebida.

Tipo de pruebas:

Prueba de relaciones psicofísicas de textura para evaluar consistencia de las mezclas luego de la precocción.

Prueba de ordenamiento para evaluar sabor, color y arenosidad.



3.2.3 Pruebas de correlación de textura

Empleándose el Consistómetro de Adams, se ensayaron diez corridas de la mezcla base 4.

Se evaluó la consistencia sensorial de cada una usando una escala de intervalo (Apéndice H) con diez jueces semi-entrenados. Se midió por triplicado la consistencia en el instrumento. Para la interpretación de resultados se aplicó el análisis de regresión lineal.

CAPÍTULO 4


  1. MODELACION MATEMATICA Y OPTIMIZACION

Un modelo matemático es el conjunto de las variables y sus restricciones. Una vez diseñado el modelo, se procedió a optimizarlo, con el fin de obtener el máximo nivel nutricional sin descuidar la calidad sensorial. La optimización se realizó a través de la opción Solver del programa Excel.


    1. Estudio de la situación física y definición de los objetivos del modelo

Se ensayaron cuatro mezclas base y se elaboraron dos tipos de productos: harinas pre-cocidas de reconstitución instantánea y productos horneados.


El modelo matemático diseñado en esta investigación plantea una ecuación que establece una relación entre la calidad nutricional y las proporciones de las mezclas base.


    1. Formulación del modelo

Para este caso las variables fueron designadas como Xi y cada una representa la cantidad en gramos de cada componente precedida por su respectivo coeficiente [8].

Por ejemplo, para la mezcla base 3, el modelo matemático se estableció de la siguiente manera:



X1: Cantidad en gramos de harina de soya baja en grasa

X2: Cantidad en gramos de sémola de maíz

X3: Cantidad en gramos de okara

X4: Cantidad en gramos de harina de arroz
La función objetivo es una expresión matemática lineal que representa el objetivo del problema. Es la expresión que se tendrá que maximizar o minimizar al aplicar Solver para resolver un problema determinado y se encuentra representada como una función lineal [19]:
 Ec. 3
Donde representa el costo de la variable por gramo.

En este caso la función objetivo se basó en la cantidad de nutrientes de cada uno de los subproductos correspondientes a las variables de decisión, obteniendo así el máximo nivel nutricional de la mezcla al finalizar el proceso de optimización.

Las restricciones representan los límites del escenario de la situación planteada y se designan por medio de desigualdades de tipo lineal.

Se establecieron restricciones de signo, de necesidad, disponibilidad y capacidad requeridas para el proceso de optimización [19].



  • Cubrir los requerimientos calóricos necesarios, es decir, 121 Kcal.




  • La suma de kilocalorías de lípidos de la mezcla son el 25% de las kilocalorías totales del mismo.




  • La suma de kilocalorías de carbohidratos de la mezcla son el 60% de las kilocalorías totales del mismo.




  • Cantidad de calcio mayor o igual a 56 mg.




  • Cantidad de hierro mayor o igual a 0,34 mg.




  • Cantidad de vitamina A mayor o igual a 28g.




  • Cantidad de riboflavina mayor o igual a 0,25 mg.




  • Cantidad de tiamina mayor o igual a 0,44 mg.




  • Restricciones de pesos, que indican las cantidades mínimas de peso en que los subproductos deben encontrarse para mantener la calidad sensorial y balance final.




  • Restricción de no negatividad.



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