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UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACEUTICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS Y TECNOLOGIA QUIMICA

PATROCINANTE Sr. Eduardo Castro Montero

Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química

DIRECTOR Sr. Eduardo Castro Montero

Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química

“INTERESTERIFICACIÓN QUÍMICA DE GRASA ANIMAL Y

ACEITE DE NUEZ”

Anteproyecto de Memoria para optar al Título de Ingeniero en Alimentos

IVÁN ALBERTO RIQUELME COLOMA

Santiago- Chile NOVIEMBRE 2006

II

DEDICATORIA

A Dios, a mis padres Gloria Coloma Azúa y

Sergio Riquelme Leiva, a mi hermana Javiera

Riquelme Coloma, a mis abuelos Eva Leiva

Norambuena y Héctor Riquelme Pinna, a

quienes amo y admiro.

III

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad de Chile y su Facultad de Ciencias Químicas y

Farmacéuticas.

A los académicos, funcionarios y especialistas que trabajan en el

Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Facultad

de Ciencias Químicas y Farmacéuticas.

Al Ingeniero y amigo Iván Guerrero Riquelme por su ayuda y gestión para

realizar mi tesis en Nestlé Chile S.A.

Al profesor Eduardo Castro Montero por su constante enseñanza tanto en

lo académico como en lo personal.

Al técnico Eduardo Ibáñez del Departamento de Operaciones Unitarias

por su ayuda y excelente disposición para ayudarme en los momentos en que lo

necesité.

A la profesora Lilia Masson y el Ingeniero en Alimentos Conrado Camilo

por su ayuda en el análisis por cromatografía gas-líquido de mis muestras. A Carolina Jara por entregarme de forma desinteresada los

conocimientos necesarios en el manejo del equipo Lloyd.

A Nicolás Carriles por entregarme los conocimientos necesarios para la

determinación de color de las muestras en la elaboración de mi tesis.

A Andrea Jáuregui por entregarme los conocimientos necesarios para la

determinación del índice de peróxido.

A Deborah Wuaceols por entregarme los conocimientos de microscopía

de luz polarizada e índice de refracción y su excelente disposición a ayudarme.

A la secretaria del Departamento de Ciencia de los Alimentos y

Tecnología Química Marta Argomedo por su ayuda desinteresada en mi estadía

en el laboratorio.

A mi novia, Valeria Guzmán Poblete por su cariño, preocupación y aliento

a lo largo del desarrollo de mi tesis.

Especialmente agradezco a mi familia y mis abuelos por su apoyo,

esfuerzo, confianza y amor entregados en forma incondicional.

IV

ÍNDICE GENERAL Página

Índice de Tablas.................................................................................................VII Índice de Figuras................................................................................................IX

Índice de Gráficos...............................................................................................X

Índice de Anexos.................................................................................................XI

Nomenclatura......................................................................................................XII

I. INTRODUCCIÓN........................................................................................1

1. Antecedentes generales.............................................................................4

1.1 Reacción de interesterificación...................................................................4

1.1.1 Definición y características.........................................................................4

1.1.2 Mecanismo de reacción..............................................................................4

1.1.3 Aplicaciones................................................................................................7

1.2 Características de las materias primas.......................................................7

1.2.1 Aceite de nuez............................................................................................7

1.2.2 Grasa animal..............................................................................................8

1.3 Diseño experimental...................................................................................9

1.4 Objetivos.....................................................................................................9

1.4.1 Objetivo general..........................................................................................9

1.4.2 Objetivo específico.....................................................................................10

II MATERIALES Y MÉTODOS......................................................................11

2.1 Materiales....................................................................................................11

2.1.1 Materias primas.......................................................................... ................11

2.1.2 Material de vidrio.........................................................................................11

2.1.3 Otros materiales de laboratorio...................................................................11

2.1.4 Reactivos y soluciones................................................................................11

2.1.5 Instrumentos y equipos de laboratorio........................................................12

2.2 Metodología.................................................................................................12

2.2.1 Elección de las materias primas y determinación

de las características físicas y químicas.....................................................13

V

2.2.1.1 Elección de las materias primas...............................................................13

2.2.1.2 Determinación de las características físicas y químicas..........................13

2.2.2 Métodos de análisis.............. ...................................................................13

2.2.2.1 Parámetros físicos....................................................................................13

2.2.2.2 Parámetros químicos................................................................................14

2.3 Determinación de las variables dependientes e independientes

del diseño experimental. Optimización de las condiciones de proceso y

requerimientos de catalizador....................................................................14

2.3.1 Determinación de las condiciones de proceso...........................................14

2.3.2 Diseño de experimentos.............................................................................15

2.3.2.1 Variables de estudio para la reacción de interesterificación.....................15

2.3.2.2 Variables dependientes.............................................................................16

2.3.2.3 Diseño factorial fraccionario 24-1 ...............................................................16

2.3.2.4 Diseño de optimización..............................................................................17

2.4 Establecimiento de los modelos matemáticos.............................................17

2.4.1 Obtención del producto óptimo...................................................................18

2.5 Caracterización del producto óptimo...........................................................18 III RESULTADOS Y DISCUSIÓN....................................................................19

3.1 Determinación de las características físicas y químicas

de las muestras interesterificadas y no interesterificadas...........................19

3.2 Determinación de las condiciones del procesos.........................................23

3.2.1 Etapas del proceso de interesterificación química......................................23

3.2.2 Diagrama de bloques..................................................................................23

3.2.3 Esquema del sistema de reacción..............................................................25

3.3 Características del producto objeto.............................................................26 3.4 Resultados del diseño experimental 24-1.....................................................26

3.4.1 Características de combinación de materias primas

en los niveles del diseño.............................................................................26

3.4.2 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 24-1................................28

3.4.3 Diseño de optimización...............................................................................29

3.5 Diseño factorial bidimensional en tres niveles (32)......................................29

VI

3.5.1 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 32...................................31

3.5.2 Establecimiento de los modelos matemáticos............................................32

3.6 Condiciones de obtención del producto optimo..........................................33

3.7 Caracterización del producto óptimo...........................................................34

3.7.1 Análisis del producto óptimo con y sin interesterificación...........................34

3.7.1.1 Análisis comparativo del producto óptimo con respecto

al estándar establecido..............................................................................34

3.7.1.2 Análisis de las características texturales por medio

del ensayo de compresión a los productos optimizados............................36

3.7.1.3 Análisis de microscopía de luz polarizada................................................38

3.8 Cambios físicos determinados a través de

calorimetría diferencial de barrido (DSC)....................................................43 IV CONCLUSIONES.......................................................................................46 V BIBLIOGRAFÍA..........................................................................................48

VII

ÍNDICE DE TABLAS

Página Tabla 1. Definición de las variables estudiadas.................................................16

Tabla 2. Matriz diseño factorial fraccionario 24-1 ...............................................17

Tabla 3. Resultados de los análisis físicos y químicos

de las muestras interesterificadas y no interesterificadas..................................19

Tabla 4. Composición de ácidos grasos de las

materias primas (% ésteres metílicos)................................................................21

Tabla 5. Composición de ácidos grasos de las muestras

óptimas interesterificadas por Cromatografía Gas-Líquido

(% ésteres metílicos)..........................................................................................21

Tabla 6. Condiciones óptimas para una materia grasa

comercial............................................................................................................26

TABLA 7. Resultados diseño de experimentos 24-1 ..........................................27

TABLA 8. Resumen de valores p y F de ANOVAS

aplicados a las respuestas del diseño 24-1.........................................................28

Tabla 9. Matriz diseño factorial bidimensional en

tres niveles (32)..................................................................................................29

Tabla 10. Resultados de variables dependientes

en el diseño factorial bidimensional en tres niveles (32)....................................30

VIII

Tabla 11. Resumen de valores p y F del análisis

ANOVA aplicado a la respuesta del diseño 32...................................................31

Tabla 12. Comparación entre las respuestas del

modelo matemático y las respuestas experimentales

para la interesterificación..................................................................................33

Tabla 13. Condiciones experimentales para

el producto óptimo.............................................................................................33

Tabla 14. Comparación de CSG y PF entre

la mezcla optimizada con interesterificación

y la mezcla sin interesterificación......................................................................34

Tabla 15. Parámetros texturales de la mezcla óptima

en base a grasa animal.....................................................................................37

IX

ÍNDICE DE FIGURAS

Página Figura 1. Intercambio de ácidos grasos debido a la acción

del catalizador metóxido de sodio, entre dos

triglicéridos diferentes.........................................................................................6

Figura 2. Sistema que contiene dos ácidos grasos que

al ser sometidas al reordenamiento al azar,

la composición triglicérida alcanza el equilibrio...................................................6

Figura 3. Diagrama de bloque para la reacción de Interesterificación...............................................................................................24

Figura 4. Esquema del sistema de reacción de

interesterificación a nivel de laboratorio.............................................................25

Figura 5. Microfotografías de luz polarizada para MGANI

y MGAI con un aumento de 10X.........................................................................41

Figura 6. Microfotografías de luz polarizada para MGANI

y MGAI con un aumento de 40X.........................................................................42

X

ÍNDICE DE GRÁFICOS Página

Gráfico 1. Curvas de índices de sólidos grasos,

producto del diseño 24-1.....................................................................................27

Gráfico 2. Curvas de índices de sólidos grasos

para las mezclas interesterificadas, producto del diseño 32........ ......................30

Gráfico 3. Comparación de CSG entre la mezcla

optimizada y el estándar en función de la temperatura......................................35

Gráfico 4. Curvas de compresión para la mezcla

óptima interesterificada (MGAI) y no interesterificada (MGANI).........................37

Gráfico 5. Curva obtenida por calorimetría diferencial

de barrido para el producto óptimo sin interesterificación..................................44

Gráfico 6. Curva obtenida por calorimetría diferencial

de barrido para el producto óptimo con interesterificación.................................44

XI

ÍNDICE DE ANEXOS

Página Anexo 1. Tablas de Análisis de Varianza y coeficientes de

correlación para respuestas del diseño 24-1........................................................51

Anexo 2. Tablas de Análisis de Varianza y Coeficientes de

Correlación para respuestas del diseño 32.........................................................54 Anexo 3. Superficie de respuesta del diseño de optimización

de respuesta múltiple..........................................................................................57

XII

NOMENCLATURA

AGT: Ácidos Grasos Trans

CSG: Contenido de Sólidos Grasos

MGA: Materia Grasa Animal

AN: Aceite de Nuez

MGANI: Materia Grasa Animal no Interesterificada

MGAI: Materia Grasa Animal Interesterificada

DS: Desviación Estándar

GLC: Cromatografía Gas-Líquido

CDB: Calorimetría Diferencial de Barrido

PF: Punto de Fusión

X: Promedio

CV: Coeficiente de Variación

XIII

RESUMEN

Se ha estudiado la aplicación del proceso de interesterificación química,

con la finalidad de desarrollar un sistema que permita la obtención a escala

industrial de bases grasas alternativas, que sean un gran aporte de ácidos grasos

insaturados y con un bajo contenido de ácidos grasos trans (AGT).

Las materias primas utilizadas fueron materia grasa animal de bovino y

aceite de nuez. El catalizador empleado fue metóxido de sodio (CH3ONa) al 0,4%

y 90 ºC. Las variables estudiadas fueron: porcentaje(%) de materia grasa animal

de bovino (%GA), porcentaje(%) de catalizador, temperatura y tiempo de

reacción. El efecto se midió sobre las variables punto de fusión (PF) y contenido

de sólidos grasos (CSG) a diferentes temperaturas.

Se aplicó un diseño factorial fraccionario, 24-1, encontrándose que las

variables que ejercieron mayor efecto significativo fueron %GA y %Catalizador. La

reacción de interesterificación óptima se logró en una mezcla de 90% de grasa

animal y 10% de aceite de nuez.

Con estas dos variables se optimizó el sistema, aplicando un diseño

factorial bidimensional en tres niveles, 32, fijando la temperatura en 90ºC y el

tiempo de reacción en 37 minutos.

Se establecieron los modelos matemáticos para PF y CSG a diferentes

temperaturas.

Se determinó el contenido de AGT mediante cromatografía gas-líquido

(CGL), estructura cristalina por microscopía de luz polarizada, características

texturales mediante análisis de compresión y cambios físicos mediante

calorimetría diferencial de barrido (CDB).

Al interesterificar una mezcla de un grasa de origen animal (bovino) con

aceite de nuez, se obtuvo un producto óptimo que cumple con el CSG, las

características texturales y exigencias del Reglamento Sanitario de Alimentos

(RSA) para la elaboración comercial de margarina para repostería.

XIV

SUMMARY

“CHEMICAL INTERESTERIFICATION OF TALLOW AND NUT OIL”

The application of the process of chemical interesterification was studied,

with the purpose of developing a system that allows obtaining alternative fatty

bases, with a great contribution of insaturated fatty acids and with a low fatty acid

content trans (AGT).

The used raw materials were tallow bovine animal and nut oil. The used

catalyst was 0,4% sodium methoxide (CH3ÓNa) at 90 ºC. The studied variables

were: percentage(%) of tallow bovine animal(%GA), percentage(%) of catalyst,

temperature and time of reaction. The effect was measured throught parameters

such a the point of fusion (PF) and the solid-fat content (CSG) to different

temperatures. It was applied 24-1 fractional factorial design, being that the variables

that exerted greater significant effect the %Catalizador and %GA. The optimal

reaction of interesterification was obtained in a mixture of 90% of tallow animal

and 10% of nut oil.

the system was optimized considering these two variables and applying a

bidimensional factorial design in three levels, 32, fixing the temperature to 90ºC

and the time of reaction in 37 minutes.

The mathematical models for PF and CSG at different temperatures were

established.

The content of AGT was carried out by gas-liquid chromatography (GLC),

the crystalline structure by microscopy of polarized light, the textural

characteristics by compression analysis and physical changes by differential

scanning calorimetry (DSC).

The interesterification of tallow with nut oil, gives an optimal product that

fulfills with the textural characteristics, CSG, and fulfills the specification of the

requirement of Chile`s legislation and Foods Sanitary Policies (RSA), for the

commercial elaboration of margarine for bakery industry.

INTRODUCCIÓN

1

I. INTRODUCCIÓN

Las materias grasas siguen en primera línea dentro de los temas de mayor

relevancia en la investigación científica, debido a su probable rol como agente

involucrado en diferentes eventos fisiológicos, tanto favorables como

desfavorables para el organismo humano (Masson, 2000).

De simple fuente concentrada de energía para nuestro organismo, pasaron

a ocupar un papel relevante al demostrarse por Burr y Burr, en 1929 que las

materias grasas contenían componentes esenciales para el organismo humano.

Identificándose como tal, principalmente al ácido linoleico y con ciertas reservas al

ácido linolénico, cuya esencialidad también fue demostrada posteriormente

(Masson, 2000).

De estos hallazgos surgió toda una corriente de investigaciones para

establecer tentativamente requerimientos, funciones fisiológicas y con el correr de

los años, para sorpresa de muchos, se produjeron cuadros clínicos de deficiencia

en ácidos grasos esenciales en humanos (Masson, 2000).

Un nuevo impacto quedó de manifiesto a partir de la década del 60 y años

posteriores en relación a los efectos fisiológicos de las materias grasas, cuando

se demostró que a partir de los ácidos grasos esenciales ya nombrados, y

especialmente, de uno de los derivados biológicos de origen animal del ácido

linoleico, el llamado ácido araquidónico, de cadena larga, con veinte carbonos y

cuatro insaturaciones, familia omega-6, se sintetizaban en distintos sitios del

organismo animal, sustancias parecidas a las hormonas que cumplían roles

fisiológicos importantísimos y específicos (Masson, 2000).

INTRODUCCIÓN

2

Por medio de la interesterificación de mezclas de aceites y grasas, es

posible obtener lípidos estructurados (SL), los cuales son considerados como

alimentos funcionales por presentar gran potencial en la prevención de diversas

enfermedades. Por esta razón, existe un gran interés en la producción de SL

(Díaz, 2003).

La producción de margarina es normalmente realizada por hidrogenación

parcial o interesterificación, la hidrogenación parcial se utiliza mayormente para la

producción de margarinas y tiene algunas desventajas debido a una alta

formación de ácidos grasos trans durante el proceso, es por esto que hay un gran

interés en elaborar productos libres de trans por interesterificación de aceite

líquido y grasa full hidrogenada (Zhang et al., 2004).

Algunas técnicas de procesamiento químico, como la interesterificación,

permiten al industrial modificar algunas de las propiedades fisicoquímicas,

funcionales u organolépticas de una grasa o aceite. Esto permite que en la

elaboración de productos finales, se utilicen una amplia gama de materias primas

alternativas como por ejemplo los subproductos grasos de origen animal los

cuales mediante estas modificaciones se les amplían las posibilidades de su

aplicación. Generalmente la interesterificación de aceites comestibles implica a lo

menos la utilización de dos aceites que tienen diferente composición de ácidos

grasos (Rodríguez et al., 1998).

Este proceso de interesterificación de triglicéridos involucra el intercambio

entre las cadenas de sus ácidos grasos, ya sea en el interior de un mismo

triglicérido (interesterificación intramolecular) o entre diferentes triglicéridos

(interesterificación intermolecular) (Rodríguez et al., 1998).

La interesterificación química con catalizadores alcalinos es un proceso

donde los ácidos grasos que forman el triglicérido se desordenan al azar

modificando la estructura y la composición del triglicérido que forman parte de un

determinado producto graso, con la finalidad de mejorar sus propiedades físicas y

organolépticas (Rodríguez et al., 1998).

INTRODUCCIÓN

3

Esta operación requiere de un catalizador que, de acuerdo a su origen,

determina la aplicación para la que pueda ser útil. Se distinguen las modalidades

química y enzimática. La primera es más utilizada a nivel industrial, como una

alternativa para transformación de materias grasas dirigidas a un consumo

masivo. La segunda, se sirve de lipasas purificadas a partir de distintos

microorganismos, y se caracterizan por ser menos violenta que la primera, y por

lo tanto más controlable. Normalmente tiene aplicación en la elaboración de

productos de mayor valor agregado, tales como sustitutos de leche humana o

productos concentrados de ácidos grasos EPA y DHA (Amadori, 1995).

INTRODUCCIÓN

4

1 Antecedentes generales

1.1 Reacción de interesterficación 1.1.1 Definición y características

La interesterificación normalmente se divide en la literatura en tres

clases de reacciones: acidólisis, alcohólisis e intercambio éster-éster

(transesterificación).

La reacción de transesterificación consiste en un intercambio de los

radicales ácidos entre las moléculas de triglicéridos, es decir, los ácidos grasos

de una materia grasa son reordenados (Going, 1967).

En la práctica, se requiere de un catalizador, que puede ser químico o

enzimático. Los catalizadores más usados son los metales alcalinos y sus

derivados, siendo el metóxido de sodio el más empleado, debido a sus

ventajas de costo y temperatura de reacción, que puede ser reducida a un

rango entre 30-90ºC (Solís et al., 2001).

La transesterificación puede llevarse a cabo sin catalizador a altas

temperaturas (250 ºC o más) (Swern, 1982).

1.1.2 Mecanismo de reacción

1.- Intercambio entre una grasa y ácidos grasos libres.

En condiciones apropiadas para la reacción, la mezcla de una grasa y ácidos

grasos libres puede intercambiar, en ciertos casos los radicales ácidos. La mayor

parte de los datos que se poseen sobre esta reacción corresponden a la

introducción de ácidos de bajo peso molecular en grasas compuestas de ácidos

grasos superiores. Los ácidos grasos de elevado peso molecular pueden, a su

INTRODUCCIÓN

5

vez, desplazar a los ácidos de peso molecular inferior, aunque, menos fácilmente

(Bailey, 1961).

2.- Intercambio entre una grasa y un alcohol libre.

El intercambio de los ácidos grasos entre una grasa y un alcohol libre o

alcohólisis, es análogo a la reacción de acidólisis descrita anteriormente. Mientras

en la acidólisis hay un exceso de grupos carboxílicos, presentes en la mezcla

reaccionante y sobre los cuales se redistribuyen los grupos oxidrilos disponibles,

en la alcohólisis los grupos oxidrilo son los que están en exceso y sobre los

mismos se redistribuyen los grupos carboxílicos. La redistribución es totalmente

fortuita. La alcohólisis de triglicéridos, no sólo producirá normalmente glicerol libre

y triglicéridos, de estructura cambiada o reajustada, sino también mono y

diglicéridos, junto con ésteres del nuevo alcohol y ésteres parciales del mismo

(Bailey, 1961).

C3H5(R)3 + 3CH3OH C3H5(OH)3 + 3CH3R Grasa Alcohol Glicerol Ester metílico

3.- Intercambio de ésteres.

El intercambio de ésteres o reacción de una grasa u otra mezcla de

ésteres grasos, para producir un intercambio y redistribución de los radicales

ácido graso entre las distintas moléculas de triglicéridos constituyen un

poderoso medio de modificación de la composición y propiedades de las

grasas. El intercambio de ésteres puede producirse al azar con la posible

consecución de un estado de equilibrio, que corresponde a las leyes de las

probabilidades (Bailey, 1961).

INTRODUCCIÓN

6

En la Figura 1 se muestra el intercambio de ácidos grasos en la posición

1 entre dos triglicéridos, por acción del catalizador, en este caso, metóxido de

sodio.

Figura 1. Intercambio de ácidos grasos debido a la acción del catalizador metóxido de sodio, entre dos triglicéridos diferentes.

Una vez alcanzado el equilibrio de reacción, la distribución de ácidos

grasos en los triglicéridos seguirá las leyes de la estadística. Figura 2 (Coenen,

1974).

Figura 2. Sistema que contiene dos ácidos grasos que al ser sometidas al reordenamiento al azar, la composición triglicérida alcanza el equilibrio.

H2C

HC

H2C

O

O

O

C

CR2

O

R2

O

O

R2C

CO

OC

O

O

O

H2C

HC

H2C

+

R1

R1

H2C

H2C

H2C

H2C

HC

HC

O CR2

O

O

H2C

HC

H2C

H2C

HC

H2C

O

O CO

R2

+

AA

A+

+ + + + +

A

AA

A

A

B

A

B

A

BA

B

BB

A

BB

B

B

B

B

12,5 25 12,5 12,5 25 12,5 %

INTRODUCCIÓN

7

1.1.3 Aplicaciones

La interesterificación química es una excelente herramienta para la

elaboración de bases para margarinas, mantecas plásticas (Shortenings) y

materias grasas modificadas.

La interesterificación química tiene una fuerte aplicación en la industria

del chocolate con el fin de obtener diferentes grados de consistencia.

1.2 Características de las materias primas 1.2.1 Aceite de nuez

La primera característica notable de las nueces, como alimentos de origen

vegetal, es su elevado contenido en proteínas, que se sitúa en torno al 14-18% de

su peso. Se trata además de una proteína relativamente baja en lisina y a su vez

rica en arginina, aminoácido con efecto immunomodulador y precursor del óxido

nítrico, capaz de reducir la adhesión y la agregación de las plaquetas (Fundación

Nucis, 2006).

La composición lipídica de las nueces es una de sus características

principales: son pobres en ácidos grasos saturados, con un contenido bajo,

respecto a otros frutos secos, en ácidos grasos monoinsaturados y un elevado

contenido en ácidos grasos poliinsaturados de tipo w-6 (ácido linoleico) y w-3

(ácido linolénico) (Fundación Nucis, 2006).

Varios estudios de intervención dietética han evaluado el efecto del

consumo de nueces sobre la salud cardiovascular. La reducción encontrada en

los niveles de LDL colesterol por cada nuez consumida (5g) es del orden del 1%,

lo que supone una reducción asociada del riesgo cardiovascular del 2%. Los

estudios, además coinciden en señalar que la reducción conseguida en los

niveles de LDL es mayor a la predecible por el intercambio de ácidos grasos de la

dieta, lo que sugiere de nuevo la existencia de otros componentes en las nueces

con actividad cardioprotectora. La arginina, el ácido linolénico y los fitoesteroles y

INTRODUCCIÓN

8

polifenoles que contienen podrían ser los responsables de gran parte del efecto

del consumo de nueces observado (Fundación Nucis, 2006).

Varios estudios demuestran también el efecto del ácido linolénico sobre la

salud cardiovascular, entre ellos el Lyon Diet Heart Study, donde se observó una

relación inversamente proporcional entre consumo de este ácido graso y riesgo

de muerte coronaria. En el Barcelona Walnut Trial se observó también una mayor

rapidez en la captación de las moléculas de LDL por parte del hígado, hecho que

contribuiría también a una reducción del riesgo cardiovascular (Fundación Nucis,

2006).

1.2.2 Grasa animal

Este grupo está formado por las grasas procedentes del cuerpo de los

animales terrestres (manteca de cerdo, sebo, etc.) las cuales se caracterizan por

su alto contenido en ácidos grasos (C16 y C18) y por tener un grado

comparativamente bajo de instauración; sus ácidos no saturados son

principalmente el oleico y el linoleico. Las grasas de este grupo se caracterizan

por contener importantes cantidades de glicéridos totalmente saturados, lo que les

comunica su típica propiedad de plásticos. Son importantes grasas comestibles y

se usan con este fin todas las porciones aprovechables de su producción total; sin

embargo, debido que en algunos casos proceden de animales o partes del cuerpo

inservibles como alimentos, una porción considerable de la producción total

aparece en el mercado como grasa no comestible y se usa principalmente en la

preparación de jabones, de los cuales se puede considerar como ingrediente

básico. Las grasas animales tienen generalmente precios inferiores a los aceites

vegetales (Bailey, 1961).

INTRODUCCIÓN

9

1.3 Diseño Experimental

El diseño experimental permite obtener la máxima información de un

proceso de la forma más rápida, económica y simple posible. Consiste en

planificar los experimentos de manera racional, de tal modo que los datos

obtenidos puedan ser procesados adecuadamente (López, 1994).

Antes de realizar un trabajo experimental, se deben determinar todas las

propiedades del sistema a estudiar (variables dependientes), los factores que

afectan a estas propiedades (variables independientes), los factores que

permanecerán constantes, el número de experiencias a realizar, repeticiones y

de que forma se realizarán.

Los diseños experimentales del tipo factorial se aplican cuando existe el

interés de estudiar el efecto de 2 o más factores sobre alguna respuesta a

estudiar en experiencias de laboratorio.

Los planes experimentales 3n, corresponden a diseños cuadráticos, que

se utilizan para calcular los coeficientes de modelos cuadráticos, los cuales

permiten encontrar el punto óptimo de una superficie de respuesta (López,

1994).

1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo General

• Estudiar las propiedades físicas y químicas de la interesterificación química

de grasa animal y aceite de nuez, utilizable en la elaboración de grasa

base de margarinas.

INTRODUCCIÓN

10

1.4.2 Objetivo Específico

• Elaborar un producto que mejore las propiedades texturales y el

comportamiento térmico de la grasa.

• Determinar las variables dependientes e independientes, optimizando las

proporciones de grasa animal y aceite de nuez, como también los

requerimientos de catalizador, tiempo y temperatura para obtener un

producto que cumpla con las características físicas de una margarina

untable.

• Caracterizar un producto óptimo.

• Determinar las características físico-químicas del producto óptimo.

• Obtener un modelo matemático que involucre las variables a determinar.

MATERIALES Y MÉTODOS

11

II. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Materiales 2.1.1 Materias primas

• Nueces, origen Chile, Región Metropolitana, Paine, cosecha año 2006,

Econut SA.

• Grasa animal, origen Chile, Tomás Castillo y Cía. Ltda.

2.1.2 Material de vidrio

Tubos de colorímetro, matraz Erlenmeyer 250 ml con tapa esmerilada, matraz

aforado 100mL, buretas 50 mL, pipetas graduadas de 2 y 10 mL, pipetas

volumétricas de 10 y 25 mL, embudo de decantación 250 mL, vasos de

precipitado de distintos volúmenes, balón de 1L con tres bocas, tubos de ensayo.

2.1.3 Otros materiales de laboratorio

Termómetros (precisión 1ºC), recipientes plásticos, mangueras de goma,

soporte universal, nueces, agitador magnético.

2.1.4 Reactivos y soluciones

• Metóxido de sodio.

• Fenolftaleína 1% en etanol 95%.

• HCl 0,5N.

• KI.

• NaOH 0,1N.

• Na2S2O3 0,01N.

• Solución ácido cítrico.


12

• Ácido acético-cloroformo en proporción 3:2

2.1.5 Instrumentos y equipos de laboratorio

• Balanza granataria marca METTLER TOLEDO, modelo VIPER SW 6.

• Balanza analítica marca SARTORIUS, modelo 1265 MD.

• Balanza analítica marca Precisa, modelo Quality 1620D.

• Colorímetro Hunter.

• Calorímetro Diferencial de Barrido (DSC) 822e Mettler Toledo.

• Equipo RMN marca BRUKER, modelo Minispec pc 120 s.

• Macbeth – Munsell Disk colorimeter.

• Microscopio luz polarizada Leica DMLP Volkswagen Stiftung.

• Cámara National Panasonic WCP414P conectada a un computador a

través de una tarjeta de video MIRO (OC-30).

• Placa calefactora con agitación marca Torrey Pines Scientific.

• Placa calefactora con agitación Thermolyne NUOVA II

• Refractómetro Schmidt + Haensch GMBH and Co. Serie Nr. 025727.

• Texturómetro Lloyd Instruments, modelo LR-5K, Hampshire, England.

Lloyd instruments Limited.

• Refrigerador Mademsa.

• Prensa hidráulica Croci AIO con manómetro Wika.

2.2 Metodología

Se realizó una revisión bibliográfica de las experiencias realizadas en el

laboratorio del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química

de la Universidad de Chile, optando por el método de Rodríguez y cols. (2001)

modificado.


13

2.2.1 Elección de las materias primas y determinación de las características físicas y químicas.

2.2.1.1 Elección de las materias primas.

La elección de las materias primas se realizó de acuerdo a la

disponibilidad real de las materias grasas del laboratorio del Departamento de

Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Universidad de Chile.

El aceite de nuez se almacenó en un lugar oscuro y fresco a temperatura

ambiente en envase de vidrio de color ámbar.

La grasa animal de PF 43,8ºC se almacenó refrigerada entre 0-5ºC.

2.2.1.2 Determinación de las características físicas y químicas.

La caracterización de las materias primas se efectuó mediante las

metodologías analíticas que se especifican más adelante.

Antes de realizar los análisis de caracterización de las bases grasas

interesterificadas, las muestras fueron fundidas en estufa a 40ºC.

2.2.2 Métodos de análisis.

Los análisis, tanto químicos como físicos, se realizaron por triplicado,

con la excepción de cromatografía gas-líquido.

2.2.2.1 Parámetros físicos.

• Contenido de Grasa Sólida, por RMN pulsante (Método oficial AOCS Cd

16– 81, 1993).

• Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC).

• Color (Método Oficial AOCS Cc 13b – 45, 1993).


14

• Ensayos de Compresión (Equipo Universal Lloyd LR 5K )

• Humedad (Método Oficial AOCS Ca 2b – 38, 1993).

• Índice de Refracción (Método oficial AOCS 7 – 25, 1993).

• Punto de Fusión (Método oficial AOCS Cc 1 – 25, 1993).

• Microscopía de luz polarizada (Rousseau et al., 1996).

2.2.2.2 Parámetros químicos.

• Determinación de jabones (Método Oficial AOCS Cc 17 – 79, 1993).

• Porcentaje de ácidos grasos libres (Método Oficial AOCS Ca 5a – 40,

1993).

• Índice de Yodo (Método Oficial AOCS Cd 1 – 25, 1993).

• Índice de Peróxido (Método Oficial AOCS Cd 8 – 53, 1993).

• Determinación de perfil de ácidos grasos por Cromatografía Gas –

Líquido (Método Oficial AOCS Ce 2 – 66, 1993).

• Determinación de ácidos grasos trans por Cromatografía Gas – Líquido

(Método Oficial AOCS Ce 2 – 66, 1993).

3 Determinación de las variables dependientes e independientes del diseño experimental. Optimización de las condiciones de proceso y requerimientos de catalizador

2.3.1 Determinación de las condiciones de proceso

En esta etapa se establecieron las condiciones de procesos constantes

para obtener un correcto trabajo de forma reproducible en el laboratorio. Se

determinó la concentración del catalizador, condiciones de agitación, vacío,

temperatura de trabajo y concentración del catalizador.


15

Junto con esto, se establecen las características físicas de la mezcla

objetivo que se quiere obtener.

2.3.2 Diseño de experimentos

Establecidos el control del proceso y la caracterización de las materias

primas, se fijaron las variables y el rango dentro del cual se estudiará su

incidencia sobre las propiedades físicas de la materia grasa.

2.3.2.1 Variables de estudio para la reacción de interesterificación

Las variables independientes establecidas en el proceso fueron:

• Proporción de las materias grasas en la mezcla MGA (grasa de vacuno)

establecida como porcentaje.

• Concentración del catalizador.

• Tiempo de reacción.

• Temperatura de reacción.

El estudio del efecto que ejercen las variables, se realizó por medio de un

diseño experimental que permite integrar los distintos niveles de estudio en un

conjunto de experiencias limitadas, como una medida para el buen

aprovechamiento del tiempo de trabajo experimental y disponibilidad de

materiales.

El rango de estudio de las variables, nivel superior (1), inferior (-1) y

centro (0), se establecieron a partir de literatura previamente revisada, la cual

se presenta en la Tabla 1.


16

Tabla 1. Definición de las variables estudiadas

Variable Nivel Superior (1) Nivel Centro (0) Nivel Inferior (-1)

%MGA 90 70 50

%Catalizador 1 0,7 0,4

Tiempo (min) 15 37 60

Temperatura (ºC) 120 90 60

El criterio aplicado en el momento de establecer los niveles, fue el

obtener un rango de trabajo amplio, dentro de los márgenes de interés para la

aplicación en la industria, de modo tal que los modelos matemáticos obtenidos

tuviesen una aplicación real y reproducible.

2.3.2.2 Variables dependientes

Las variables dependientes consideradas como respuestas al trabajo

realizado fueron: PF y CGS a las temperaturas de 10; 21,1; 26,7; 33,3 y 37,8 ºC

de acuerdo al método AOCS Cd 16-81, 1993.

2.3.2.3 Diseño factorial fraccionario 24-1

Teniendo cuatro variables se obtiene un diseño factorial fraccionario de

ocho experimentos más un centro.


17

Tabla 2. Matriz diseño factorial fraccionario 24-1

Exp. MGA (%) T (°C) Cataliz. (%) Tpo. (min)

1 (-1)50 (-1)60 (-1)0,4 (-1)15

2 (1)90 -1 -1 (1)60

3 -1 -1 (1)1 1

4 1 -1 1 -1

5 -1 (1)120 -1 1

6 1 1 -1 -1

7 -1 1 1 -1

8 1 1 1 1

9 (0)70 (0)90 (0)0,7 (0)37

2.3.2.4 Diseño de optimización

La realización de un diseño de optimización permite establecer las

variables que tienen un efecto significativo mayor sobre los resultados y de esta

manera, encontrar un modelo matemático que pueda establecer los parámetros y

condiciones para elaborar un producto determinado. A partir de esta optimización,

se realizaron triplicados del producto óptimo.

2.4 Establecimiento de los modelos matemáticos

Los resultados obtenidos para las variables de respuesta fueron

procesados en el programa estadístico Statgraphics 5.0, a travez del cual se

aplicaron las funciones correspondientes a los diseños de superficie de respuesta

con el objetivo de analizar el impacto de las variables sobre los resultados

obtenidos, mediante análisis de varianza y la obtención de las ecuaciones que

representan el comportamiento de cada una de ellas, por medio de una regresión

múltiple.


18

Luego de realizado el análisis de varianza respectivo, se obtuvieron los

coeficientes de correlación (r2) los cuales representan la proporción o grado de

ajuste de los datos al modelo obtenido.

Finalmente se presentan los modelos obtenidos que presentaron los

mejores ajustes y un efecto significativo sobre los resultados a un nivel del 5%

de significación (P<0,05).

2.4.1 Obtención del producto óptimo

Las respuestas entregadas por los modelos matemáticos fueron analizadas

comparándolas con los resultados experimentales obtenidos, con el fin de estimar

las condiciones de trabajo necesarias para encontrar las proporciones de grasa

animal para determinar de buena manera los valores de PF y CSG cercanos a los

estándar.

2.5 Caracterización del producto óptimo

Para este propósito se estudiaron los parámetros PF, CSG, respuesta

frente a ensayos de compresión y estructura de la red cristalina por

microfotografías de luz polarizada y calorimetría diferencial de barrido.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

19

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Determinación de las características físicas y químicas de las muestras interesterificadas y no interesterificadas.

En la Tabla 3 se presentan los resultados de los análisis físicos y

químicos de las muestras con y sin reacción de interesterificación.

Tabla 3. Resultados de los análisis físicos y químicos de las muestras interesterificadas y no interesterificadas.

MGANI MGAI Análisis X ± DS X ± DS

I. Refracción (40ºC) 1,4673 0,001 1,4671 0 AGL (% ac. oleico) 0,21 0,02 0,23 0,03 Jabón 0 0 Color (5 ¼") 9/4 9/6 Índice de yodo 71 70 Í. peróxido (mEqO2/Kg) 0,36 0,04 0,355 0,12 Humedad 0,04 0,01 0,03 0,02 Punto de fusión (ºC) 43,8 0,02 37,3 0,01 CSG (RMN) (%) 10ºC 52,2 42,29 21,1ºC 37,1 19 26,7ºC 21,1 12,39 33,3ºC 14,5 6,17 37,8ºC 9,7 1,97


20

Según el RSA Artículo 248 del capítulo X dice:

“El contenido de humedad y materias volátiles, no deberá ser mayor a 0,2%

en los aceites comestibles y no más de 0,5% en las mantecas o grasas. No

deberán contener más de 0,25% de acidez libre, expresada como ácido oleico y

no más de 100 ppm de jabón. A la fecha de elaboración el límite máximo de

peróxidos será de 2,5 meq de oxígeno peróxido/kg de grasa y 10 meq de oxígeno

peróxido/kg de grasa en su período de vida útil y almacenados de acuerdo a lo

indicado en la rotulación.”

Se pudo determinar que los parámetros de calidad tales como son

humedad, AGL e índice de peróxidos, se encuentran dentro de los valores

exigidos por el Reglamento Sanitario de Alimentos, se debe hacer la observación

que el índice de peróxido fue medido a los 6 meses de obtenido el producto

óptimo, aún así cumple con los parámetros de calidad de una base grasa para la

elaboración de margarinas. El producto óptimo presentó un contenido de ácidos

grasos libres por debajo de lo que exige el reglamento.


21

Tabla 4. Composición de ácidos grasos de las materias primas (% ésteres metílicos) (Masson y Mella, 1985).

Ac. Grasos Aceite de Nuez % Ac. Grasos Grasa Vacuno % C 16:0 Ac. Palmítico 8 C 12:0 Ac. Laurico 0,1 C 18:0 Ac. Eseárico 3,4 C 14:0 Ac. Mirístico 3,4

Total saturados 11,4 C 15:0 Ac. Pentadecanoico 0,8 C 18:1 Ac. Oleico 17,3 C 16:0 Ac. Palmítico 25,1

Total monoinsaturados 17,3 C 17:0 Ac. Heptadecanoico 1,7 C 18:2 (n-6) Ac. Linoleico 60 C 18:0 Ac. Esteárico 22,6 C 18:3 (n-3) Ac. Linolénico 11,3 Total saturados 53,7

Total poliinsaturados 71,3 C 14:1 Ac. Miristoleico 1,6 C 16:1 Ac. Palmitoleico 3,2 C 18:1 Ac. Oleico 36,8 Total monoinsaturados 41,6 C 18:2 (n-6) Ac. Linoleico 4,2 C 18:3 (n-3) Ac. Linolénico trazas Total poliinsaturados 4,2

Tabla 5. Composición de ácidos grasos de las muestras óptimas interesterificadas por Cromatografía Gas-Líquido (% ésteres metílicos).

Ac. Grasos MGAI % Ac. Grasos MGAI % C 8:0 Ac. Caprílico 0,04 C 14:1isom Ac. Tetradecenoico 0,14 C 9:0 Ac. Nonanoico 0,03 C 14:1 Ac. Tetradecenoico 0,32 C 10:0 Ac. Cáprico 0,05 C 14:1isom Ac. Tetradecenoico 0,17 C 12:0 Ac. Laurico 0,06 C 15:1 Ac. Pentadecenoico 0,13 C 14:0 Ac. Tetradecanoico (anteiso) 0,04 C 16:1 isom Ac. Hexadecenoico 0,19 C 14:0 Ac. Mirístico 1,85 C 16:1 isom Ac. Hexadecenoico 0,29 C 15:0 Ac. Pentadecanoico 0,28 C 16:1 Ac. Palmitoleico 2,47 C 16:0 Ac. Palmítico 21,2 C 17:1 Ac. Heptadecenoico 0,4 C 17:0 Ac. Heptadecanoico 0,71 C 18:1 ω9 cis Ac. Oleico 33,11 C 18:0 Ac. Esteárico 14,23 C 18:1 ω7 cis Ac. Octadecenoico 2,06 C 20:0 Ac. Eicosanoico 0,26 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,22

Total saturados 38,75 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,57 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,31 C 20:1 isom Ac. Eicosenoico 0,11

Ac. Grasos MGAI % C 20:1 Ac. Eicosenoico 0,41 C 16:2 Ac. Hexadecadienoico 0,48 Total monoinsaturados 43,9 C 18:2 ω6 Ac. Linoleico 13,25 C 18:2 cis Ac. Octadecadienoico 1,17 C 18:3 ω3 Ac. α - Linolenico 1,96 Total Ac. Grasos Trans 0 C 20:2 Ac. Eicosadienoico 0,44 C 20:3 Ac. Eicosatrienoico 0,05

Total poliinsaturados 17,35


22

Se pudo determinar a través de la cromatografía gas-líquido que el

producto óptimo obtenido, es una buena fuente de ácidos grasos insaturados y

poliinsaturados (Tabla 5).

El contenido de ácidos grasos monoinsaturados es el que se encuentra en

mayor proporción en la muestra óptima con un 43,9% y dentro de éstos, el ácido

oleico (C18:1 ω9 cis), es el que se encuentra en mayor proporción.

En el caso de los ácidos poliinsaturados el que se encuentra en mayor

proporción es el ácido linoleico (C18:2 ω6) con un 13,25% seguido del ácido α -

Linolénico (C 18:3 ω3) con un 1,96%.

El contenido de ácidos grasos saturados es de un 38,75%, siendo el que

está en mayor proporción el ácido palmítico (C16:0) seguido del ácido esteárico

(C18:0) con un 14,23%.

Se pudo determinar también que a través de la interesterificación química,

no hubo formación de ácidos grasos trans.

El producto óptimo obtenido, tiene un alto contenido de ácidos grasos

monoinsaturados y poliinsaturados entregados por el aceite de nuez y con una

disminución en forma proporcional de los ácidos grasos saturados entregados por

la grasa animal como por ejemplo el ácido laurico (Tabla 4).


23

3.2 Determinación de las condiciones del proceso

3.2.1 Etapas del proceso de interesterificación química Método de Rodríguez y cols. (2001) modificado por las experiencias previas para

su optimización:

o Montaje del equipo, ajuste de agitación y temperatura de trabajo.

o Llenado del balón de tres bocas con 90g de grasa animal y 10g de aceite

de nuez.

o Cuando la mezcla alcanza la temperatura de reacción (90ºC), se agrega el

catalizador metóxido de sodio (0,4g), mientras que la mezcla se agita

vigorosamente con agitador magnético.

o La reacción de interesterificación se realiza bajo vacío y agitación

constante (500 rpm) por 37 minutos.

o Al finalizar la reacción se agrega 0,518g solución de ácido cítrico para

neutralizar el catalizador.

o El exceso de ácido cítrico es retirado con tres lavados de agua destilada

caliente (150 mL) en un embudo de decantación.

o Nuevamente la mezcla interesterificada es llevada al balón de tres bocas

en donde se le aplica vacío (22 mm Hg) para retirar la humedad hasta el

punto que no exista burbujeo.

o Envasar en envase plástico y almacenar en refrigeración (0-5ºC).

3.2.2 Diagrama de bloques

En la Figura 3 se muestra el diagrama de bloques obtenido para la

reacción de interesterificación y las condiciones necesarias para el

funcionamiento.


24

Grasa animal Aceite de nuez 90g 10g

Mezcla materias primas (90ºC) Agregar a la mezcla 0,4g metóxido de Na (90ºC, 500 rpm, 37min.) Se agrega 0,518g de ácido cítrico para neutralizar el catalizador

y finalizar la reacción

Tres lavados con 150mL H20 destilada en embudo de decantación.

Aplicar vacío para eliminar la humedad (22 mm Hg, 90ºC, 500rpm)

Almacenamiento refrigerado

(0-5ºC) Figura 3. Diagrama de bloque para la reacción de interesterificación


25

3.2.3 Esquema del sistema de reacción

A continuación, la figura 4 muestra el esquema final del sistema de

reacción utilizado en la reacción de interesterificación a nivel de laboratorio.

Figura 4. Esquema del sistema de reacción de interesterificación a nivel de laboratorio.

Termómetro

Regulador temperatura

Regulador rpm

Agitador magnético

Vacío (22 mmHg)

Mezcla GA:AN (90:10)

Balón de 3 bocas

Placa calefactora-agitadora

CH3ONa

Soporte universal


26

3.3 Características del producto objeto

Es primordial plantearse un producto objeto antes de conocer los

resultados obtenidos y así tener una base comparativa entre lo que se espera y lo

que se obtiene a partir de los cambios producidos en la reacción. Es así como en

la Tabla 6 se muestran las condiciones óptimas para una materia grasa comercial.

Estas condiciones representan el CSG a diferentes temperaturas de manipulación

y almacenamiento, y el PF para una materia grasa estándar para la producción de

margarinas.

Tabla 6. Condiciones óptimas para una materia grasa comercial.

Temp. (ºC) CSG (%)

10 54-59

21,1 33-38

26,7 23-26

33,3 9-12

37,8 0-3

PF(ºC) 35-37

3.4 Resultados del diseño experimental 24-1

3.4.3 Características de combinación de materias primas en los niveles del diseño. En la tabla 7 se presentan los resultados de las variables dependientes en

los productos del diseño factorial fraccionario.


27

TABLA 7. Resultados diseño de experimentos 24-1

Los puntos de fusión se realizaron en triplicado, las respuestas

presentadas corresponden a los valores promedios.

02468

101214161820222426283032343638404244

5 10 15 20 25 30 35 40T(ºC)

%C

GS

Exp. 1Exp. 2Exp. 3Exp. 4Exp. 5Exp. 6Exp. 7Exp. 8Exp. 9

Gráfico 1. Curvas de índices de sólidos grasos, producto del diseño 24-1

MATRIZ DISEÑO Punto fusión Contenido sólido graso Exp. GA(%) T (°C) Cataliz.(%) Tpo.

(min) X S C.V.

10ºC 21,1ºC 26,7ºC 33,3ºC 37,8ºC1 50 60 0,4 15 30,7 0,23 0,75 17,71 9,64 5,63 2,39 0 2 90 60 0,4 60 36,8 0,35 0,95 40,91 19 12,6 6,8 2,07 3 50 60 1 60 29,8 0,12 0,39 16,59 7,94 4,96 2,04 0 4 90 60 1 15 35,4 0 0 40,75 18 11,79 5,57 1,32 5 50 120 0,4 60 29,9 0 0 16,81 8,68 5,63 2,03 0 6 90 120 0,4 15 37,8 0 0 43,66 19 12,18 5,45 1,87 7 50 120 1 15 29,6 0 0 16,59 7,45 4,17 1,34 0 8 90 120 1 60 33,5 0,69 2,07 35,36 17,8 10,34 4,21 0 9 70 90 0,7 37 31,8 0,23 0,73 28,68 13,6 7,7 2,57 0


28

Se puede apreciar que a mayor porcentaje de grasa animal, mayor es el

contenido de sólidos grasos que existe en las muestras, con el aumento del

contenido de sólidos grasos, aumenta también el punto de fusión, siendo el punto

de fusión más alto para la muestra con 90% de grasa animal, teniendo como

promedio 37,3ºC.

Se puede observar también que al mantener constante los porcentajes de

grasa animal y variar el porcentaje de catalizador, la temperatura y tiempo de

interesterificación, no existen cambios significativos en el contenido de sólidos

grasos.

Concordante con lo mostrado en el gráfico 1, el experimento 2, 4 y 6 se

comportan como una base grasa para la elaboración de margarina comercial con

respecto a lo establecido como estándar en la tabla 6.

3.4.2 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 24-1.

A continuación se presenta un resumen de los resultados de los análisis de

varianza (ANOVA) aplicados a las respuestas, para conocer el efecto que tuvo

cada variable independiente.

En el anexo 1 se presentan las tablas de ANOVA individuales, con los

efectos no significativos eliminados, de manera de obtener el coeficiente R2, de

cada función obtenida.

TABLA 8. Resumen de valores P y F de ANOVAS aplicados a las respuestas del diseño 24-1.

P. Fusión CSG1 10ºC CSG 2 21,1ºC CSG 3 26,7ºC CSG 4 33,3ºC CSG 5 37,8ºCEfectos F p F p F P F p F p F p

A Tiempo 1,33 0,4546 654,59 0,0249 3,16 0,3262 0,02 0,92 0,01 0,9323 0,41 0,6381B Tº 0,39 0,6438 100,38 0,0633 20,75 0,1376 1,96 0,3949 1,49 0,4371 0,75 0,5453C %Cataliz. 5,17 0,2637 769,28 0,0229 207,04 0,0442 6,33 0,2409 1,29 0,4595 2,23 0,3755D %GA 60,02 0,0817 69248 0,0024 12432 0,0057 194,82 0,0455 21,21 0,1361 9 0,2048

AB+CD 2,2 0,3776 406,06 0,0316 3,57 0,31 0,07 0,8299 0,21 0,7241 2,23 0,3755AC+BD 0 0,979 24,25 0,1275 12,25 0,1772 0,32 0,6709 0,29 0,6878 0,75 0,5453AD+BC 0,57 0,587 419,86 0,031 0,69 0,5577 0,92 0,5137 0,01 0,9282 0,41 0,6381

r2 0,9859 0,9999 0,9999 0,9951 0,9608 0,9404 Los valores de P<0,05 y F>4 indican efecto significativo de las variables sobre las respuestas.


29

Analizando la tabla 8 se puede observar que tan solo dos variables

ejercieron un efecto significativo sobre los resultados, estas variables fueron %GA

y % Catalizador, lo que se comprueba al analizar el valor F (Fisher).

3.4.3 Diseño de optimización

3.5 Diseño factorial bidimensional en tres niveles (32).

Se buscó optimizar el diseño, estableciéndose de esta manera un nuevo

diseño donde las variables independientes fuesen %GA y %Catalizador. Así

surgió el diseño factorial bidimensional en tres niveles. Este ordenamiento implica

la realización de 9 experimentos, manteniendo constante los niveles de las

variables.

A continuación en la tabla 9 se presenta la matriz correspondiente a este

diseño.

Tabla 9. Matriz diseño factorial bidimensional en tres niveles (32).

Exp. MGA (%) Cataliz. (%)

1` (1)90 (0)0,7 2` 1 (-1)0,4 3` (-1)50 (1)1 4` 1 1 5` -1 -1 6` -1 0 7` (0)70 1 8` 0 -1 9` 0 0

Los valores entre paréntesis indican las condiciones de variables absolutas.

Este nuevo diseño permitió analizar el comportamiento de la reacción en

torno al nivel central de las variables independientes, donde se encontró, en el

primer diseño, el producto más cercano al óptimo.


30

Tabla 10. Resultados de variables dependientes en el diseño factorial bidimensional en tres niveles (32).

MATRIZ DISEÑO Punto fusión Contenido sólido graso Exp. GA(%) Cataliz.(%) X S C.V.

10ºC 21,1ºC 26,7ºC 33,3ºC 37,8ºC1` 90 0,7 34,1 0,12 0,13 38,17 16,52 11,17 6,2 3,31 2` 90 0,4 36,8 0,00 0 40,91 19 12,6 6,8 2,07 3` 50 1 29,8 0,00 0 16,59 7,94 4,96 2,04 0 4` 90 1 35,4 0,00 0 40,75 18 11,79 5,57 1,32 5` 50 0,4 29,9 0,00 0 16,81 8,68 5,63 2,03 0 6` 50 0,7 32,2 0,23 0,7 18,55 7,81 5,82 2,88 0,46 7` 70 1 32,7 0,01 0,54 29,03 11,88 8,37 4,35 1,55 8` 70 0,4 32 0 0 30,67 12,09 8,73 4,71 2,37 9` 70 0,7 31,8 0,17 0,32 28,68 13,6 7,7 2,57 0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

5 10 15 20 25 30 35 40T(ºC)

%C

SG

Exp. 1

Exp. 2

Exp. 3

Exp. 4

Exp. 5

Exp. 6

Exp. 7

Exp. 8

Exp. 9

Gráfico 2. Curvas de índices de sólidos grasos para las mezclas

interesterificadas, producto del diseño 32.


31

Se puede apreciar nuevamente que a mayor porcentaje de grasa animal,

mayor es el contenido de sólidos grasos que existe en las muestras, con el

aumento del contenido de sólidos grasos, aumenta también el punto de fusión.

Concordante con lo mostrado en el gráfico 2, los experimentos 1`, 2`y 4` se

comportan como una base grasa para la elaboración de margarina comercial con

respecto a lo establecido como estándar en la tabla 6.

3.5.1 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 32.

En este punto se presenta un resumen de los análisis de varianza

(ANOVA) aplicados a las respuestas, con el objetivo de conocer el efecto de las

variables independientes.

En el Anexo 2 se presentan las tablas de ANOVA individuales, con los

efectos no significativos eliminados, de manera de obtener el coeficiente de

correlación (r2) que corresponde a cada ajuste.

Tabla 11. Resumen de valores P y F del análisis ANOVA aplicado a la

respuesta del diseño 32.

P. Fusión CSG1 10ºC CSG 2 21,1ºC CSG 3 26,7ºC CSG 4 33,3ºC CSG 5 37,8ºC

Efectos F p F p F P F p F p F p

A %GA 13,34 0,0354 282,25 0,0005 87,8 0,0026 153,11 0,0011 19,99 0,0208 4,07 0,1368

B Cataliz. 0,2 0,6831 0,88 0,4166 0,75 0,4496 1,67 0,2866 0,35 0,5949 0,23 0,662

AA 0,75 0,45 0,2 0,6871 0,33 0,6074 0,43 0,5597 0,11 0,7578 0,02 0,8917

AB 0,16 0,7171 0,07 0,8116 0,03 0,8665 0,13 0,7423 0 0,9712 0,07 0,8105

BB 0,03 0,8734 0,67 0,4742 0,14 0,7364 0,6 0,4942 0,1 0,7673 0 0,954

r2 0,8284 0,9895 0,9674 0,9811 0,8727 0,5947 Los valores de P<0,05 y F>4 indican efecto significativo de las variables sobre las respuestas.

De acuerdo a este análisis se pudo determinar que la variable % GA (grasa

animal), ejerce un efecto significativo sobre los resultados y en menor grado el %

de catalizador, esto se puede observar de mejor manera en el Anexo 2, en donde

se han eliminado las interacciones entre ambas variables las cuales no tiene un

efecto significativo.


32

De esta forma es como se llegan a establecer los modelos matemáticos

correspondientes a cada respuesta, considerando aquellas variables que

tengan un efecto significativo en las respuestas del diseño y eliminando las

combinaciones de variables que no tiene efecto significativo en las respuestas

del diseño.

3.5.2 Establecimiento de los modelos matemáticos.

En este punto se presentan los modelos matemáticos y los coeficientes de

correlación (r2) que han sido calculados para cada una de las ecuaciones

mostradas con los efectos no significativos eliminados.

A continuación se presentan los modelos matemáticos, donde A = %GA y

B = % catalizador. Para utilizar estos modelos, se deben ingresar las variables A y

B en forma absoluta, es decir, con el valor numérico correspondiente, recordando

que estas ecuaciones son válidas dentro del rango de 50 a 90%GA y 0,4 a 1% de

catalizador y en condiciones de 37 minutos y 90ºC. PF = 25,0167 + 0,121667*%GA - 1,0*% Catalizador r2 = 0,7746 CSG1 = -9,53194 + 0,573417*%GA - 2,13889*% Catalizador r2 = 0,9493 CSG2 = -2,92861 + 0,240417*%GA - 1,48333*% Catalizador r2 = 0,9620

CSG3 = -2,02694 + 0,161083*%GA - 1,12222*% Catalizador r2 = 0,9738 CSG4 = -1,89556 + 0,093*%GA - 0,822222*% Catalizador r2 = 0,8633

CSG5 = -1,79 + 0,0511667*%GA - 0,816667*% Catalizador r2 = 0,5820

Observando las ecuaciones, se tiene que en la mayoría de los casos, se

han incluido coeficientes de variables que no son significativas para obtener un

mejor ajuste. Para este propósito, se analizó cada modelo en una planilla de


33

cálculo del programa Excel de Windows XP, comparando las respuestas de las

ecuaciones con las experimentales, tales comparaciones se muestran en la tabla

12.

Tabla 12. Comparación entre las respuestas del modelo matemático y las respuestas experimentales para la interesterificación.

VARIABLES Punto fusión CSG 10ºC CSG 21,1ºC CSG 26,7ºC CSG 33,3ºC CSG 37,8ºC GA(%) Cataliz.(%)

Exp. Mod. Exp. Mod. Exp. Mod. Exp. Mod. Exp. Mod. Exp. Mod. 90 0,7 34,1 35,3 38,17 40,58 16,52 17,67 11,17 11,68 6,2 5,9 3,31 2,24 90 0,4 36,8 35,6 40,91 41,22 19 18,12 12,6 12,02 6,8 6,15 2,07 2,49 50 1 29,8 30,1 16,59 18,14 7,94 7,61 4,96 4,9 2,04 1,93 0 -0,0590 1 35,4 35,0 40,75 41,08 18 17,23 11,79 11,35 5,57 5,65 1,32 2 50 0,4 29,9 30,7 16,81 18,74 8,68 8,5 5,63 5,58 2,03 2,43 0 0,44 50 0,7 32,2 30,4 18,55 18,44 7,81 8,05 5,82 5,24 2,88 2,18 0,46 0,2 70 1 32,7 32,5 29,03 29,61 11,88 12,42 8,37 8,13 4,35 3,79 1,55 0,98 70 0,4 32 33,1 30,67 30,21 12,09 13,31 8,73 8,8 4,71 4,29 2,37 1,47 70 0,7 31,8 32,8 28,68 29,91 13,6 12,86 7,7 8,46 2,57 4,04 0 1,22

Se pudo determinar a través de este análisis, que la mayor diferencia

encontrada entre los datos experimentales y el modelo matemático fue de un 6,3%

y la menor diferencia de un 0,9%.

3.6 Condiciones de obtención del producto optimo.

En la Tabla 13, se resumen las condiciones de reacción que debe cumplir

las combinaciones de %GA/%AN para lograr el producto óptimo para aplicaciones

industriales en base a resultados obtenidos a partir de la metodología de

superficie de respuesta (ANEXO 3).

Tabla 13. Condiciones experimentales para el producto óptimo

%GA %Catalizador Temperatura(ºC) Tiempo(min.) 90 0,4 90 37


34

3.7 Caracterización del producto óptimo.

3.7.1 Análisis del producto óptimo con y sin interesterificación. 3.7.1.1 Análisis comparativo del producto óptimo con respecto al estándar

establecido.

En la Tabla 14 se muestra el CSG y el PF a las diferentes temperaturas de

medición para las mezclas con materia grasa animal sin interesterificación

(MGANI) y con interesterificación (MGAI).

Tabla 14. Comparación de CSG y PF entre la mezcla optimizada con interesterificación y la mezcla sin interesterificación.

CSG (%)

T (ºC) MGANI MGAI

10 52,2 42,29

21,1 37,1 19

26,7 21,1 12,39

33,3 14,5 6,17

37,8 9,7 1,97

PF (ºC) 43,8 37,3

Los productos de aplicación industrial en panaderías y pastelerías, deben

cumplir con ciertos parámetros de calidad estipulados en el Reglamento

Sanitario de Alimentos, los cuales, se indican en el título X, de las grasas y

aceites comestibles:

Artículo 259 se indica:

“Mantecas modificadas son los productos obtenidos de aceites vegetales o

marinos que han sido sometidos a procesos de hidrogenación y eventualmente


35

a transesterificación, interesterificación y fraccionamiento. Su punto de fusión

máximo será de 45ºC. En materias primas se permiten puntos de fusión

mayores.”

Como se puede observar, el PF está dentro de la normativa del

Reglamento Sanitario de los Alimentos, que se establece en 45ºC para

mantecas modificadas.

En el gráfico 3 se puede observar los CSG para las mezclas optimizadas

(con y sin interesterificación) comparadas con el estándar asumido, con el

objetivo de tener una visión más clara entre lo considerado como teórico y lo

que se quiere obtener.

0

10

20

30

40

50

60

10 15 20 25 30 35 40Temperatura (ºC)

CS

G (%

)

MGANI PF=43,8ºCMGAI PF=37,3ºCEstándar PF= 36

Gráfico 3. Comparación de CSG entre la mezcla optimizada y el estándar en función de la temperatura.

El resultado del análisis de CSG por RMN para la mezcla

interesterificada muestra en distintas temperaturas de medición, una marcada

disminución del porcentaje de sólidos grasos con respecto a las mezclas sin

reordenamiento.


36

Se puede observar también en el gráfico 3 que el CSG para el estándar

es bastante alto, lo que lo hace un producto poco apto para elaboración de

margarinas comerciales.

Se puede observar en el gráfico 3 que la muestra interesterificada tiene

un bajo CSG, dándole características de untabilidad, deformación y

esparcimiento, comportándose como una margarina comercial óptima para

repostería.

Con respecto al cambio en el PF, se logró una disminución de 6,5

grados Celsius luego de la interesterificación química. En comparación con el

punto de fusión del estándar hubo una diferencia de 1,3 grados Celsius por

sobre éste. Sin embargo, este resultado cumple con las exigencias establecidas

por el artículo 259 del Reglamento Sanitario de los Alimentos (2000) para una

grasa comercial.

3.7.1.2 Análisis de las características texturales por medio del ensayo de compresión a los productos optimizados.

A través de este análisis se desea estudiar las propiedades texturales del

producto optimizado con y sin interesterificación mediante curvas de

compresión a velocidad constante.

Las curvas fuerza deformación obtenidas en los ensayos de compresión,

permiten establecer parámetros tales como fuerzas de ruptura, cohesividad y

elasticidad (Rodríguez et al., 1998).

Los ensayos de compresión fueron realizados a temperatura ambiente de

25ºC con un acondicionamiento o período de cristalización de 24 horas.

El gráfico 4 presenta las curvas de compresión de las mezclas óptimas

con y sin interesterificación.

La fuerza máxima de ruptura para MGAI óptima fue de 14,3 N

aproximadamente, mientras que para MGANI fue de 32,8 N, de este modo, es

posible apreciar en la gráfica el cambio en las características texturales de las

bases grasas, pasando de un estado “quebradizo” a un estado más plástico,


37

requerido en la elaboración de materias grasas. La pendiente inicial que

presentan las curvas, muestran la deformación elástica no recuperable de las

grasas. La zona redondeada que sigue a la pendiente inicial representa el

comportamiento viscoso de las muestras (de Man et al., 1991).

Dentro de las curvas obtenidas, la fuerza de ruptura no representa el

punto más alto, sino que el primer punto de quiebre. Para el caso de la MGANI

la fuerza de ruptura es de 22,1 N, mientras que para la MGAI es de 13,7 N.

02468

10121416182022242628303234

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Deformación (mm)

Fuer

za (N

)

MGAI

MGANI

Gráfico 4. Curvas de compresión para la mezcla óptima interesterificada (MGAI) y no interesterificada (MGANI). Se puede observar en el gráfico 4 que el producto óptimo

interesterificado tiene propiedades de esparcimiento, deformación y untabilidad,

luego de alcanzar la fuerza máxima de ruptura, comienza a tener una fuerza de

resistencia baja a pesar de la deformación a diferencia de la muestra mecánica

que presenta una alta fuerza de resistencia. Tabla 15. Parámetros texturales de la mezcla óptima en base a grasa animal.

Mezcla Fuerza Ruptura (N) Cohesividad (mm) Elasticidad (N/mm)MGANI 22,1 1,04 21,25 MGAI 13,7 1,7 8,06


38

La Tabla 15 muestra los resultados de fuerza de ruptura, cohesividad y

elasticidad para las mezclas óptimas en base grasa sin interesterificar (MGANI)

y con interesterificación (MGAI). La cohesividad representa la deformación a la

cual se produce la fuerza de ruptura, mientras que la elasticidad se ve

representada por la pendiente inicial de la curva, antes de llegar a la fuerza de

ruptura.

Se puede observar que las fuerzas de ruptura, cohesividad y elasticidad,

presentaron cambios importantes en el producto óptimo interesterificado. En el

caso de la MGAI se encontró que hubo un aumento en la cohesividad con

respecto a la MGANI, esto quiere decir, que el producto interesterificado tiene

una mayor capacidad de deformación o “esparcimiento” con una menor fuerza

de ruptura. La elasticidad es mayor para el producto no interesterificado, esto se

debe a que su red cristalina es menos compacta, con una distribución menos

ordenada y de cristales con formas más irregulares y menos definida. En el

caso de la MGANI se necesita aplicar una fuerza de ruptura mayor para tener

una mayor capacidad de deformación o “esparcimiento”.

3.7.1.3 Análisis de microscopía de luz polarizada.

A través de la microscopía de luz polarizada se pudo observar la

estructura cristalina de las materias grasas optimizadas con y sin reacción de

interesterificación.

Una gota de las muestras de materia grasa optimizada interesterificada y

no interesterificada son colocadas sobre un porta objetos, calentando hasta

fusión total y luego superponiendo un cubre objeto sobre la superficie

presionando firmemente.

La amplificación visual fue de 10X y 40X mientras que el tiempo de

exposición fue de 20-40 segundos a una temperatura aproximada de 5ºC

(Rousseau et al., 1996b).


39

En esta sección se discuten las fotografías realizadas con un aumento de

10X y 40X, de esta forma es posible apreciar de mejor forma la estructura de

los cristales.

Las microfotografías de las materias primas muestran características

muy distintas en cuanto al tamaño, forma y distribución de los cristales.

En las microfotografías de aumento 10X, se observa que la fotografía A

muestra la estructura cristalina de la MGANI con tamaño de cristal entre 8 y 20

µm donde no se observa una forma definida con una distribución poco

homogénea presentando cristales de distintos tamaños (combinación de

cristales grandes, pequeños y amorfos). Por el contrario la fotografía B muestra

la estructura cristalina de la MGAI con tamaño promedio de 10 µm, en la cual se

observa claramente una forma estrellada (predominante en los cristales de

mayor tamaño) y una distribución homogénea más tendiente a la formación de

red de grupos.

Se puede observar más claramente en las microfotografías con aumento

de 40X, en la fotografía C, que existen cristales de distintos tamaños y formas

agrupados en pequeñas lagunas, zonas de grasa líquida. En el caso contrario,

la fotografía D presenta un cambio en la red cristalina con respecto al producto

no interesterificado, presentando un nuevo reordenamiento, sin lagunas y con

cristales de tamaño y forma homogénea.

Se puede concluir que la interesterificación ejerció un efecto marcado

sobre la estructura de la red cristalina, formando sistemas más ordenados y

homogéneos.

La red cristalina se presenta muy bien estructurada por lo que se puede

deducir buenas propiedades de plasticidad para esta mezcla. Rodríguez et al.

(2001) luego de la interesterificación de aceite de maravilla, aceites vegetal y

animal parcialmente hidrogenados con sebo, concluyen que un tamaño

pequeño de los cristales eran esenciales para una mejor consistencia y

aceptabilidad del producto final.


40

El trabajo de Widermann et al. (1961), con grasa de cerdo, encontró que

las granulaciones que caracterizaban a esa materia grasa naturalmente, habían

desaparecido en el producto modificado, obteniendo una dispersión homogénea

de pequeños cristales.

El cambio físico observable mediante los parámetros de PF y CSG fue

descrito por Rousseau et al. (1996b) como el reordenamiento de los cristales

por efecto de las fuerzas de Van der Waals, responsables de la formación de la

red cristalina.


41

Materia grasa optimizada con un aumento de 10X

MGANI

MGAI

Fig 5. Microfotografías de luz polarizada para MGANI y MGAI con un

aumento de 10X. La barra blanca representa 50 µm.

A

B


42

Materia grasa optimizada con un aumento de 40X

MGANI

MGAI

Fig 6. Microfotografías de luz polarizada para MGANI y MGAI con un aumento de 40X.

C

D


43

3.8 Cambios físicos determinados a través de calorimetría diferencial de

barrido (DSC).

La calorimetría diferencial de barrido (CDB) es generalmente considerada hoy

en día como la técnica más adecuada para estudiar la energética de las

transiciones de distintos productos desde un alimento hasta un envase elaborado

a base de polímeros. Esta técnica permite la caracterización termodinámica de los

cambios conformacionales inducidos por cambios de temperatura en un

determinado producto (Conejero et al., 2000).

En un experimento de calorimetría diferencial de barrido se registra de

forma continua la capacidad calorífica aparente de cualquier macromolécula en

función de la temperatura, obteniéndose lo que comúnmente se denomina

termograma. Éste generalmente está caracterizado por un pico de absorción de

calor correspondiente a un proceso o transición térmicamente inducida, por lo

que, de acuerdo con el segundo principio de la termodinámica (supuesto el

proceso de equilibrio), corresponde a un proceso endotérmico. La información

fundamental que proporciona la CDB es la capacidad calorífica relativa de un

sistema en función de la temperatura. El procesamiento subsiguiente de esta

magnitud nos puede proporcionar una caracterización termodinámica completa

del proceso investigado (Conejero et al., 2000).

A continuación se mostrarán los curvas obtenidas por DSC para el producto

óptimo interesterificado y no interesterificado.

Para tal análisis, se utilizó un rango de temperatura entre 20 a -30ºC y de

-30 a 50ºC, con una razón de 5ºC/min.


44

S R, 09.1 1.2006 12:39:0 5S R, 9.11 00 mg

mW

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

min

°C20 10 0 -10 - 20 -30-30 -20 -10 0 1 0 20 30 40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 8 20 22 24

^ex o

Univ ers idad de Santiago de Chile: Lab. Prop. Fis ic as Sy s te meRTAMETTL ER TOLEDO S Gráfico 5. Curva obtenida por calorimetría diferencial de barrido para el producto óptimo sin interesterificación.

I N T , 0 9 . 1 1. 2 0 0 6 12 : 0 1 : 0 2I N T , 9 . 2 0 00 m g

m W

- 4

- 3

- 2

- 1

0

1

2

3

m i n

° C2 0 1 0 0 - 1 0 - 2 0 - 3 0- 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4

^ e x o

Un iv e r s id a d d e S a n t ia g o d e Ch ile : L a b . Pr o p . F is ic a s S y s te meRTAMETTL ER T O LEDO S Gráfico 6. Curva obtenida por calorimetría diferencial de barrido para el producto óptimo con interesterificación.


45

Se puede observar que ambas curvas se comportan de igual

forma, los picks ocurren a la misma temperatura y con la misma energía,

esto concuerda con el trabajo realizado por Rodríguez et al. (2001), en

donde los triglicéridos de la mezcla de grasa animal con aceite de

maravilla en la proporción 90:10 respectivamente se comportan de la

misma manera.

Se puede observar que entre 0ºC y -30ºC el comportamiento de

los triglicéridos para ambas muestras está dado por la grasa animal,

luego de este punto aparece el comportamiento de los triglicéridos del

aceite de nuez.

Se puede observar también que a los 6ºC existen algunos

triglicéridos que comienzan a fundir, posiblemente triglicéridos con

insaturaciones, los cuales necesariamente tendrán un bajo punto de

fusión. Luego se observa otro pick a los –30ºC, en el cual puede existir

un cambio de configuración (transición) de los cristales en el momento de

la cristalización. Luego existen otros triglicéridos que comienzan a fundir

a los 25ºC. Finalmente el último pick ocurre a los 44ºC, en donde funden

los ácidos grasos con mayor número de saturaciones.

Se puede deducir entonces que a través de la calorimetría

diferencial de barrido, no se puede determinar si existe un aumento o

disminución en el número de instauraciones formadas, solo se observará

a la temperatura que ocurre y que cantidad de energía se utilizó para

esta fase de transición física.

Un posible error, pudo haber sido la elección de la escala de

temperatura y energía utilizada, ya que, al tener unidades muy grandes

puede perderse la visibilidad de algunos picks y la posibilidad de tener un

análisis más exacto.

CONCLUSIONES

46

IV CONCLUSIONES

o Se pudo obtener una base grasa para la elaboración de margarina con

características plásticas, con alto contenido de ácidos grasos

poliinsaturados(ω-3 y ω-6) entregados por el aceite de nuez y libre de

ácidos grasos trans.

o La realización de un diseño de optimización permitió establecer las

variables que ejercieron un efecto significativo y obtener un modelo

matemático que representara estas variables, siendo éstas, %GA y %

Catalizador. Se pudo observar que la mayor diferencia encontrada entre los

datos experimentales y el modelo matemático fue de un 6,3% y la menor

diferencia de un 0,9%.

o La reacción de interesterificación óptima se logró en una mezcla de 90% de

grasa animal y 10% de aceite de nuez, con una concentración de

catalizador de 0,4% en peso en base a la cantidad de mezcla, una

temperatura de reacción de 90ºC y un tiempo de interesterificación de 37

minutos.

o El resultado del análisis de CSG por RMN para la mezcla óptima

interesterificada mostró en distintas temperaturas de medición, una

marcada disminución del porcentaje de sólidos grasos con respecto a las

mezclas sin reordenamiento, obteniendo un producto con características

óptimas para la elaboración de margarinas comerciales para repostería de

bajo CSG.

o Con respecto al cambio en el PF, se logró una disminución de 6,5 grados

Celsius luego de la interesterificación química. Este resultado (37,4ºC)

CONCLUSIONES

47

cumple con las exigencias establecidas por el artículo 259 del Reglamento

Sanitario de los Alimentos (2000) para una grasa comercial.

o Se puede observar que las fuerzas de ruptura, cohesividad y elasticidad,

presentaron cambios importantes en el producto óptimo interesterificado.

En el caso de la MGAI se encontró que hubo un aumento en la cohesividad

con respecto a la MGANI, esto quiere decir, que el producto

interesterificado tiene una mayor capacidad de deformación o

“esparcimiento” y “untabilidad” con una menor fuerza de ruptura, obteniendo

así un producto óptimo para la elaboración comercial de margarinas para

repostería.

o Se pudo determinar a través de la cromatografía gas-líquido que el

producto óptimo obtenido, es una buena fuente de ácidos grasos

insaturados (43,9%) y poliinsaturados (17,35%).

o Se pudo determinar que los parámetros de calidad del producto optimizado,

tales como humedad, AGL e índice de peróxidos, se encuentran dentro de

los valores exigidos por el Reglamento Sanitario de Alimentos.

o Se pudo determinar que la interesterificación ejerció un efecto marcado

sobre la estructura de la red cristalina, formando sistemas más ordenados y

homogéneos.

o Con la microscopía de luz polarizada y análisis de características texturales,

fue posible apreciar la efectividad de la reacción de interesterificación.

o Al interesterificar una mezcla de un grasa de origen animal (bovino) con

aceite nuez, se obtiene un producto óptimo que cumple con el CSG, las

características texturales y exigencias del RSA para la elaboración

comercial de margarina para repostería.

BIBLIOGRAFÍA

48

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o Zhang, H., Smith P. y Adler-Nissen, J. “Effects of Degree of Enzymatic

Interesterification on the Physical Properties of Margarine Fats: Solid Fat

Content, Crystallization Behavior, Crystal Morphology, and Crystal Network”.

Journal of Agricultural and Food Chemistry. 52: 4423-4431. Septiembre 2004.

51

ANEXO 1

TABLA DE ANÁLISIS DE VARIANZA PARA RESPUESTAS DEL DISEÑO 24-1 Análisis de la Varianza para PF ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C:Catalizador 5,95125 1 5,95125 5,64 0,0551 D:Sebo 69,0312 1 69,0312 65,47 0,0002 Error Total 6,32639 6 1,0544 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 81,3089 8 R-cuadrado = 92,2193 por ciento

R-cuadrado (ajustado para g.l.) = 89,6258 por ciento

Error Estándar de Est. = 1,02684

Error absoluto de la media = 0,726543

Estadístico Durbin-Watson = 1,82154 (P=0,2614)

Autocorrelación residual Lag 1 = -0,0627198

PF = 24,5424 - 2,875*Catalizador + 0,146875*Sebo Análisis de la Varianza para CSG1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C:Catalizador 12,005 1 12,005 2,87 0,1410 D:Sebo 1080,66 1 1080,66 258,69 0,0000 Error Total 25,0647 6 4,17745 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 1117,73 8 R-cuadrado = 97,7575 por ciento






52

Análisis de la Varianza para CSG2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ C:Catalizador 3,35405 1 3,35405 29,99 0,0015 D:Sebo 201,402 1 201,402 1800,65 0,0000 Error Total 0,6711 6 0,11185 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Total (corr.) 205,428 8 R-cuadrado = 99,6733 por ciento






CSG2 = -2,59042 - 2,15833*Catalizador + 0,250875*Sebo

Análisis de la Varianza para CSG3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C:Catalizador 2,85605 1 2,85605 8,85 0,0248 D:Sebo 87,9138 1 87,9138 272,38 0,0000 Error Total 1,93655 6 0,322758 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 92,7064 8 R-cuadrado = 97,9111 por ciento







53

Análisis de la Varianza para CSG4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C:Catalizador 1,54001 1 1,54001 2,57 0,1600 D:Sebo 25,3116 1 25,3116 42,24 0,0006 Error Total 3,59498 6 0,599163 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 30,4466 8 R-cuadrado = 88,1925 por ciento






CSG4 = -1,60187 - 1,4625*Catalizador + 0,0889375*Sebo Análisis de la Varianza para CSG5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C:Catalizador 0,85805 1 0,85805 2,41 0,1713 D:Sebo 3,45845 1 3,45845 9,73 0,0206 Error Total 2,13352 6 0,355587 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 6,45002 8 R-cuadrado = 66,9223 por ciento







54

ANEXO 2

TABLA DE ANÁLISIS DE VARIANZA PARA RESPUESTAS DEL DISEÑO 32 Análisis de la Varianza para PF ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A:%GA 35,5267 1 35,5267 20,31 0,0041 B:% Catalizador 0,54 1 0,54 0,31 0,5985 Error Total 10,4933 6 1,74889 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 46,56 8 R-cuadrado = 77,4628 por ciento





Autocorrelación residual Lag 1 = 0,00974163

PF = 25,0167 + 0,121667*%GA - 1,0*% Catalizador Análisis de la Varianza para CSG1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A:%GA 789,136 1 789,136 430,81 0,0000 B:% Catalizador 2,47042 1 2,47042 1,35 0,2896 Error Total 10,9906 6 1,83176 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 802,597 8 R-cuadrado = 98,6306 por ciento






CSG1 = -9,53194 + 0,573417*%GA - 2,13889*% Catalizador

55

Análisis de la Varianza para CSG2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado medio F-Ratio P-Valor ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A:%GA 138,72 1 138,72 150,64 0,0000 B:% Catalizador 1,18815 1 1,18815 1,29 0,2993 Error Total 5,52519 6 0,920865 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Total (corr.) 145,434 8 R-cuadrado = 96,2009 por ciento














56















57

ANEXO 3 Superficie de Respuesta del Diseño de Optimización de Respuesta Múltiple

Superficie de Respuesta estimada

%GA% Catalizador

Con

veni

enci

a

50 60 70 80 90 0,40,50,60,70,80,910

0,20,40,60,8

1

Conveniencia Óptima Valor Optimo = 0,921356 Factor Bajo Alto Optimo ----------------------------------------------------------------------- %GA 50,0 90,0 90,0 % Catalizador 0,4 1,0 0,4 Respuesta Optimo --------------------------------- CSG1 41,22 CSG2 18,1156 CSG3 12,0217 CSG4 6,14556 CSG5 2,48833 PF 35,5667 ---------------------------------

58

Esta tabla muestra la combinación de niveles de factores que aumentan al

máximo la función de conveniencia por encima de la región indicada. También

muestra la combinación de los factores en la que se logra la optimización.

Contornos de Superficie de la Respuesta Estimada

%GA

% C

atal

izad

or

Conveniencia0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,050 60 70 80 90

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Gráfico de cubierta

CSG1CSG2CSG3CSG4CSG5PF

%GA

% C

atal

izad

or

50 60 70 80 900,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

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