FACULTAD DE INGENIERIA TESIS PARA OBTENER TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO AGROINDUSTRIAL AUTOR: Alayo Sánchez, Brenda Del Pilar.

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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL CARACTERIZACIÓN FISICOQUIMICA Y REOLOGICA DE ALMIDON DE ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza) VARIEDAD AMARILLA PROCEDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL CARACTERIZACIÓN FISICOQUIMICA Y REOLOGICA DE ALMIDON DE ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza) VARIEDAD AMARILLA PROCEDENTE DE LA PROVINCIA SAN IGNACIO-DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA. TESIS PARA OBTENER TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO AGROINDUSTRIAL AUTOR: Alayo Sánchez, Brenda Del Pilar. ASESOR: Ing. MsC. Maria Elena Leon Marrou. LINEA DE INVESTIGACIÓN: Procesos Agroindustriales TRUJILLO PERÚ 2015 DEDICATORIA Se les dedico con todo mi amor y cariño: A mis queridos abuelos: Flavio y María por sus enseñanzas y consejos aprendí que día a día se debe luchar de manera constante para poder lograr uno de mis objetivos de ser profesional. A mí querido hermano: Giancarlo Por su amor y cariño incondicional En el transcurso de mi vida. A mis padres: Juan y Rocío, por depositar su confianza en mí, su apoyo comprensión y consejos que guiaron mis pasos. A mi Tíos, sobrinos amigos que con su cariño y alegría pude culminar mi carrera. AGRADECIMIENTO En primer lugar agradezco a Dios, que desde el cielo me brindan la fortaleza que me permite culminar esta etapa de mi vida y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. Quiero agradecerles a mis Padres, Abuelos y Tíos que me acompañaron desde el inicio en esta aventura que es la formación profesional brindándome su apoyo incondicional, económico y por dejarme la herencia más grande que es la educación. Agradezco a mi asesor de tesis, Ing. MSc. María Elena León Marrou, por sus conocimientos invaluables que me brindo para llevar a cabo esta investigación, y sobre todo su gran paciencia y esperar a que este trabajo pudiera llegar a su fin; a mis docentes y compañeros que con ellos compartí momentos inolvidables. Agradezco a toda la Plana Docente de la Escuela Académica Profesional de Ingeniería Agroindustrial y Comercio Exterior, quienes me brindaron sus enseñanzas innovadoras para mi formación profesional, humanista y espiritual. Ante todo pido disculpas a las personas que no hago mención a quienes agradezco por su apoyo incondicional. Nuestra gratitud y reconocimiento por siempre PRESENTACIÓN Señores miembros del Jurado: En cumplimiento con las disposiciones vigentes del reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Cesar Vallejo de Trujillo, someto a su consideración y elevado criterio el presente informe de Tesis intitulado: Caracterización fisicoquímica y reológicas del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla procedente de la Provincia de San Ignacio- Departamento de Cajamarca. Es propicia la oportunidad para evidenciar el más sincero reconocimiento a nuestra Universidad César Vallejo y a toda la plana docente, que con su capacidad y buena voluntad contribuyeron a mi formación profesional. Esperando cumplir con los requisitos de aprobación Trujillo, Diciembre 2015 Alayo Sánchez, Brenda Del Pilar. ÍNDICE DEDICATORIA... 2 AGRADECIMIENTO... 3 RESUMEN... 8 ABSTRACT... 8 I. INTRODUCCIÓN... 9 II REALIDAD PROBLEMÁTICA... Error! Marcador no definido TRABAJOS PREVIOS... Error! Marcador no definido TEORÍAS RELACIONADAS AL TEMA... Error! Marcador no definido PRODUCCIÓN DE LA ARRACACHA (Arracacia xanthorriza) EN EL PERÚ.... Error! Marcador no definido DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA.... Error! Marcador no definido PROVINCIA DE SAN IGNACIO.... Error! Marcador no definido ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza).... Error! Marcador no definido ALMIDÓN... Error! Marcador no definido FORMULACIÓN DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO... Error! Marcador no definido HIPOTESIS.... Error! Marcador no definido OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVO ESPECIFICOS MÉTODO... Error! Marcador no definido Metodología Descripción del proceso de extracción del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla Análisis Fisicoquímico... Error! Marcador no definido Análisis Reologico Diseño de investigación Población y Muestra Técnicas e instrumento de recolección de datos, validez y confiabilidad 2.5. MÉTODO DE ANÁLISIS Desviación Estándar (DS) Coeficiente de Variación (Cv) RESULTADOS Rendimiento... Error! Marcador no definido Características fisicoquímica... Error! Marcador no definido Resultado de Tamaño de Granulo.... Error! Marcador no definido Resultado del Índice de Absorción, Indice de solubilidad y Poder de Hinchamiento... Error! Marcador no definido Resultado de Sinéresis... Error! Marcador no definido Resultado de Temperatura de Gelatinización... Error! Marcador no definido Características Reologícas Determinación de Ʈ 0... Error! Marcador no definido. Determinación de índices reológicos.... Error! Marcador no definido. 4. DISCUSIONES CONCLUSIONES SUGERENCIAS REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Polímero de glucosa con enlaces glucosidicos α 1, Figura 2 Segmento de amilopectina...22 Figura 3 Flujo de extracción del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla Figura 4 Porcentaje de rendimiento del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla.. 35 Figura 5 Microfotografía de gránulos de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla..36 Figura 6 Viscosidad del gel de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla.38 Figura 7 Determinación de Ʈ0 del gel de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla..39 Figura 8 Determinación de n y m para el gel de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla...40 Figura 9 Anexo ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1 Producción de la arracacha en T.M. en el periodo TABLA 2 Producción de Arracacha en la Region Cajamarca ( )..15 TABLA 3 REGION CAJAMARCA: INFORMACION AGRICOLA PROVINCIAL TABLA 4 Taxonomía...17 TABLA 5 Composición de las raices y las cepas de la arracacha (Contenido en 100 gramos de parte comestible) 18 TABLA 6 Composición química de Las raíces de arracacha amarilla, blanca y morada durante el flujo de procesamiento de la harina..19 Tabla 7 Características Fisicoquímica del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla..36 Tabla 8 Índice de absorción, solubilidad, poder de hinchamiento de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla..37 Tabla 9 Porcentaje de determinación de sinéresis de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla...37 Tabla 10 Temperatura de gelatinización del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla..38 TABLA 11 Cantidades de preparación para la curva estándar 57 RESUMEN En el presente trabajo se caracterizó las propiedades fisicoquímicas y reológicas del almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla procedente de la provincia de San Ignacio - Departamento de Cajamarca. Se realizó la extracción del almidón y se determinó su rendimiento, sus propiedades fisicoquímicas y reológicas. Los resultados obtenidos indican que el almidón extraído presentó un rendimiento de 11.1%, con un contenido de humedad de 4.71 %, 0.27 % de cenizas, amilosa 15.16% y amilopectina 84.84%. Los gránulos de almidón mostraron en su gran mayoría formas poliédricas, con tamaños de 7 a 25 μm. Además, presentó una alto índice de absorción de agua, baja solubilidad y un alto poder de hinchamiento de g gel/ g muestra, % y g agua. g 1 almidón respectivamente. La temperatura de gelatinización del almidón es de 65.3 ºC, se observó una sinéresis expresada en porcentajes de: 6.35 % a las 24 horas 6.9 % a las 48 horas. Las suspensiones al 5% de almidón de la arracacha (Arracacia xanthorrhiza) variedad amarilla pre gelatinizado exhibieron 5.08 ( 0 )ד un comportamiento de fluido no Newtoniano de tipo plástico general con esfuerzo cortante Pa., índice de comportamiento de flujo de 0.61, con un índice de consistencia m de 3.95 Pa.s Palabras claves: Almidón de arracacha (Arracacia xanthorriza), reologia, caracterización fisicoquimica ABSTRACT In the present work was characterized the physicochemical and rheological properties of the starch of the Arracacha (Arracacia xanthorrhiza) yellow variety coming from the province of San Ignacio- Departament of Cajamarca. The extraction of starch physicochemical and rheological properties was conducted and its performance is determined. The results indicate that the extracted starch presented a performance of 11.1%, with a moisture content of 4.71%, 0.27% ash, amylose 15.16% and amylopectin 84.84%. The starch granules showed mostly polyhedral shapes, with sizes from 7 to 25 μm. In addition, one presented high index of water absorption, low solubility and a high to be able of swelling of 16.03, % and % respectively. The temperature of gelatinization of the starch is 65.3 c, was observed a syneresis to the 24 h 6.35% and 48 h 6.9%. The suspensions to 5 % of starch of the arracacha (Arracacia xanthorrhiza) yellow variety pre gelatinized exhibited a behavior of Non- Newtonian fluid of plastic general type with shear force T (0) 5.08 Pa., flow behavior index(n) of 0.61 and consistency index (m) of 3.91 Pa.s Keywords Starch of Arracacha (Arracacia xanthorriza), reology, characteristics physical chemistry. I. INTRODUCCIÓN El almidón es una fuente nutricional para los seres humanos y nos proporciona gran parte de la energía que consumimos, asimismo es una materia prima muy útil con gran diversidad de características y propiedades funcionales, lo cual permite su utilización en una amplia gama de las industrias (panificación, coladas, espesante de sopas instantáneas, productos enlatados, fabricación de salsas, productos dietéticos, dulces y gomas, entre otros); en farmacéutica, cosmetológica, textil, de adhesivos, papelería y producción de alcoholes. El almidón es importante como constituyente de los alimentos en los que está presente, tanto desde el punto de vista nutricional como tecnológico (Baduai, 2006). El Perú cuenta con una diversidad de cultivos en las Regiones Costa, Sierra y Selva; que cumplen con las características de los alimentos funcionales. Sin embargo sus propiedades no han sido investigadas y/o difundidas aún, siendo la arracacha uno de estos productos, que posee un almidón muy fino, alto contenido de calcio y vitamina A y niveles adecuados de niacina, ácido ascórbico y fósforo (Portillo y Delgado, 2011). Dichas características le otorgan un potencial alimentario y económico. A su vez, existen 3 variedades de arracacha que se comercializa: blanco, amarillo o ligeramente morado (Bravo, 2009) Su producción a nivel nacional en el año 2013 fue 23, 864 Toneladas, teniendo en el Departamento de Cajamarca una producción de 14, 752 toneladas y en la provincia de San Ignacio fue de 844 TN. (Dirección Regional Agraria Cajamarca Dirección de Estadística e Informática, 2012). En el Perú, existen muy pocas investigaciones acerca de este cultivo, a pesar de su alta potencialidad para la agroindustria y sus buenas cualidades nutricionales es una especie que no se le ha dado suficiente importancia dentro de los planes de desarrollo agrícola, tanto nacionales, como departamentales (Hermann, 1997; Jiménez, 2005; Rodríguez et al., 2004; citado por Alvarado y Ochoa, 2010). El sector industrial se halla en búsqueda de almidones nativos que presenten ciertas propiedades específicas de tolerancia a diferentes tratamientos industriales que deterioran la estructura del gel de almidón (Adarve y Mejin, 2012). Existen diferentes fuentes comerciales de almidón, entre las que se destacan el maíz, trigo, arroz, la patata y sorgo, siendo más barato el maíz. Además, existen fuentes alternativas de almidón menos comunes y estudiadas como lo es la arracacha. Es así que, la presente investigación propone caracterizar desde el punto de vista físico químico y reologico el almidón extraído de la arracacha (Arracaccia xanthorriza) variedad amarilla procedente de la provincia de San Ignacio Departamento de Cajamarca como una manera de potenciar el uso industrial de esta raíz en la provincia objeto de estudio. Bohórquez et.al (2014) realizaron la extracción y caracterización de almidón nativo de arracacha blanca para dos materiales de diferentes orígenes, se caracterizó en su composición química y propiedades físicas; se determinó rendimiento, ph, acidez, humedad, cenizas, color; los resultados indican que el almidón extraído tuvo rendimiento de 24,49% para el material proveniente de municipio de Paipa (AMP) y 25,89 % para el municipio de Boyacá (AMB), que lo hacen de gran interés comercial. Romero et.al., (2014) determinaron el efecto del método de extracción en tres tipos de almidones nativos; Mafafa (Xanthosoma), arracacha blanca y morada (Arracacia xanthorriza) por tres métodos: tradicional, alcalino y ácido. Para establecer la incidencia sobre las propiedades fisicoquímicas, se implementó un Análisis de Varianza Simple, que determinó la variabilidad de la composición proximal. Se comprobó mayor variación en la composición del parámetro de cenizas de los tres tratamientos, lo que indicó que las propiedades del almidón se ven afectadas dependiendo del método de extracción que se utilice; éstas se encontraron en mayor proporción cuando se empleó el método ácido. Los resultados de varianza de los demás análisis proximales no fueron significativos. Liendo et.al., (2011), realizaron un estudio sobre el uso de almidón de apio (Arracacia xanthorriza B.) en colados de durazno (Prunuspersica L.), para lo cual se realizó la extracción de almidón de apio (Arracacia xanthorriza B.) para caracterizarlo en su composición química, propiedades físicas y reológicas, y utilizarlo como agente espesante en colados de durazno (Prunuspersica L.). La metodología estuvo dividida en dos partes; en primer lugar se realizó la extracción del almidón, se determinó su rendimiento y pureza, composición química, ph, acidez titulable, actividad de agua, color y las propiedades reológicas. Luego se elaboraron los colados de durazno utilizando almidón de apio como espesante y éstos fueron evaluados en su composición química, propiedades físicas, estabilidad y características sensoriales. Los resultados obtenidos indican que el almidón extraído tuvo un bajo rendimiento (6,12%), pero alto grado de pureza (94,9% de almidón), con un contenido de amilosa de 22,9%, además, presentó una alta capacidad de absorción de agua, poder de hinchamiento y solubilidad, baja temperatura de gelatinización y alta viscosidad en calentamiento. En la formulación de los colados se incorporó 0,75% de almidón como agente espesante, resultando en un producto con una humedad de 72,4%; 0,13% de cenizas; 0,45% de proteínas; 0,20% de grasa; 0,98% de fibra y 24,6% de azúcares, siendo ampliamente aceptado por niños con edades comprendidas entre 5 y 6 años. En conclusión, el uso de 0,75% de almidón de apio puede ser utilizado en la elaboración de este tipo de productos. Adarve et.al., (2012), estudiaron la obtención y caracterización fisicoquímica de almidón fermentado de arracacha, se empleó para este trabajo almidón nativo de arracacha, el cual fue obtenido de forma convencional en laboratorio y se determinó las características químicas de éste, determinando niveles de proteína, azucares disponibles, humedad y amilosa. Este almidón posee características típicas de un patrón de tipo B con bajos niveles de amilosa y características químicas importantes en la nutrición. Las raíces de arracacha presentaron un rendimiento del 12,48 % en almidón, lo cual genera un 87,51% en mermas que se clasifican el afrecho y cascara removida. Acosta y Blanco (2013), investigaron sobre la obtención y caracterización de almidones nativos colombianos para su evaluación como posibles alternativas en la industria alimentaria, en todos los almidones se evaluó sus propiedades fisicoquímicas, bromatológicas, reológicas y funcionales. La funcionalidad de estos se probó formulando con cada uno y como patrón de referencia se empleó almidón de maíz, el cual también fue objeto de estudio., en la cual se evaluó la viscosidad y la resistencia al enfriamiento y congelación. Los resultados indicaron que el almidón de achira tiene el mayor contenido de amilosa de 50,81 ± 1,59 con respecto a los demás almidones. El almidón de arracacha presenta una temperatura de gelatinización de 57,5 ± 1,29 ºC, inferior a todos los almidones. El almidón de yuca no presenta sinéresis en la preparación con agua ni en salsa, contrariamente al almidón de maíz que tiene un porcentaje significativamente alto en la preparación con agua. Los almidones de achira y yuca presentan viscosidades de 747,50 ± y 539,00 ± 11,31 cps respectivamente mayores al maíz de 403,00 ± 22,63 cps en la salsa inglesa, teniendo una menor viscosidad el almidón de plátano con 61,00 ± 41,01 cps. Con base en los resultados, estos almidones podrían tener una adecuada aplicación como ingrediente en la industria alimentaria. En el Perú, las principales zonas productoras de arracacha se encuentran en las regiones de Amazonas, Ayacucho, Cajamarca, Cuzco, Huánuco, La Libertad, Lima, Piura, Puno y San Martin. De acuerdo al Ministerio de agricultura y riego- Oficinas de estudio económico y estadístico., la producción en T.M. en el periodo : Tabla 1: Producción de la arracacha en TM en el periodo : Fuente: (Dirección de estadística Agraria, 2015) Producto Arracacha El departamento de Cajamarca se encuentra ubicado al norte del territorio peruano, en la cadena occidental de los Andes y abarca zonas de sierra y selva. Limita con el norte con Ecuador, por el sur con La Libertad, por el este con Amazonas y por el oeste con Piura y Lambayeque. Tiene 13 provincias y 127 distritos. Tiene una superficie de 33,317 kilómetros cuadrados. Según cifras del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), el departamento tiene una población de habitantes proyectada al 2015, situándolo en el departamento más poblado en la Sierra. Tabla 2: Región Cajamarca: Información Agrícola Regional Cultivo Cosechas Has Producción TM Precio en Chacra S/. x Kg. Cosechas Has Producción TM Precio en Chacra S/. x Kg. Arracacha Fuente: Dirección Regional Agraria Cajamarca Dirección de Estadística e Informática. La Provincia de San Ignacio está ubicada en el departamento de Cajamarca, al norte del Perú y limita con el Ecuador, Cuenta con 07 distritos, con un población, 147,465 habitantes (INEI, 2014). Tabla 3. Producción de Arracacha por provincia- Departamento Cajamarca Provincia Cosechas Producción Precio en Cosechas Producción Precio en Chacra S/. Has TM Chacra S/. X Kg. Has TM X Kg. Chota Cutervo Jaén San Ignacio Santa Cruz Fuente: Dirección Regional Agraria Cajamarca Dirección de Estadística e Informática. Arracacha(Arracacia xanthorrhiza) e s una planta conocida con el nombre de Raqacha y Laqachu. Pertenece a la familia de las Umbelíferas, es de clima subtropical y no soporta las fuertes bajas temperatura. En el Perú se cultiva en la zona Yunga y en algunos valles de la Región Quechua hasta los metros de altitud (Bravo, 2009). Su característica botánica la define como una planta de hojas verde y que posee unas cepa de 8 a 10 raíces de forma cónica de color blanco y purpureo, la que son muy apreciadas por su sabor dulce agradable y reconocido valor alimenticio. La altura promedio que alcanza esta planta es de 1.30 m., s e reconoce la existencia de 3 tipos de arracacha por su coloración externa que puede ser indistintamente, blanco, amarillo o ligeramente morado (Bravo, 2009). Tabla 4: Taxonomía Reino División Clase Familia Genero Especie Plantae Spermatophyta Magnoliatae (Dicotiledónea). Umbelliferae (Apiaceae). Arracacia. Arracacia Xanthorrhiza Bancroft Nombre Común Fuente: Muñoz (1969). Raqacha (quechua); laqachu (aymara); virraqa (Cusco, Perú); ricacha (Cajamarca, Perú); zanahoria blanca (Cajamarca, Perú, y Ecuador). Tabla 5: Composición de las raíces y las cepas de la arracacha (contenido en 100 gramos de Parte comestible) Compuesto Unidad Raíz de Raíz de Raíz de Cepa de Cepa de arracacha arracacha a
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