elaboracion y estudio analítico de las propiedades fisicoquimicas asociadas al pimiento

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ELABORACIÓN Y ESTUDIO ANALÍTICO DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS ASOCIADAS A LA HARINA DE PIMIENTO (Capsicum annuum) Jorge Enrique Palomino Andrade1, Henry Alexander Váquiro Herrera1, Guillermo Salamanca Grosso2, Alicia Rios Hurtado3

INTRODUCCIÓN

l aumento en popularidad del consumo de hor-talizas frescas y los requerimientos mundiales de conservación de recursos, están forzando a la agroindustria a aplicar técnicas de preservación

mínimas para obtener productos de características similares a las frescas y que demanden menos energía para la estabilización, almacenamiento y distribución. Además, estos alimentos deben asegurar características nutricionales adecuadas para el consumo humano y características fisicoquímicas y termodinámicas que permitan continuar con procesos de transformación para incre-mentar su valor agregado.

El pimiento Capsicum annuum L., desde el punto de vista comercial esta considerado dentro del grupo de las hortalizas, cuenta con una posición importante en los mercados americanos

RESUMEN

El pimiento (Capsicum annuum), desde el punto de vista comercial esta considerado dentro del grupo de las hortalizas, cuenta con una posición importante en los mercados americano y europeo. En Colombia, el área cosechada es del orden de 1.500 hectáreas, con producciones importantes en los departamentos del Valle del Cauca, Antioquia, Cundinamarca, Santander, Bolívar y Tolima. En este trabajo se aborda el estudio de las propiedades fisicoquímicas de frutos de Capsicum annuum. Los resultados muestran una penetrometría de 5,8 a 6,1 (Kg/cm2), pH entre 5,86 a 4,79, con 6,7 a 4,7 Brix y acidez entre 0,13 y 0,44% (ácido cítrico). El pimiento rojo presenta contenidos en %(p/p) para la humedad de 90,7; 0,70 de proteína, 0,50 de grasa; 6,7 de carbohidratos; 0,90 de fibra y solo 0,5 para los minerales. Las propiedades termodinámicas correspondieron a 3.945 (j/Kg°C) para el calor específico, 0,586 (W/m K) para la conductividad térmica, 1,432x10-7 (m2/s) en la difusividad térmica y 1.027 (Kg/m3) para la densidad; de otra parte, las características del pimiento rojo deshidratado (pimentón) y molido (harina o color) permiten la aplicación de la operación unitaria de lixiviación para la obtención de oleorresina dulce (ORP), convirtiéndose en una gran posibilidad de transformación agroindustrial y de participación en el comercio mundial de los colorantes naturales permitidos por la legislación internacional.

Palabras claves: Agroindustria, frutas, oleorresina, pimiento.

ABSTRACT

The pepper (Capsicum annuum) was considered inside vegetables group from commercial point, it has an important position in the American and European markets. In Colombia, the harvested area is 1.500 has. with important productions in departments as such Valle del Cauca, Antioquia, Cundinamarca, Santander, Bolivar and Tolima. In this study, physical and chemical properties were performed for Capsicum annuum´s fruits. The texture results showed 5,8 to 6,1 (Kg/cm2), pH among 5,86 at 4,79, with 6,7 to 4,7 Brix and acidity between 0,13 and 0,44% (citric Acid). The contents in % (p/p) for red pepper was: 90,7 humidity; 0,70 protein, 0,50 fat, 6,7 carbohydrates, 0,90 fiber and 0,5 minerals. The thermodynamic properties corresponded at: 3.945 (j/Kg°C) specific heat, 0,586(W/m K) thermal conductivity, 1,432x10-7 (m2/s) thermal spreading and 1.027 (Kg/m3) density. The characteristics for dehydrated red pepper (paprika) and milled (flour or color) allow lixiviation unitary operation application for sweet oil- resin (ORP) obtaining, becoming a great possibility of agroindustrial transformation and participation in the allowed natural colorings world trade by the international legislation.

Key words: Quality control. Agroindustry. Fruits. Pepper. Oleoresine

1 Programa de Ingeniería Agroindustrial. Facultad de Agronomía Universidad del Tolima. 2 Becario Programa de Ingeniería Agroindustrial. Universidad del Tolima. Universidad

Politécnica de Valencia.3 Profesor Facultad de Ciencias Básicas. Departamento de Química- Universidad del

Tolima. E-mail:[email protected] Grupo de Investigaciones Mellitopalinológicas y Propiedades Fisicoquímicas de

Alimentos.2 Facultad de Ciencias Básicas Universidad del Tolima. (Colombia) Ibagué Tolima

Colombia.3 Universidad Tecnológica del Chocó DLC. Grupo de Investigaciones en valoración de la

Biodiversidad-aprovechamiento en Recursos Vegetales, Quibdo-Chocó-Colombia.

EE

BIODIVERSIDAD

Revista Institucional. Universidad Tecnológica del Chocó D. L. C. • No. 23 • Año 2005 • pp. 34-40

Recibido: Agosto -19 - 2005 •Aceptado: Diciembre - 16 - 2005

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y europeo. La mayoría de las especies del género Capsicum han sido llevadas desde América hacia distintas regiones del mundo y rápidamente han tomado un lugar importante dentro de la canasta familiar de muchos países, por lo que su cultivo, aunque está muy reducido en superficie, se encuentra ampliamente extendido, siendo China, Estados Unidos y México los principales productores. Otros países como Hungría, Los Balcanes, Francia, Italia, España e India, han venido presentando un aumento considerable en el área sembrada. (CCI 2001). Desde el punto de vista del mercado mundial, la especie más cultivada es Capsicum annuum, a partir de la cual se originan dos productos diferentes: el ají (fruto picante) y el pimiento o pimentón (no picante).

El género Capsicum, que incluye entre 20 y 30 especies, tiene su origen en las regiones tropicales y subtropicales de América, principalmente en países como Bolivia, Ecuador, Perú y Colombia. A nivel mundial, la especie más cultivada es la Capsicum annuum, a partir de la cual se originan dos productos diferentes: el ají (fruto picante) y el pimiento o pimentón (no picante). El término pimentón también se extiende a frutos rojos de pimiento deshidratados y al color (pericarpio de pimientos rojos, secos y molidos). Estas denominaciones son las que se usaran en el presente trabajo. El pimiento es considerado una hortaliza, posee un alto contenido de vitaminas A, B1, B2 y C; contiene más vitamina C que el tomate y tres veces más que la naranja (Villamizar 1995).

En Colombia, el área cosechada para el pimiento es del orden de 1.500 Ha, con producciones importantes en los departamentos del Valle del Cauca, Antioquia, Cundinamarca, Santander y Bolívar. La tabla 1 suministra información detallada en relación a la producción por departamento.

Desde el punto de vista de los procesos agroalimentarios, una técnica de preservación que permite agregar valor al pimentón, reside en la obtención de oleorresina dulce (ORP), a la cual se accede tras completar las fases de selección, reducción de tamaño de partícula, secado y lixiviación con solventes no polares. La obtención de un kilo de oleorresina de pimentón, se obtiene a partir de unos 20 kilos de pimiento de primera calidad, con una capacidad de coloración elevada que se mantiene en el tiempo y cuando se adiciona como colorante en la industria alimentaria. (Navarro et al 1993). El presente trabajo además de evaluar las propiedades fisicoquímicas y nutricionales del pimiento

rojo del municipio de Cajamarca (Tolima), considera las fases necesarias para la obtención de la oleorresina, el rendimiento y las propiedades térmicas asociadas a cada uno de los productos asi como las consideraciones relativas al tamaño de partícula generados en las operaciones de molienda y tamizado.

____________Tabla 1. Área, Producción y rendimiento del Pimiento en Colombia

DepartamentoÁrea (Ha)

Producción (Tn)

Rendimiento (Tn/Ha)

Valle 364,0 4.669 12,8Tolima 47,00 329,0 7,00Santander 266,0 3.998 15,0N. Santander 23,00 307,0 13,3Huila 44,00 471,0 10,7Cundinamarca 80,00 2.000 25,0Caldas 5,00 37,20 7,40Boyacá 22,00 154,0 7,00Bolívar 580,0 6.553 11,3Antioquia 136,0 2.744 20,2Total 1.567 21.262 13,6

Fuente: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 1998.

MATERIALES Y MÉTODOS

Los frutos de pimiento (Capsicum annuum L.) considerados en el estudio, se obtuvieron directamente en los mercados y zonas de producción en el municipio de Cajamarca (zona de bosque húmedo premontano, a 1.800 m.s.n.m. con 18.3°C y precipitación media anual de 1.281mm). Se visitaron proveedores, comercializadores, tiendas y supermercados donde se identificó la calidad y estados de madurez de los frutos. Se adelantó un muestreo sistemático siguiendo criterios de muestreo aleatorio simple (MAS), colectando 30 unidades en cinco estados de madurez, en cada caso considerando los criterios para el tamaño, color, variedad y procedencia, las unidades muestreadas se dispusieron en canastillas plásticas con bordes redondeados, debidamente rotulados.

Las canastas se acondicionaron y trasportaron a los laboratorios de poscosecha de la Universidad del Tolima donde se adelantaron las pruebas analíticas, establecidas en la literatura. (Gallego 1996). Los parámetros considerados en el trabajo correspondieron con mediciones para pH. Sólidos solubles, acidez total (como ácido cítrico),

Elaboración y estudio analitico de las propiedades fisicoquímicas asociadas a la harina de pimiento (Capsicum annuum)Jorge Enrique Palomino Andrade • Henry Alexander Váquiro Herrera D. • Guillermo Salamanca Grosso • Alicia Rios Hurtado

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consistencia, tamaño, peso, longitud y diámetro; además se incluyeron determinaciones para el índice de respiración y el rendimiento para el extracto etéreo del pimentón secado y molido.

El pericarpio de los frutos rojos (estado de madurez 4), fue cortado en rodajas cuyo diámetro y espesor promedio fueron de 0.60x 2.50 cm, que fueron sometidos a secado durante 12h, en un ambiente equivalente al 76.3% de humedad relativa y una temperatura de operación promedio al interior del secador de 54±2 °C. El área media de los cilindros sometidos a secado fue de (5.06 ± 0.47) cm2, con un radio medio de (1.27± 0.60) cm, para un volumen de (3.01±1.12) cm3 es decir 3.07±1.15 g de peso. El área total de la unidad de secado para cinco (5) bandejas es de 3.419cm2, para una superficie de 683.9cm2/bandeja.

En el secado, se usó la unidad de desecación circular tipo Nesco™ (American Harvest. USA). De manera gradual y con intervalos de una hora se retiraron muestras del producto contenido en el interior de las cámaras y se almacenaron en bolsas ziploc Jonhson 17.8x26.3cm; a continuación se estimó el contenido de humedad usando una balanza para humedad analítica tipo Precisa 450. Los valores observados se transformaron a humedad absoluta (Kg de agua/ Kg de sólido seco) usando la expresión:

[ ],

donde W es la humedad absoluta del producto (Kg de agua/Kg de sólido seco) y H el porcentaje de humedad puntual relativo para el producto en base.

La temperatura del producto a la entrada fue de (25±2°C) y en el tiempo cero la temperatura en la cámara osciló en 50±2°C. Se realizaron ensayos por triplicado para determinar la curva y velocidad de secado. El proceso consistió en tomar pimientos rojos y realizar una inmersión durante 5 minutos en una solución de hipoclorito al 1% para eliminar microorganismos presentes en la superficie. Luego se lavaron los frutos con abundante agua. Se retiraron las semillas, pedúnculos y material inerte, dejando libre el pericarpio, el cual se cortó en rodajas, para facilitar las operaciones de trasferencia de calor.

El pimiento seco (pimentón) se redujo de tamaño en un molino de cuchillas Thomas Wiley. Las particulas obtenidas

se homogenizaron usando un conjunto de tamices normalizados de diferentes diámetros acoplados a un vibrador Prüfsiebring A VEB, (Metallweberei Nuustadt/Oria DDR). El tamiz más pequeño se dispuso en el fondo y el mayor en la parte superior. Las partículas retenidas sobre cada tamiz se retiraron y pesaron; las masas de los incrementos individuales sobre cada tamiz se convirtieron en fracciones másicas de la muestra total McCabe(7). Al iniciar la reducción de tamaño en el molino de cuchillas, las rodajas circulares de pimiento seco tenían un espesor y un diámetro promedio de 5.90 x 25.4 µm respectivamente.

La operación de lixiviación se realizó con el pimentón molido, se uso un rotavapor Buchi R-114, dispuesto con control integrado de revoluciones y acoplado a un sietema de vacio B-169 y baño termostatado B-480. El sistema de agitación se mantuvo en 30 revoluciones por minuto. El balón después se acoplo al rotavapor y se dejo en contacto íntimo durante 1h a temperatura ambiente promedio de 25°C. Transcurrido el tiempo de contacto intimo, se dejo sedimentar la solución por 10 minutos, se separó la corriente de suspensión del líquido (solución lixiviada), que se concentro al vació (-0.25 atm y 50 ºC), ésta operación se repitió hasta lograr la lixiviación del 96% de la fracción presente en la matriz de sólidos inicial. La determinación de las relaciones de equilibrio y etapas reales de la lixiviación cruzada se realizó conforme a los criterios de Geankoplis 1994 y Navarro 1993.

Las estimaciones relacionadas con las propiedades térmicas se realizaron siguiendo los modelos de Choi y Okos (McCabe Wetl 2000), usando la herramienta de cálculo elaborada por Salamanca y Osorio (salamanca et l 2002), para la estimación de parámetros térmicos de alimentos colombianos. Las determinaciones complementarias sobre tamaño y forma de partícula se realizaron usando técnicas estereoscópicas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El fruto de Capsicum annuum, se clasifica como una baya, que puede tener forma de bloque, rectangular y/o cónica. Posee un gran número de semillas que se encuentran adheridas en el centro del fruto, son de color crema y de forma aplanada. Los frutos de pimiento se pueden cosechar una vez trascurrido un período equivalente a 80 y 110 días después del transplante, período para el cual los frutos han alcanzado el color y el tamaño suficiente.

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Después de analizar las diferentes propiedades del fruto de pimiento durante su período de poscosecha, tomando el estado de madurez (0) que representa los frutos verdes, hasta el estado (4) de frutos rojos, se lograron obtener resultados útiles para su evaluación práctica; los parámetros tipo observados en cada uno de los estados de madurez, se recogen en la tabla 2.

____________Tabla 2. Carta de propiedades prácticas de pimiento Capsicum annuum.

Propiedad Estado 0 Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4

Penetrometría(Kg/cm2) 6.00 6.10 6.00 5.90 5.80

pH (20ºC) 4.79 4.82 5.16 5.72 5.86ºBrix (%) 4.70 5.60 5.80 6.00 6.70Acidez (%Áci. Cítrico) 0.840 0.407 0.270 0.160 0.137

Intensidad respiratoriamg CO2/Kg h

46.2 46.3 45.2 46.6 47.8

%Humedad 93.3 92.4 94.1 91.1 90.7

Los índices de consistencia observados en las muestras analizadas y cosechadas en distintos estados de madurez en Kg/cm2 oscilaron entre 6.00 (estado 0) a 5.80 (estado 4) éste mismo comportamiento se observó en el caso de la acidez total, que resulto inverso para el contenido de sólidos solubles totales (4.70 a 6.70%). La fracción lipídica no volátil fue de (0.50±0.11)% y que se incrementa hasta 4.40±0.50% en la fracción seca; en la ORP ésta misma fracción corresponde al (4.18±1.1)% del total. Este valor es ligeramente más bajo si se tiene encuenta la misma fracción en otras ORP comerciales. En la evaluación fisiológica de los frutos de pimiento, se observó un descenso de la actividad respiratoria. El fruto al inicio de la colecta, presenta un índice de respiración de (62.4±5.36) mg CO2/kg*h, que va descendiendo hasta aproximadamente (42.5±1.63) mg CO2/Kg*h en los días 8 y 9. Este comportamiento luego de éste período de tiempo, presenta un ligero aumento de que va desde los (42.5 ±1.63) a (44.1±2.60) mg CO2/Kg*h a 25°C. En ésta ultima fase, el pericarpio del fruto es rugoso y blando. La intensidad respiratoria final de los frutos rojos del estado (4) luego de 10 días de cosecha es de 47.8 mg CO2/Kg*h.

El secado con aire caliente es un proceso que presenta una transferencia de calor por convección y un contacto

directo de la sustancia con el aire caliente en el cual tiene lugar la evaporación. Para que la operación se realice eficientemente, se requiere establecer las condiciones básicas del proceso como son: temperatura, humedad relativa del aire de secado, flujo de aire, tamaño y forma del producto. Otros resultados experimentales observados para el pericarpio el pimiento fresco y la harina se recogen en las tablas 3 y 4. Vale indicar que los cilindros sometidos a secado se reducen y contraen por el efecto de la perdida de humedad y turgencia. En la figura 1 se muestra el perfil para el contenido de humedad y los sólidos secos durante el secado.

____________Tabla 3. Composición de la parte comestible del pimiento rojo en estado (4) y propiedades térmicas del pimiento.

Parámetro g/100g Propiedad Valor

Humedad 90.7±2.2 Densidad (Kg/m3) 1.207

Proteína 0.70±0.10 Calor específico (j/KgºC) 3.945

Extracto Etéreo 0.50±0.11 Conductividad térmica (W/m K) 0.586

Carbohidratos 6.70±1.20 Difusividad térmica (m2s)x 10-7 1.432

Fibra 0.90±0.21

Ceniza 0.50±0.02

Conforme a los criterios relativos a las propiedades térmicas de los alimentos, los calores específicos para la materia prima al inicio y finalización del proceso de secado alcanzan valores de 1.6547 y 1.6678 Kj/Kg°C respectivamente a 25 y 30.6°C que son las temperaturas de entrada y salida del producto de la unidad de secado. Las entalpías en ese mismo orden son del orden de 41.367 y 51.035 Kj/Kg de sólido seco. El calor requerido para el secado del pimentón es de 1.0635 Kj.

____________Tabla 4. Composición y propiedades térmicas de la harina de pimentón.

Parámetro g/100g Propiedad Valor

Humedad 18.1±2.3 Densidad (Kg/m3) 1376

Proteína 6.20±0.12 Calor específico (j/KgºC) 2112

Extracto Etéreo 4.40±0.50 Conductividad térmica (W/m K) 0.320

Carbohidratos 59.0±1.70 Difusividad térmica (m2s)x 10-7 1.032*

Fibra 7.90±0.80

Ceniza 4.40±0.05


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______Figura 1. Evolución típica para la evolución en el contenido de humedad y los sólidos secos de frutos de Capsicum annuum (rojo estado 4) durante el secado.

El proceso de secado bajo las condiciones experimentales es de 7 horas, en un modelo en el cual se observa la pérdida de humedad de manera drástica en las dos primeras horas de operación pasando de 10.94 a 3.987Kg de agua/Kg de sólido seco. En las 12h de operación el valor de la humedad del producto es 0.230Kg de agua/Kg de sólido seco; la disminución en el contenido de humedad final solo es de 0.060Kg de agua/Kg de sólido seco.

El análisis diferencial para las partículas de pimenton en las etapas posteriores al secado, la molienda y el tamizado se representan conforme a la fracción másica en µm y al diametro de partícula y tamaño de partícula efectivo figura 1, 2 y 3. La masa retenida por µm en el tamiz y el diámetro de la partícula Dpi, indican la ausencia de particulado con diámetro inferior a 45 µm; todas las partículas que se obtienen de la operación unitaria de reducción de tamaño en el molino de cuchillas se encuentran en un rango de diámetro de partícula de 45 a 1600 µm. La mayor fracción másica por µm observada es de 17.3x10-4 µm, que se obtiene de los tamices con tamaño de malla de 45-395 µm. La evaluación estereoscópica de las partículas generadas en las fases de secado y moltura, correspondieron a láminas rectangulares, que facilitan la aglomeración al ganar humedad del medio, pues exhiben propiedades

hiroscópicas. Esta propiedad facilita la aglomeración de particulas más pequeñas en un tiempo no inferior a 30 horas, obedece al contenido de azucares en las particulas. El fenómeno se genera por aglomeración y es facilitado por cohesión. El pimenton seco con un alto contenido de azucares y pigmentos, presentan habilidad para su rehidratación debido a su alta área específica, facilitando así su redistribución interna con variaciones en el tamaño de la partícula.

______Figura 2. Representación de la fracción másica por tamaño y el diámetro de partícula observado tras las operacones de molienda y tamizado.

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____________Figura 3. Representación del análisis diferencial ajustado para el intervalo de tamaño del incremento.

Tiempo(h)

NPorcentaje de extracción (%)

Grado de lixiviación (%)

0 3 0,00 ± 1.1 0.001 3 45.0 ± 1.0 45.0 2 3 28.3 ± 1.2 73.33 3 10.2 ± 1.0 83.74 3 6.50 ± 0.80 90.25 3 5.00 ± 1.2 95.0

Los contenidos de los nutrientes mayoritarios se concentran en la harina por la deshidratación sufrida en la operación de secado y en un grado muy pequeño en la molienda,

haciendo de la harina de pimentón un alimento de estupendas características colorantes y de condimento. Sin embargo, su contenido de humedad del 18,1% y de carbohidratos del 59,0% generan la aglomeración de las partículas laminares a gránulos de mayor tamaño, exponiendo la parte interna del pericarpio rica en azucares y dejando al interior la corteza del pericarpio la cual contiene bastante licopeno, esto es favorable para la operación de lixiviación en la extracción de ORP, pero puede presentar inconvenientes en la molienda.

Desde el punto de vista de las propiedades térmicas y la densidad asociada al pimentón se ve significativamente transformada cuando se obtiene harina de pimentón. El calor específico, la conductividad térmica y la difusividad térmica disminuyen, esto como resultado de las pérdidas de humedad. El coeficiente de contracción volumétrico (Sb) es de la forma Sb=0.14+0.935(X/X0), donde X y X0

representan la fracción de sólidos iniciales y finales.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su gratitud a la Universidad del Tolima y las Facultades de Agronomía con su programa de Ingeniería Agroindustrial, la Facultad de Ciencias Básicas, por haber facilitado las condiciones para realización de este trabajo. A la Corporación Heraion y su grupo de trabajo.

LITERATURA CITADA

�� CCI. Sistema de Información estratégica del sector agroalimentario – SIESA-.2001. Ficha Tecnológica del pimentón,

�� VILLAMIZAR F. 1995. “Frutas y hortalizas: Manejo tecnológico poscosecha”. SENA. Santefé de Bogotá. 84p.

�� NAVARRO, Albaladejo F. COSTA Garcia, J. 1993.“La Oleorresina de Pimentón”. Universidad de Murcia. Secretariado de publicaciones, 20-21p.

�� GALLO, Pérez Fernando. 1996. “Manual de fisiología, patología poscosecha y control de calidad de las frutas y hortalizas”. Convenio SENA-Reino Unido. Armenia. Colombia.

�� BERNAL, I. 1994. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Colección Julio Carrizosa Valenzuela No. 2. Universidad Nacional de Colombia. Santafé de Bogotá. 313p.

�� GEANKOPLIS, C.J. 1999. “Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias”. CECSA 3ª Ed. 579-619p, 773-815p, 884p, 928-938p;


elaboracion y estudio analítico de las propiedades fisicoquimicas asociadas al pimiento

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