tesis final dsc arroz
TRANSCRIPT
-
ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL
Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la
Produccin
Anlisis de Propiedades Trmicas durante Gelatinizacin en tres
variedades de arroz INIAP aplicando el Calormetro Diferencial de
Barrido (DSC)
TESIS DE GRADO
Previo a la obtencin del Ttulo de:
INGENIERAS EN ALIMENTOS
Presentada por:
Victoria Carolina Coello Ortiz
Cecilia Cristina Garcs Barcia
GUAYAQUIL ECUADOR
Ao 2012
-
AGRADECIMIENTO
Agradecemos al personal del LEMAT por haber
colaborado incondicionalmente a lo
largo de nuestro proyecto.
A nuestra tutora de tesis, la Ing. Fabiola Cornejo que
nos orient y alent siempre para poder realizar
con xito este proyecto.
Y a todos aquellos amigos, compaeros y conocidos
que confiaron en nosotras y estuvieron dispuestos a
brindarnos su apoyo
Victoria y Cecilia
-
DEDICATORIA
A DIOS, por llenarme de bendiciones al ponerme en
el camino a personas maravillosas y por siempre darme la fuerza necesaria
para seguir adelante.
A mis padres y hermanos por su confianza y apoyo
fundamental durante toda mi vida, por ensearme
que con empeo y perseverancia se puede lograr cualquier objetivo
propuesto.
Victoria
-
DEDICATORIA
A DIOS por darme todo lo que tengo y guiarme en
todos los pasos que doy.
A MI FAMILIA por ser el pilar de mi vida, llenarme
de amor y confiar plenamente en m.
Cecilia
-
TRIBUNAL DE GRADUACIN
Dr. Klber Barcia V. Ing. Fabiola Cornejo Z. DECANO DE LA FIMCP DIRECTORA DE TESIS
PRESIDENTE
Ing. Rodrigo Perugachi B. VOCAL
-
DECLARACIN EXPRESA
La responsabilidad del contenido de esta Tesis de
Grado, nos corresponde exclusivamente; y el
patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA
SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL
(Reglamento de Graduacin de la ESPOL).
Victoria Carolina Coello O. Cecilia Cristina Garcs B.
-
II
RESUMEN
La finalidad de este trabajo investigativo fue caracterizar tres variedades
de arroz ecuatoriano midiendo las propiedades trmicas que ocurren
durante la gelatinizacin del almidn. Para poder estudiar el
comportamiento de sus cadenas polimricas, se realiz un anlisis por
Calorimetra Diferencial de Barrido que permiti medir la cantidad de
energa necesaria para que ocurra el proceso de gelatinizacin e
identificar los eventos de las propiedades trmicas durante sta transicin.
Inicialmente, se diseo un protocolo de uso para el Laboratorio de
Ensayos Metrolgicos y de Materiales (LEMAT) del equipo Calorimtrico
DSC Q200. Este protocolo abarc los procedimientos especficos para el
correcto funcionamiento del equipo: acondicionamiento, calibracin y
ensayo de muestra de harina. El acondicionamiento que se realiz fue
para eliminar cualquier tipo de humedad dentro de la celda donde se
realiza el anlisis, y para estabilizar el sistema DSC-LNCS (Equipo de
Enfriamiento por Nitrgeno Lquido); la calibracin se llev a cabo con la
-
III
celda del equipo vaca, con dos discos de zafiro estndar colocados
directamente en los sensores de la celda y con indio, para calibrar
resistencia y capacitancia, flujo de calor y temperatura, lo que permite que
los resultados obtenidos sean ms confiables. Los parmetros tomados
para el acondicionamiento y la calibracin estuvieron basados en los
segmentos utilizados durante la experimentacin.
Las muestras que se analizaron fueron harina de arroz de tres variedades:
INIAP 14, 15 y 17. Todas las muestras fueron analizadas por triplicado y
evaluadas frente a un patrn de referencia (cpsula hermtica vaca)
dentro del equipo a una velocidad de calentamiento de 5C/min desde 20
a 130C. Las propiedades trmicas de gelatinizacin que se analizaron en
cada variedad fueron: temperatura inicial, temperatura del pico
endotrmico, temperatura final, diferencial de entalpa e intervalo de
gelatinizacin.
Los resultados estadsticos obtenidos a travs de un anlisis de varianza,
indic que si existe diferencia significativa entre las propiedades trmicas
de gelatinizacin con un 95% de confianza.
Se evidenci que para la temperatura inicial de gelatinizacin y para el
intervalo de gelatinizacin la variedad INIAP 17 result significativamente
-
IV
diferente a las dems. Para la temperatura de gelatinizacin (pico
endotrmico) slo existi diferencia significativa entre las variedades de
INIAP 15 y 17. Para la temperatura final, las nicas muestras que se
mostraron significativamente diferentes fueron las variedades de INIAP 14 y
15. Tambin se pudo observar que para los valores de diferencial de entalpa
no existi diferencia significativa.
Con los resultados obtenidos durante gelatinizacin se pudo estimar que la
variedad de arroz INIAP 17 present menor contenido de amilosa debido a
que tuvo menor temperatura de gelatinizacin que las otras dos variedades
de arroz.
Los resultados de esta tesis permitirn establecer posibles aplicaciones
tecnolgicas de las variedades de arroz estudiadas. Adems, en base al
protocolo que se cre, se conseguir promover el uso del DSC en muestras
alimenticias permitiendo al laboratorio de LEMAT de la ESPOL incrementar
su oferta de servicios al sector productivo.
-
V
NDICE GENERAL
Pg.
RESUMEN .................................................................................................... II
NDICE GENERAL ......................................................................................... V
ABREVIATURAS ......................................................................................... VII
SIMBOLOGA ............................................................................................... IX
NDICE DE FIGURAS .................................................................................... X
NDICE DE TABLAS .................................................................................... XII
INTRODUCCIN ............................................................................................ 1
CAPTULO 1
1. PROBLEMA ................................................................................................. 3
1.1. Planteamiento del problema .............................................................. 3
1.2. Justificacin del problema ................................................................. 5
1.3. Hiptesis del problema ...................................................................... 6
1.4. Objetivos ........................................................................................... 7
CAPTULO 2
2. FUNDAMENTO TERICO .......................................................................... 9
2.1. Calorimetra ....................................................................................... 9
2.1.1. Tipos de Calormetros ............................................................... 11
2.2. Calorimetra Diferencial de Barrido (DSC) ....................................... 12
2.2.1. Termograma de Calormetro Diferencial de Barrido (DSC) ....... 15
-
VI
2.2.2. Factores que afectan las curvas de Calormetro Diferencial de
Barrido (DSC)...................................................................................... 30
2.2.3. Aplicaciones del Calormetro Diferencial de Barrido (DSC) en
Alimentos ............................................................................................ 31
2.3. Gelatinizacin del almidn ............................................................... 32
CAPTULO 3
3. MATERIALES Y MTODOS ..................................................................... 45
3.1. Determinacin de Metodologa para el Uso del Calormetro
Diferencial de Barrido del Laboratorio de Materiales de la ESPOL en
muestras de harina ................................................................................. 45
3.2. Calibracin del Equipo ..................................................................... 50
3.3. Preparacin de la Muestra .............................................................. 52
3.4. Determinacin de las propiedades trmicas durante gelatinizacin en
tres variedades de arroz ecuatoriano ..................................................... 55
3.5. Protocolo de Uso del DSC del Laboratorio de Materiales de la
ESPOL en muestras de harina ............................................................... 56
3.6. Descripcin del Mtodo Estadstico aplicado .................................. 60
CAPTULO 4
4. RESULTADOS Y ANLISIS ...................................................................... 61
4.1. Anlisis estadstico de las propiedades trmicas durante
gelatinizacin en tres variedades de arroz ecuatoriano ......................... 61
4.2. Anlisis Crtico del uso del equipo DSC en la industria de alimentos ..
..................................................................................................... 78
CAPTULO 5
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................. 87
BIBLIOGRAFA
ANEXOS
-
VII
ABREVIATURAS
DSC: Calormetro Diferencial de Barrido
ESPOL: Escuela Superior Politcnica del Litoral
INIAP: Instituto Nacional Autnomo de Investigaciones Agropecuarias
vs: Versus
Pg.: Pgina
TGA: Termogravimetra
DTA: Anlisis Trmico Diferencial
TMA: Anlisis Termomecnico
T: Temperatura
TA: Anlisis Trmico
SDT: Simultneo Calormetro Diferencial de Barrido y
Termogravimetra
V.: Velocidad
Ec. Ecuacin
C: Grados centgrados
C/min: Grados centgrados por minuto
K: Grados Kelvin
Tg: Temperatura de transicin vtrea
Tcr: Temperatura de cristalizacin
Tm: Temperatura de fusin
Xs: Concentracin de soluto
Tg: Temperatura de inicio de transicin vtrea
Tm: Temperatura de fusin de hielo
TE: Temperatura Eutctica
FCNC: Fase Concentrada no Congelada
Tgs: Mxima temperatura de transicin vtrea
Tgw: Temperatura terica del agua pura
-
VIII
H: Diferencial de entalpa
To: Temperatura inicial de gelatinizacin
Tp: Temperatura de gelatinizacin
Tc: Temperatura final de gelatinizacin
Hp o Ig: Intervalo de gelatinizacin
LNCS: Sistema de enfriamiento con nitrgeno lquido
mg: Miligramo
BSS: Base en Slidos Secos
SS: Slidos Secos
C/h: Grados centgrados por hora
cal/gg: Caloras por gramo
p/p: Relacin peso-peso
mJ/mg: Milijoule por miligramo
J/g: Joule por gramo
W/g: Watt por gramo
-
IX
SIMBOLOGA
H0: Hiptesis Nula
H1: Hiptesis Alterna
L: Microlitro
q: Calor
t: Tiempo
q/t: Flujo de Calor
T: Variacin de Temperatura
J/s: Joule por segundo
T /t: Velocidad de calentamiento
Cp: Capacidad Calorfica
%: Porcentaje
Pa.s: Pascales por segundo
-
X
NDICE DE FIGURAS
Pg.
FIGURA 2.1 Modalidad del equipo para anlisis diferencial de barrido (DSC)
.................................................................................................. 12
FIGURA 2.2 Esquema del equipo de monitoreo del calormetro diferencial de
barrido ....................................................................................... 15
FIGURA 2.3 Representacin del flujo de calor ............................................. 16
FIGURA 2.4 Etapas de un polmero: temperatura de transicin vtrea ......... 18
FIGURA 2.5 Etapas de un polmero: temperatura de cristalizacin .............. 21
FIGURA 2.6 Etapas de un polmero: temperatura de fusin ......................... 22
FIGURA 2.7 Termograma de un polmero .................................................... 24
FIGURA 2.8 Diagrama de cambios de fase .................................................. 26
FIGURA 2.9 Composicin y estructura del grnulo de almidn. ................... 36
FIGURA 2.11 Propiedades trmicas durante gelatinizacin ......................... 43
FIGURA 3.1 Equipo DSC Q200 TA Instruments. .......................................... 47
FIGURA 3.2 Ubicacin de las cpsulas dentro de la celda .......................... 47
FIGURA 3.3 Equipo DSC Q200 conectado al tanque de enfriamiento y de
purga......................................................................................... 48
FIGURA 3.4 Ventana de software del DSC Q200......................................... 49
FIGURA 3.5 Uso del sistema de enfriamiento con nitrgeno lquido (LNCS)57
FIGURA 3.6 Calibracin del equipo DSC Q200 ............................................ 58
FIGURA 3.7 Experimentacin en muestras de harinas usando el equipo DSC
Q200. ........................................................................................ 59
FIGURA 4.1 Termograma de INIAP 14 ......................................................... 62
-
XI
FIGURA 4.2 Termograma de INIAP 15 ......................................................... 62
FIGURA 4.3 Termograma de INIAP 17 ......................................................... 63
FIGURA 4.4 Grfico de medias de temperatura inicial de gelatinizacin (To)
de tres variedades de arroz ecuatoriano................................... 65
FIGURA 4.5 Grfico de medias de temperatura de gelatinizacin (Tp) de tres
variedades de arroz ecuatoriano. ............................................. 68
FIGURA 4.6 Grfico de medias de temperatura final de gelatinizacin (Tc) de
tres variedades de arroz ecuatoriano. ...................................... 71
FIGURA 4.7 Grfico de medias de diferencial de entalpa (H) de tres
variedades de arroz ecuatoriano .............................................. 74
FIGURA 4.8 Grfico de medias de intervalo de gelatinizacin (Ig) de tres
variedades de arroz ecuatoriano .............................................. 76
-
XII
NDICE DE TABLAS
Pg.
TABLA 1. Muestra de alimentos tpicos y sus aplicacin en el DSC. ............ 32
TABLA 2. Peso de muestras ......................................................................... 54
-
1
INTRODUCCIN
El cultivo de arroz representa la produccin ms importante de nuestro pas,
en los ltimos aos el sector arrocero ha incrementado la produccin de
arroz en gran medida gracias a que se han desarrollado nuevas variedades
en el Ecuador. El Instituto Nacional Autnomo de Investigaciones
Agropecuarias (INIAP) es el que ha tomado esta labor de investigar e innovar
con diferentes materias primas que son cultivadas en nuestro pas con fines
tecnolgicos. En el 2010 hubo una sobreproduccin de arroz y no se
presento una alternativa que permita aprovechar este excedente de materia
prima, encontrar la alternativa para poder manejar este excedente no es fcil,
por ello es importante definir todas las propiedades fsico-qumicas del arroz,
y en base a ello establecer los usos especficos que podra tener como un
ingrediente al ingresar a un proceso industrial.
El almidn juega un papel importante en las propiedades fisicoqumicas de la
harina de arroz, en efecto la interaccin almidn-agua define las propiedades
viscoelsticas de la harina cuando sta se expone al calor. La estructura del
-
2
almidn va cambiando parcialmente hasta perder totalmente su organizacin;
en todo este proceso se pueden observar diferentes cambios de fase del
almidn, los cuales permiten caracterizar el grano de arroz.
Encontrar una aplicacin a las caractersticas tecnolgicas del arroz depende
en parte de sus propiedades trmicas definidas durante los cambios de fase.
Sin embargo, en el da a da las industrias de nuestro pas eligen el grano de
arroz segn el aspecto que presenten, ms no por sus propiedades trmicas,
stas propiedades podran ayudar a seleccionar la materia prima adecuada
para desarrollar productos de calidad a base de arroz.
Esta tesis propone un anlisis de cambios de fase durante la gelatinizacin
del almidn en tres variedades de arroz que se cultivan en nuestro pas
haciendo uso de un equipo que es el Calormetro Diferencial de Barrido para
poder caracterizar el grano.
-
3
CAPTULO 1
1. PROBLEMA
1.1. Planteamiento del problema
El Instituto Nacional Autnomo de Investigaciones Agropecuarias
(INIAP) desde 1968 ha investigado, generado y proporcionado
variedades y tecnologa para la actividad arrocera del pas,
contribuyendo a cambios tecnolgicos en el sector. El
mejoramiento gentico ha sido el principal objetivo, por lo que se
han generado algunas variedades de arroz. La precocidad,
resistencia a plagas y enfermedades, calidad molinera y culinaria
y mayor rendimiento han sido los factores de seleccin aplicados
(1).
-
4
A nivel industrial, cuando se elige el grano de arroz se lo hace
por lo general segn sus caractersticas fsicas, por ejemplo
como grano largo, extra largo, mediano, quebrado, entre otros.
No hay una eleccin por el tipo de funcin que cumpliran durante
un proceso de transformacin de materias primas; donde el
componente protagonista del arroz, que es el almidn sufre
cambios que afectarn la estructura del producto final.
Una de las reas que requiere mayor atencin, es la prediccin
de las propiedades del producto final a partir de las
caractersticas de la materia prima durante el proceso de
fabricacin. Este grado de prediccin podra lograrse despus de
entender los mecanismos que describan las interacciones y los
cambios fsico-qumicos y estructurales de la materia prima bajo
distintos tratamientos (2).
El problema que hemos planteado es que no se ha caracterizado
el arroz en base a sus propiedades trmicas, es decir, un grano
con caractersticas definidas que nos ayudarn a escoger la
mejor opcin de variedad al momento de la elaboracin de un
producto en particular.
-
5
1.2. Justificacin del problema
El arroz es el cultivo ms extenso del Ecuador, ocupa ms de la
tercera parte de la superficie de productos transitorios del pas
(3). En el 2010, hubo en el pas una sobreproduccin de arroz
afectando directamente al sector arrocero de las provincias de
Los Ros y Guayas principalmente, lo que provoc una
saturacin del grano en el mercado interno (4). Debido a la alta
produccin de arroz se busca promover el uso del grano de arroz
en la elaboracin de distintos productos.
El almidn es el componente que define las propiedades del
grano de arroz, dependiendo de stas propiedades, el almidn
puede servir como agente espesante para salsas, cremas y
rellenos de pasteles, estabilizantes coloidales de aderezo para
ensaladas; retencin de humedad para toppings en torta,
agentes formadores de gel para dulces de goma, aglutinantes
para obleas y conos de helado, y agentes de recubrimiento para
nueces sin cascara y dulces (5).
Para poder caracterizar las variedades de arroz es necesario
medir las propiedades trmicas del almidn de arroz con el fin de
comprender la funcionalidad que este tiene sobre un producto
-
6
alimenticio, esto permitir que la industria alimenticia optimice la
seleccin de sus materias primas buscando siempre mejorar la
calidad de los alimentos, adems de aprovechar en su totalidad
sus recursos alimenticios.
Todos los anlisis de las propiedades trmicas de harina de arroz
se realizaron a travs de tcnicas calorimtricas mediante el uso
del equipo Calormetro Diferencial de Barrido.
1.3. Hiptesis del problema
Ho: En promedio las propiedades trmicas durante la
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y 17
analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido son iguales.
vs
H1: En promedio al menos una de las propiedades trmicas
durante la gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15
y 17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido es
diferente.
-
7
1.4. Objetivos
Objetivo General
Analizar las propiedades trmicas que ocurren durante el
proceso de gelatinizacin en tres variedades de arroz
ecuatoriano INIAP 14,15 y 17 aplicando el Calormetro
Diferencial de Barrido.
Objetivos Especficos
- Describir el principio de funcionamiento del Calormetro
Diferencial de Barrido.
- Identificar las propiedades trmicas que ocurren durante la
gelatinizacin a travs del Calormetro Diferencial de Barrido
en harinas y almidn.
- Identificar una metodologa del Calormetro Diferencial de
Barrido aplicable al anlisis de harina de arroz con el equipo
DSC Q200.
-
8
- Establecer los parmetros de temperatura y velocidad de
calentamiento adecuados para identificar las propiedades
trmicas en la harina de arroz.
- Realizar los protocolos de uso del equipo DSC Q200 para el
Laboratorio de Ensayos Metrolgicos y de Materiales
(LEMAT).
- Realizar un anlisis estadstico de las propiedades trmicas
durante el proceso de gelatinizacin en tres variedades de
arroz ecuatoriano.
-
9
CAPTULO 2
2. FUNDAMENTO TERICO
2.1. Calorimetra
La calorimetra, etimolgicamente del latn calor y del griego
metrn (medida), se puede definir de manera sencilla como la
medida del calor. Debido a que los procesos fsicos, qumicos y
biolgicos generan o absorben calor cuando se llevan a cabo, la
medida del calor puede proporcionar informacin sobre la forma
como se desarrollan los mismos, informa si el proceso es
exotrmico (libera calor) o endotrmico (absorbe calor) y su
duracin. La calorimetra es entonces una tcnica, en la que se
mide de forma precisa cantidades de calor (6).
-
10
Los efectos del calor sobre los materiales pueden ser varios y
producir cambios en muchas de sus propiedades. En el anlisis
trmico, los cambios de peso configuran la base de la
termogravimetra (TGA), mientras que la medida de los cambios
de energa constituye la base del anlisis trmico diferencial
(DTA) y de la calorimetra diferencial de barrido (DSC). As por
ejemplo, la termogravimetra indica cundo una muestra pierde o
gana peso y cunto, mientras que el DTA y el DSC permite
observar si una reaccin o cambio fsico es endotrmico o
exotrmico, y a menudo es capaz de medir la variacin de calor.
Estas tcnicas se pueden aplicar al estudio de casi cualquier
sustancia; sin embargo, existen otra serie de propiedades que
tambin pueden ser medidas aunque las tcnicas a las que dan
lugar sean de aplicacin ms limitada. Por ejemplo, el anlisis
termomecnico (TMA), mide los cambios en las dimensiones de
un material en funcin de la temperatura. La termooptometra
estudia la variacin de alguna propiedad ptica de una muestra
durante el tratamiento trmico. Cuando la conductividad elctrica
se estudia en funcin de la temperatura, la tcnica se denomina
anlisis electrotrmico y se utiliza ampliamente en el estudio de
semiconductores y polmeros. La medida de la permitividad
-
11
elctrica (constante dielctrica) en funcin de la temperatura es
la base de las medidas de relajacin dielctrica. La variacin de
las propiedades magnticas de un material con la temperatura,
se puede estudiar por medio de la termomagnetometra. El
anlisis termo-mecano-dinmico es la tcnica trmica analtica
ms sensible para detectar transiciones asociadas al movimiento
en las cadenas de los polmeros (7).
2.1.1. Tipos de Calormetros
El calormetro es un instrumento cuyo funcionamiento
se basa en medir las cantidades de calor
suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir,
sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo,
as como para medir las cantidades de calor que
liberan o absorben los cuerpos en reacciones qumicas
o cambios fsicos (8). En el Anexo A se citan algunos
de los equipos calorimtricos basados en la tcnica de
Calorimetra Diferencial de Barrido, sta es la ms
comn para determinar transiciones de fase en
compuestos inorgnicos, polmeros y alimentos (9).
-
12
2.2. Calorimetra Diferencial de Barrido (DSC)
La Calorimetra Diferencial de Barrido consiste en evaluar las
transformaciones fsicas y qumicas en funcin de la cantidad de
calor que es suministrada a la materia. Esto se da debido a un
diferencial de entalpa que existe entre una cpsula que contiene
la muestra estudiada y otra cpsula vaca que sirve de
referencia.
FIGURA 2.1 MODALIDAD DEL EQUIPO PARA ANLISIS
DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC) (3).
En un Calormetro Diferencial de Barrido, la muestra problema y
el material de referencia se calientan en piletas metlicas de
calor, separadas pero idnticas como se puede observar en la
figura 2.1. Las temperaturas de la muestra problema y del
material de referencia se mantienen iguales variando la potencia
-
13
de los dos calentadores. El registro resultante es la diferencia de
potencia segn el calor agregado (10).
La Calorimetra Diferencial de Barrido es la tcnica ms comn
para determinar transiciones de fase en compuestos inorgnicos,
polmeros y alimentos. El Calormetro Diferencial de Barrido
proporciona un flujo de calor, a velocidad constante, a la muestra
y a un material de referencia de composicin conocida que se
sabe que no sufre cambios en el intervalo de temperaturas en
que se van a hacerse las determinaciones. La transmisin de
calor es instantnea, por eso se trabaja con muestras muy
pequeas. Las muestras se colocan en cpsulas que deben
estar cerradas hermticamente, lo que impide que se produzcan
cambios de humedad. Es muy importante que el contenido de
agua de las muestras permanezca constante antes de la
determinacin de la transicin, puesto que la cantidad de agua
tiene una gran influencia en la temperatura a la cual se produce
esta transicin. Lo que se registra es la diferencia en el flujo de
calor que hay que suministrar a la muestra y a la referencia para
mantener la misma temperatura en ambas. Si la muestra tiene
una capacidad calorfica mayor que la referencia, habr que
suministrarle ms calor para mantener las temperaturas: hay una
-
14
diferencia en el flujo de calor suministrado que es proporcional a
la diferencia de capacidades calorficas de la muestra y de la
referencia (9).
Funcionamiento del Calormetro Diferencial de Barrido
El Calormetro Diferencial de Barrido es un equipo que cuenta
con dos calentadores individuales y un controlador en el cual se
puede regular el flujo de calor y monitorear la temperatura. Para
llevar a cabo el experimento se necesita poner las cpsulas en
estos calentadores, en una cpsula se coloca la muestra
mientras que la otra se la deja vaca para utilizarla como
referencia (muestra inerte que no sufre cambios de fase). Al
calentarse ambas cpsulas, el programa de computadora se
asegura realizar el ensayo a la misma velocidad de
calentamiento. Ya que una cpsula permanece vaca mientras
que la otra contiene una muestra de polmero, se puede observar
que tanta energa extra se necesita para calentar la cpsula que
sujeta dicha muestra con respecto a la referencia; sta cantidad
de energa es medida mediante DSC y se ve reflejada a travs
de un grfico de flujo de calor vs temperatura conocido como
termograma, donde el rea bajo la curva representa la entalpa
-
15
(11). En la figura 2.2 se observa un esquema del funcionamiento
del Calormetro Diferencial de Barrido.
FIGURA 2.2 ESQUEMA DEL EQUIPO DE MONITOREO DEL
CALORMETRO DIFERENCIAL DE BARRIDO (11).
2.2.1. Termograma de Calormetro Diferencial de Barrido
(DSC)
En concreto se realiza una grfica a medida que
aumenta la temperatura. En el eje X se representa la
temperatura, mientras que en el eje Y se representa la
diferencia de calor entre los dos calentadores a una
temperatura dada. Para comprender el comportamiento
-
16
de la curva dentro del termograma, se describen sus
etapas de forma individual.
Capacidad calorfica
Cuando empieza el funcionamiento del equipo, la
muestra (polmero) y la referencia se empiezan a
calentar en las dos cpsulas, el equipo refleja el calor
absorbido por el polmero frente a la temperatura. La
grfica al inicio del calentamiento muestra un
comportamiento de manera constante tal como se
observa en la figura 2.3.
FIGURA 2.3 REPRESENTACIN DEL FLUJO DE
CALOR (11).
-
17
El flujo de calor esta dado en unidades de calor (J/s),
calor (q) suministrado por unidad de tiempo, lo que se ve
definido en la ecuacin 1. La velocidad de calentamiento
es proporcional a la temperatura (T) por unidad
de tiempo (t), segn se muestra en la ecuacin 2.
Ec.1
Ec.2
El flujo de calor (q/t) dividido para la velocidad de
calentamiento (T/t), nos permite obtener el calor
suministrado dividido por el aumento de la temperatura
(q/T), lo que tambin es conocido como capacidad
calorfica. En la ecuacin 3 se puede definir la capacidad
calorfica como la cantidad de calor que se necesita para
conseguir un aumento de temperatura.
Ec. 3
-
18
Temperatura de transicin vtrea
El Calormetro Diferencial de Barrido adems de
determinar la capacidad calorfica, nos permite medir las
etapas siguientes del polmero cuando se sigue
calentando. Despus de una cierta temperatura, la curva
se desplaza hacia arriba de repente, de la siguiente
manera como se muestra en la figura 2.4.
FIGURA 2.4 ETAPAS DE UN POLMERO:
TEMPERATURA DE TRANSICIN VTREA (11).
Esto significa que el flujo de calor va incrementando y
por ende la capacidad calorfica del polmero tambin
aumenta, lo cual sucede porque el polmero acaba de
-
19
pasar por la transicin vtrea. La transicin vtrea es una
caracterstica de slo la porcin amorfa de un slido
semicristalino. La porcin cristalina no cambia durante la
transicin vtrea. La temperatura a la cual existe este
cambio falso se denomina temperatura de transicin
vtrea (Tg), que es el punto donde se da la transicin en
la regin amorfa entre la fase vtrea y la fase gomosa o
cauchosa. El valor medido de Tg depende del peso
molecular del polmero, humedad, % de slidos, y de la
tasa de calentamiento o enfriamiento. Por ende si dentro
del proceso vara la temperatura o el contenido de
humedad en el producto esto provoca un cambio del
estado vtreo al estado cauchoso; es decir hay una
transicin de fases provocando cambios fsicoqumicos
importantes (11).
Los polmeros tienen una mayor capacidad de calor por
encima de la temperatura de transicin vtrea, debido a
este cambio en la capacidad de calor, podemos utilizar
DSC para medir la temperatura de transicin vtrea. El
cambio no se produce repentinamente, sino que tiene
lugar en un rango de temperatura.
-
20
Cristalizacin
Por encima de la transicin vtrea, los polmeros tienen
una gran movilidad, estos nunca se quedan en una
posicin durante mucho tiempo y cuando llegan a la
temperatura adecuada, han ganado la suficiente energa
para entrar en arreglos muy ordenados, lo que llamamos
cristales. Cuando los polmeros se disponen en esos
ordenamientos cristalinos, liberan calor y cuando este
calor se pierde, el pequeo calefactor controlado por
computadora que est bajo el platillo de la muestra,
realiza menos esfuerzo para suministrar calor y hacer
que la temperatura del platillo aumente. sta cada en el
flujo de calor puede verse como una gran depresin en la
curva de flujo de calor vs temperatura (figura 2.5).
La temperatura en el punto ms bajo de la depresin se
considera generalmente como la temperatura de
cristalizacin del polmero, o Tcr. El rea de la depresin
proporciona la energa latente de cristalizacin del
polmero, e indica si el polmero es realmente capaz de
cristalizar. Un polmero 100% amorfo como
el poliestireno atctico no muestra depresin, ya que
-
21
estos materiales no cristalizan. Adems, dado que el
polmero entrega calor cuando cristaliza, se dice que la
cristalizacin es una transicin exotrmica.
FIGURA 2.5 ETAPAS DE UN POLMERO:
TEMPERATURA DE CRISTALIZACIN (11).
Fusin
El calor puede permitir que se formen cristales en un
polmero, pero si se suministra demasiado calor puede
causar la destruccin del ordenamiento molecular. Al
seguir calentando el polmero ms all de su Tcr se llega
a la ltima transicin trmica que se denomina fusin.
Cuando alcanzamos la temperatura de fusin del
polmero Tm los cristales polimricos comienzan a
separarse, es decir, se funden. Las cadenas abandonan
-
22
sus arreglos ordenados y comienzan a moverse
libremente. Esta transicin tambin es analizada a travs
de las curvas del Calormetro Diferencial de Barrido.
FIGURA 2.6 ETAPAS DE UN POLMERO:
TEMPERATURA DE FUSIN (11).
Cuando se alcanza la temperatura de cristalizacin Tcr
se debe recuperar el calor que el polmero liber cuando
cristaliz. Cuando los cristales polimricos se funden
deben absorber calor (calor latente de fusin) y cuando
se alcanza la temperatura de fusin, la temperatura del
polmero no se incrementa hasta que se hayan fundido
todos los cristales, el pequeo calefactor que est debajo
del platillo de la muestra suministra una gran cantidad de
calor al polmero para fundir los cristales y para que la
temperatura siga aumentando a la misma velocidad que
-
23
lo hace la del platillo de referencia. Este calor extra
durante la fusin aparece como un gran pico en la curva
de DSC, lo que se puede observar en la figura 2.6.
El calor latente de fusin se obtiene midiendo el rea de
este pico. Se considera la temperatura en la parte
superior del pico como la temperatura de fusin del
polmero, Tm. Al haber suministrado energa para que el
polmero funda, se dice que la fusin es una
transicin endotrmica
Anlisis general de termograma
En general, al analizar la curva obtenida por el
Calormetro Diferencial de Barrido cuando el polmero se
somete a calentamiento, se puede observar un
desplazamiento hacia arriba que indica su temperatura
de transicin vtrea, luego una gran depresin cuando el
polmero alcanza su temperatura de cristalizacin, y
finalmente se observa un gran pico cuando el polmero
alcanza su temperatura de fusin; uniendo todo y
haciendo una curva completa, se forma la siguiente
grfica (figura 2.7):
-
24
FIGURA 2.7 TERMOGRAMA DE UN POLMERO (11).
Tg: temperatura de transicin vtrea, Tcr: temperatura de
cristalizacin, Tm: temperatura de fusin.
Sin embargo, no todas las fases estn presentes en cada
termograma, ya que esto depende de la estructura
qumica de cada polmero. La depresin que forma la
cristalizacin y el pico de fusin slo aparecen en los
polmeros capaces de formar cristales, y los polmeros
completamente amorfos no presentan ni cristalizacin ni
fusin.
Al observar atentamente la curva del Calormetro
Diferencial de Barrido se aprecia una gran diferencia
entre la transicin vtrea y las otras dos transiciones
trmicas: cristalizacin y fusin. En el caso de la
transicin vtrea no hay ninguna depresin ni ningn
pico, sto es porque durante la transicin vtrea no hay
-
25
calor latente; sin embargo, la fusin y la cristalizacin s
involucran entrega o absorcin de calor. Lo nico que se
distingue en la temperatura de transicin vtrea es un
cambio en la capacidad calorfica del polmero.
Cuando existe un cambio de capacidad calorfica, pero
no de calor latente involucrado en la transicin vtrea, se
trata de una transicin de segundo orden. Las
transiciones como la fusin y la cristalizacin, que s
tienen calores latentes, son denominadas transiciones de
primer orden (11).
Estos cambios de fase que se presentan en los polmeros
ocurren debido a la movilidad y ordenacin molecular, lo
que quiere decir que al momento de aplicar energa
dentro de un sistema se va a provocar cambios dentro de
la estructura del polmero debido al movimiento molecular
que ocurre.
En alimentos, los diagramas de estados son
considerados mapas que ayudan a determinar en qu
estado se encuentran en funcin del contenido de agua o
-
26
slidos y de la temperatura alcanzada. El uso de
diagramas de estado ayuda a establecer cmo influye la
composicin de un alimento en su estabilidad (12),
adems muestra cuando el sistema se encuentra en
estado de equilibrio, no equilibrio o metaestable (13). El
estado en que se encuentre un sistema alimenticio est
en funcin de su movilidad molecular que depende del
contenido de agua y el porcentaje de slidos.
Diagrama de Cambios de Fase
FIGURA 2.8 DIAGRAMA DE CAMBIOS DE FASE (13).
Tm: temperatura de fusin de hielo, Tg: temperatura de inicio
de transicin vtrea, Tgw: temperatura terica del agua pura,
Tgs: mxima temperatura de transicin vtrea, Xs:
concentracin de soluto
-
27
La figura 2.8 presenta un diagrama bsico que muestra
la estabilidad en el estado vtreo y los cambios
dependientes del tiempo en el estado gomoso a presin
constante. A medida que el contenido de humedad
aumenta (desplazndose a la izquierda del diagrama), la
temperatura de transicin vtrea (Tg) disminuye por el
efecto plastificante del agua, Xs es la concentracin de
soluto mxima alcanzada por concentracin por
congelacin, y cuando la concentracin de soluto es
inferior a Xs ocurre formacin de hielo debido a que
existe un mayor porcentaje de humedad. Tg es la
temperatura para el inicio de la transicin vtrea para la
zona de soluto mximamente concentrado por
congelacin, y Tm es la temperatura sobre la cual ocurre
fusin del hielo (14), ambas no coinciden exactamente
debido a que la transicin vtrea ocurre realmente en un
intervalo de temperaturas de 10-20C. En general la
mxima solidificacin solo puede obtenerse manteniendo
el sistema durante un tiempo a temperaturas entre Tg y
Tm (9).
-
28
La curva AB representa el equilibrio entre la solucin y el
hielo; se le llama curva de congelacin y cada punto de
ella relaciona la temperatura y la concentracin de soluto
(s) en el alimento. La curva BC muestra el equilibrio entre
la solucin y el soluto hidratado: la solucin en todo
punto de BC est saturada; se le denomina curva de
solubilidad.
Las curvas de congelacin y solubilidad se interceptan
en el punto eutctico B, en donde el hielo y el soluto
cristalizan simultneamente. La lnea eutctica que se
desplaza desde el punto Tm-B-C representa la
temperatura eutctica (TE) ms alta en la que se alcanza
la solidificacin mxima del sistema.
La cristalizacin del soluto debajo de temperatura
eutctica est muy limitada, pues en la fase concentrada
no congelada (FCNC) la cristalizacin se ve
obstaculizada por un incremento exponencial de la
viscosidad. Al continuar el enfriamiento la FCNC sufre un
proceso de transicin entre un estado lquido viscoso y
un estado vtreo.
-
29
Un vidrio se define como un slido metaestable que ha
retenido el desorden del estado lquido, de viscosidad
entre 1010 y 1014 Pa.s. En trminos cinticos la
temperatura vtrea (Tg) se define como aquella en la que
un material alcanza este rango de viscosidades.
Se puede observar que la lnea de congelacin y la de
solubilidad estn acompaadas de una curva de
transicin vtrea FED. El estado vtreo se forma en una
temperatura de transicin (punto E) inferior a la del punto
eutctico B. El contenido de agua en E es agua no
congelable. La temperatura de transicin desciende
desde Tgs del material amorfo puro hasta un valor
terico Tgw del agua pura (135C). Tgs es la mxima
temperatura de transicin vtrea y se ubica en la
prolongacin de la curva de equilibrio de congelacin y la
lnea de Transicin Vtrea (15).
De manera general en la figura 2.8 se puede apreciar los
estados de un sistema alimenticio que se ven
influenciados por el contenido de solutos y la
temperatura a la que se exponen. Algunos alimentos
-
30
pueden presentar diferentes condiciones a un mismo
rango de temperatura, se los puede observar como una
simple solucin en estado soluble o cauchoso, e incluso
formando cristales, dependiendo en gran medida de la
concentracin de solutos. As tambin dentro de este
sistema alimenticio cuando es sometido a baja
temperaturas empezar a formarse cristales de hielo
separados de la matriz de solutos que permanecen en
estado cauchoso hasta llegar a la lnea de temperatura
eutctica en donde la matriz de solutos se vitrifica. A
temperaturas muy bajas cuando existe un menor
porcentaje de agua, todo se vuelve vtreo debido a que
existe una mayor concentracin de solutos y la movilidad
molecular se considera estable.
2.2.2. Factores que afectan las curvas de Calormetro
Diferencial de Barrido (DSC)
Entre los factores que pueden afectar la curva de DSC
se encuentran:
-
31
Factores de tipo instrumental
* Velocidad de calentamiento
* Geometra de las clulas
* Tipo de sensor de temperatura
* Tipo de registro del termograma
Factores de la muestra
* Tamao de la muestra
* Grado de divisin de la muestra
* Empaquetamiento
* Control atmsfera ambiente
* Tratamiento previo
Factores de material de referencia (7).
2.2.3. Aplicaciones del Calormetro Diferencial de Barrido
(DSC) en Alimentos
La tabla 1 describe las aplicaciones ms comunes
dentro del rea de alimentos.
El proyecto de tesis se enfoca especficamente al
estudio de la fase de gelatinizacin que ocurre en la
harina de arroz mediante el DSC, al momento de
-
32
estudiar esta etapa podemos predecir el comportamiento
de la textura en productos alimenticios.
TABLA 1
MUESTRA DE ALIMENTOS TPICOS Y SUS
APLICACIN EN EL DSC (16).
Tipo de Muestra Tipo de Informacin
Aceites, grasas y alimentos untables
Temperatura inicial de Fusin/ Cristalizacin/ Comportamiento
Polimrfico. Estabilidad a la oxidacin.
Harinas y almidn de arroz
Retrogradacin/ Gelatinizacin/ Transicin Vtrea (Tg).
Polvos vegetales Transicin Vtrea (Tg)
Pastas y geles que contiene
polisacridos o gomas
Calor especfico (Cp), temperatura inicial de fusin y
cristalizacin.
Protenas Desnaturalizacin/agregacin
Azcares Temperatura de Cristalizacin/
Fusin/ Transicin Vtrea.
Productos Congelados
Transicin Vtrea/ Temperatura de Cristalizacin. Estabilidad
de fase congelacin.
Fuentes Bibliogrficas obtenidas en: PerkinElmer.
2.3. Gelatinizacin del almidn
Antes de referirse a la gelatinizacin en el almidn de harina
de arroz es necesario describir ciertas caractersticas del
grano de arroz y la importancia que tiene el almidn siendo su
mayor componente.
-
33
Arroz
El arroz es un cereal consumido mayormente como
grano entero y considerado como un alimento bsico en
nuestras comidas. La composicin qumica media del
arroz referida a 100 gramos es de: carbohidratos
(almidn) en un 79.9%, protenas 7.1%, fibra diettica
1.3%, grasa 0.7% y minerales 0.6%. Por lo tanto, el
principal componente es el almidn por lo que la
funcionalidad del arroz esta en base a ste (17).
Almidn
El almidn modifica la textura de los alimentos por lo que
industrialmente se usa como espesante, estabilizador
coloidal y adhesivo. Hay varios mtodos para
caracterizar el almidn y as seleccionar variedades de
arroz o genotipos que presenten propiedades
especficas.
El tamao del grnulo afecta a la composicin,
propiedades reolgicas y transiciones de fase
producidas al calentar una dispersin de almidn.
-
34
Adems, la prdida del orden de los componentes del
almidn, puede estar relacionada con cambios
irreversibles en sus propiedades, como hinchamiento,
formacin de pasta y disolucin (18).
Estructura del almidn
El almidn es un polmero semicristalino que est
compuesto por dos biopolmeros diferentes en su
estructura: amilosa y amilopectina en proporcin variable
dependiendo de la procedencia del mismo, en el caso
del almidn de arroz se encuentra 22% de amilosa y
78% de amilopectina aproximadamente(19), siendo la
amilopectina la molcula predominante en el almidn. La
amilosa es un polisacrido amorfo lineal compuesto por
ms de 4000 unidades de glucosa estructurado
enteramente por enlaces alfa 1-4 D-glucopironasa,
aunque se presenta algunas ramificaciones en este
polmero. Por otro lado, la amilopectina es un
polisacrido pseudocristalino altamente ramificado con
ms de 100.000 unidades de glucosa, compuesta por
-
35
segmentos unidos por enlaces alfa 1-4 glucosa
conectadas por ramificaciones de enlace alfa 1-6.
La amilopectina es la responsable de la estructura del
grnulo de almidn, el cual consiste de reas cristalinas
(cristales, micelas) y no cristalinas (amorfas, fase gel),
arregladas en capas concntricas. Las capas cristalinas
estn conformadas por dobles hlices de las
ramificaciones de la amilopectina, mientras que los
puntos de ramificacin estn en las zonas amorfas (20).
En la figura 2.9 podemos apreciar lo mencionado
anteriormente, el grnulo de almidn est formado por
amilosa (polmero lineal) y alimopectina (polmero
ramificado que tambin presenta parte lineal).
La mayora de las propiedades nicas del almidn
derivan del hecho de estar compuesto principalmente por
dos polmeros distintos formados por la unin de varias
molculas de glucosa.
-
36
FIGURA 2.9 COMPOSICIN Y ESTRUCTURA DEL
GRNULO DE ALMIDN. (a) Representacin esquemtica
de amilosa y amilopectina, y la estructura adoptada por las
cadenas constituyentes. (b) La relacin entre el grnulo de
almidn (imagen compuesta de grnulos de patatas, derecha)
y estructura de amilopectina. Laminillas cristalinas y amorfas
ordenadas para formar los anillos de crecimiento en el grnulo
de almidn. (21).
La funcionalidad del almidn en los sistemas alimenticios
se ha investigado a partir del estudio de las
-
37
modificaciones estructurales, las transiciones de fase y
las interacciones con otros constituyentes como un
polmero parcialmente cristalino plastificado por agua.
Los mtodos calorimtricos se han aplicado
extensivamente en el estudio de la estructura y las
transiciones de fase del almidn puro, y en sistemas
alimenticios complejos. La presencia en el grnulo de
almidn de las regiones molecularmente ordenadas, su
carcter metaestable (de no equilibrio) y sus interaccin
con los constituyentes alimenticios pueden comprobarse
por calorimetra diferencial de barrido a travs de
cambios en el flujo de calor durante el calentamiento de
una muestra en un rango de temperatura.
El principal cambio de fase que se presentan durante
este proceso es la gelatinizacin.
Temperatura de Gelatinizacin
La estructura del almidn tiene un comportamiento
complejo cuando est en contacto con el agua. Al estar
-
38
en contacto con agua fra el almidn es completamente
insoluble, al someterlo a calentamiento suceden
entonces modificaciones en su estructura, volvindose
soluble y ocurre un proceso llamado gelatinizacin.
La gelatinizacin es quizs la transicin ms importante
del almidn. Es una transicin de ordendesorden que
sufren los polmeros de almidn sometidos a procesos
de calentamiento lo cual tiene gran impacto en el
procesamiento, calidad y estabilidad de los productos
basados en almidn (5).
La gelatinizacin engloba varios acontecimientos; al
comienzo de este proceso las molculas de agua
difunden al interior de los anillos amorfos, stos se
expanden y aumentan varias veces su tamao. Las
molculas de almidn vibran rompiendo los puentes de
hidrgeno intermoleculares de las zonas amorfas de los
grnulos, ocurre entonces un hinchamiento por absorcin
progresiva e irreversible de agua que se liga a la
estructura; sin embargo los anillos semicristalinos
permanecen intactos sin variar de tamao. Durante el
-
39
hinchamiento, las molculas de amilosa presentes
mayoritariamente en los anillos amorfos lixivian al
exterior de los grnulos, el hinchamiento de los grnulos
da lugar a la formacin de una pasta (pasta de almidn)
de elevada viscosidad. En una segunda etapa del
proceso de gelatinizacin, despus de que la parte
amorfa se ha hidratado completamente, la parte cristalina
empieza a hidratarse y disminuyen el nmero y tamao
de regiones ordenadas, las agrupaciones de doble hlice
se descomponen desapareciendo la estructura cristalina
de las molculas de amilopectina, es decir, el
calentamiento provoca la fusin de los cristales de
amilopectina por lo que sta estructura semicristalina del
grnulo de almidn se transforma a una estructura
mayoritariamente amorfa. Finalmente, los grnulos de
almidn se desintegran disminuyendo la viscosidad al
volverse solubles completamente (9, 22, 23).
A nivel molecular durante la gelatinizacin ocurre un
colapso (interrupcin) de orden molecular dentro del
grnulo, ocurren cambios irreversibles en las
propiedades tales como: hinchamiento granular, prdida
-
40
de birrefringencia (prdida de la orientacin molecular),
prdida de la cristalinidad (prdida de la estructura de la
doble hlice), el desarrollo de viscosidad y solubilizacin.
Los cambios que ocurren en la transicin estn
influenciados por factores intrnsecos como tipo de
almidn, tamao de los grnulos, etctera, y por factores
extrnsecos, como la velocidad de calentamiento, el
contenido de humedad, el dao mecnico de los
grnulos, la historia trmica de la muestra y las
condiciones de extraccin del almidn, entre otras. Para
la transicin se requiere un porcentaje de agua mayor al
30% y una temperatura entre 60 y 75C, valor que
depende de la fuente de origen del almidn. Por lo tanto,
la gelatinizacin ocurre en un rango angosto de
temperatura, para altos niveles de humedad, lo cual
implica que la fusin de los cristales asociados con la
gelatinizacin ocurre en un proceso simultneo, mientras
que para limitado porcentaje de humedad, el
hinchamiento inicia primero en los grnulos de menor
tamao reduciendo la disponibilidad de agua para los
-
41
grnulos de mayor tamao, retardando la finalizacin del
proceso (22).
La evaluacin de los cambios en la microestructura de
los almidones durante la gelatinizacin se realiza
mediante distintas tcnicas que tratan de estimar el
orden interno de los grnulos (5).
Curvas de Gelatinizacin
Los eventos antes mencionados que ocurren durante el
proceso de gelatinizacin se pueden observar en la
figura 2.10. Se aprecia como el grnulo de almidn que
est en un medio acuoso y expuesto al calor va
absorbiendo agua a medida que aumente la temperatura
hasta hincharse totalmente provocando la
desorganizacin total dentro del grnulo, es en ste
punto donde el grnulo sufre un proceso endotrmico,
que se manifiesta como un pico en la grfica debido a la
absorcin de calor que existe. Los cambios que se
efectan en la estructura del grnulo de almidn durante
-
42
el calentamiento conllevan a una ruptura total de ste
donde se pierde la individualidad del grnulo.
Es importante considerar que cada evento ocurre a una
temperatura en particular logrando determinar las
propiedades trmicas durante la gelatinizacin.
FIGURA 2.10 MODELO DE LOS EVENTOS
MOLECULARES DURANTE LA GELATINIZACIN DEL
ALMIDN (24).
A continuacin se van a describir las propiedades
trmicas que se observan en un termograma durante la
gelatinizacin, representadas esquemticamente en la
figura 2.11.
-
43
FIGURA 2.11 PROPIEDADES TRMICAS DURANTE
GELATINIZACIN (20).
H (Diferencial de entalpa): Es la diferencia que existe
entre el calor absorbido por la muestra y el calor
absorbido por la referencia.
To (Temperatura inicial de gelatinizacin): Es la
temperatura a la cual el almidn comienza a perder su
ordenamiento molecular, donde los puentes de
hidrgeno de la regin amorfa del grnulo se rompen
permitiendo que el agua se asocie a los grupos hidroxilos
libres del agua.
Tp (Temperatura de gelatinizacin): Es la temperatura
a la cual los grnulos de almidn estn totalmente
hidratados y han perdido todo su ordenamiento
molecular, lo que dar paso a la ruptura del grnulo.
-
44
Tc (Temperatura final de gelatinizacin): Es la
temperatura a la cual el grnulo est totalmente
desintegrado.
Hp o Ig (Intervalo de gelatinizacin): Es el intervalo en
el cual ocurren todos los eventos de la gelatinizacin,
que inicia en To y finaliza en Tc (Ig= Tc-To) (18).
-
45
CAPTULO 3
3. MATERIALES Y MTODOS
3.1. Determinacin de Metodologa para el Uso del Calormetro
Diferencial de Barrido del Laboratorio de Materiales de la
ESPOL en muestras de harina
Para desarrollar la metodologa se ha hecho uso de
investigaciones que se han realizado en varios pases que
relacionan procesos de gelatinizacin en distintos tipos de harina
y almidn. El objetivo de esto es comparar las metodologas con
el fin de identificar los parmetros ms propicios para la
experimentacin. Del mismo modo se determin la correcta
preparacin de la muestra para poder proceder a las corridas en
el equipo DSC Q200 TA Instruments.
-
46
En el Anexo B se muestran diferentes metodologas que fueron
tomadas de referencia. Las experimentaciones que se han
realizado buscan identificar la fase de gelatinizacin del almidn
o en diferentes muestras de harinas, los rangos de temperatura
en los que se observan la fase de gelatinizacin vara en funcin
del contenido de agua con el que se ha preparado la muestra,
como ya se lo ha mencionado en el captulo anterior.
Estas investigaciones se han enfocado principalmente al papel
del almidn en muestras de harina de diferentes materias primas.
El almidn en presencia de agua y calor cambia molecularmente
lo que permite determinar sus usos en la industria.
Descripcin General del DSC Q200 TA Instruments
Toda la descripcin del equipo y del software est
basada en el manual en lnea de TA Instruments (25).
Equipo DSC Q200 TA Instruments
En la figura 3.1 se presenta una fotografa en la que se
distinguen las partes del equipo DSC Q200.
-
47
FIGURA 3.1 EQUIPO DSC Q200 TA INSTRUMENTS.
Ubicacin de cpsulas dentro de la Celda
En la figura 3.2 se demuestra la ubicacin de las
cpsulas de referencia y muestra dentro de la celda del
equipo DSC Q200.
FIGURA 3.2 UBICACIN DE LAS CPSULAS
DENTRO DE LA CELDA
-
48
Equipo DSC Q200 conectado al tanque de
enfriamiento y de purga
En la figura 3.3 se muestra una fotografa en la que se
presentan dos tanque que van conectados al equipo, el
LNCS que es el tanque de enfriamiento y un tanque de
nitrgeno seco que es el de la purga de gas para
mantener estril la celda.
FIGURA 3.3 EQUIPO DSC Q200 CONECTADO AL
TANQUE DE ENFRIAMIENTO Y DE PURGA.
Software del DSC Q200
El software a travs del cual opera el equipo DSC Q200
es instalado en un computador, la pantalla que se
muestra al abrir el software sta divida en secciones
como se seala en la figura 3.4.
-
49
FIGURA 3.4 VENTANA DE SOFTWARE DEL DSC Q200.
1. Experiment View: Summary, Procedures, Notes.
(Ventana de Experimento: Resumen,
Procedimientos, Notas). En sta seccin se puede
configurar la informacin de la muestra, ya sea
utilizando plantillas o el editor de mtodo
personalizado.
2. Signal Display (Visualizacin de seales). Permite
monitorizar seales antes, durante y despus de una
corrida. Las seales mostradas son seleccionables
-
50
por el usuario.
3. Running Segment (Ejecucin de Segmento).
Muestra los mtodos para la ejecucin actual. Se
puede utilizar para modificar una corrida en progreso.
4. Real Time Plot (Tiempo Real de la Grfica).
Muestra el tiempo real de la grfica.
5. Experimental Sequence (Secuencia
Experimental). Se puede utilizar para establecer una
secuencia del automuestrador, o informacin de
programa para la siguiente ejecucin ya sea con o
sin un automuestreador.
3.2. Calibracin del Equipo
Para obtener resultados precisos experimentales se debe
calibrar el equipo peridicamente. El equipo que se us para la
experimentacin fue DSC Q200 marca TA Instruments y fue
acondicionado y calibrado antes de la experimentacin. Segn el
modelo del equipo los parmetros que se calibraron fueron
Tzero, constante de celda y temperatura.
-
51
La calibracin de Tzero requiere dos experimentos. El primer
experimento se lleva a cabo con la celda vaca. Para el segundo
experimento se usan dos discos de zafiro (aproximadamente de
95 mg) que son colocados directamente en las posiciones de
muestra y referencia de los calentadores. Ambos experimentos
usan la misma programacin de barrido que consiste en un
equilibrio a una temperatura inicial, una isoterma durante 5
minutos, calentando a una velocidad constante a temperatura
final y manteniendo una isoterma por 5 minutos. El rango de
temperaturas debe ser al menos tan amplio como el rango
deseado durante la experimentacin. La calibracin de Tzero
debe realizarse a velocidades de calentamiento relativamente
altas, tales como 20C/min a fin de obtener la calibracin ms
precisa de la capacitancia del sensor trmico y de los valores de
resistencia, velocidades menores a 10C/min no se recomiendan
para la calibracin de Tzero.
La calibracin de constante de celda se basa en un
calentamiento de un metal estndar, el indio en este caso, donde
se calcula el punto de fusin y se compara con el valor terico de
fusin (157C). Esta calibracin se basa en un funcionamiento
en el que se calienta el indio como metal estndar hasta lograr
-
52
ver su punto de fusin. El calor de fusin calculado se compara
con el valor terico y la constante de la celda es la relacin entre
estos dos valores. Tericamente, una muestra estndar debe
fundir a una temperatura constante, como se funde y se extrae
ms calor se desarrolla una diferencia de temperatura entre la
muestra y la referencia, donde el rea bajo la curva del pico
endotrmico formado en el termograma refleja el valor del
diferencial de entalpa.
La calibracin de temperatura se basa en una corrida en la que
se calienta un metal tipo estndar, para este caso el indio, hasta
que se logre ver su temperatura de fusin. Se compara la
temperatura de fusin calculada con la temperatura de fusin
terica del mismo metal, y la diferencia que se calcula sirve para
la calibracin de la temperatura. El mismo archivo que se utiliza
en la calibracin de la constante de celdas se puede utilizar para
sta calibracin. La temperatura se corrige automticamente
(26).
3.3. Preparacin de la Muestra
Se utiliz muestras de harina de tres variedades de arroz
ecuatoriano, de cada muestra se tom 3mg en base seca y se
-
53
utiliz agua desionizada como medio plastificante en una relacin
1:3 (harina de arroz: agua desionizada). Las muestras se
colocaron dentro de cpsulas hermticas Tzero y se sellaron con
las tapas hermticas Tzero mediante una prensa de muestra
Tzero, se utilizan cpsulas y tapas hermticas en alimentos
porque la muestra no debe ganar ni perder humedad antes de
realizar la experimentacin y durante la experimentacin, ya que
esto afectara el proceso de gelatinizacin. Se utiliz una cpsula
vaca sellada hermticamente como referencia. Se deja reposar
las muestras durante una hora para que el almidn se pueda
hidratar y la prueba se realiz por triplicado en cada variedad de
arroz.
Para determinar el peso total de muestra que se coloc dentro de
la cpsula, se procedi a calcular el porcentaje de humedad de
cada muestra de arroz en una termobalanza, con respecto a ste
porcentaje se determin los mg de agua en 1 mg de base seca
para obtener cuantos mg de agua existen en 3 mg de base seca,
que es la cantidad de harina de arroz que se necesit para la
experimentacin; con este valor se pudo conocer la masa de
harina exacta que se necesita colocar dentro de la cpsula.
-
54
En la tabla 2 se muestran los resultados para las tres diferentes
variedades de arroz.
TABLA 2
PESO DE MUESTRAS
Variedad de Arroz
Humedad (%)
Slidos Totales
(%)
Peso total de la
muestra de harina de arroz (mg)
Volumen de Agua
desionizada (Relacin 1:3)
(L)
INIAP 14 13,19 86,81 3,46 10,38
INIAP 15 10,95 89,05 3,37 10,11
INIAP 17 11,59 88,41 3,39 10,17
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
A partir de los resultados obtenidos en la termobalanza, se
obtuvo el peso total de la muestra de la siguiente manera:
INIAP 14
Ec.4
0,1519 mg Agua 1 mg SS
X 3mg SS (lo que se
requiere)
X = 0,46 mg Agua
Peso total de muestra = 3mg SS + 0,46 mg Agua
Peso total de muestra = 3,46mg
-
55
Este clculo se lo realiz de la misma manera para INIAP 15 e
INIAP 17 tomando los datos respectivos de la tabla 2.
El clculo para obtener el volumen de agua desionizada se basa
en una relacin 1:3 (Harina de arroz: Agua desionizada), por
ende el valor del agua desionizada es el triple que el de la
muestra de harina.
3.4. Determinacin de las propiedades trmicas durante
gelatinizacin en tres variedades de arroz ecuatoriano
Para la determinacin de las propiedades trmicas durante
gelatinizacin (H, To, Tp, Tc, Ig) se analizaron las muestras de
las tres variedades de arroz con respecto a una referencia.
Dentro del software del DSC Q200 se colocaron los parmetros
adecuados para la experimentacin que consisti en equilibrar la
muestra a 20C, seguido de un calentamiento a una velocidad de
5C/min hasta 130C, la velocidad de calentamiento usada fue
debido con el fin de observar mejor los eventos trmicos que
ocurrieron. Con estos segmentos se pudo obtener al final del
barrido un termograma donde se logro observar las propiedades
trmicas durante gelatinizacin.
-
56
3.5. Protocolo de Uso del DSC del Laboratorio de Materiales de
la ESPOL en muestras de harina
Este protocolo est basado en los manuales que se encuentran
en la pgina de TA Instruments.
Los procedimientos para el uso correcto del DSC Q200 estn
reflejados en un protocolo con el formato correspondiente al
Laboratorio de Ensayos Metrolgicos y de Materiales de la
ESPOL, ste est divido en tres secciones:
Procedimiento Especfico de Ensayo para el uso del Sistema
de Enfriamiento con Nitrgeno Lquido (LNCS) del equipo
DSC Q200 marca TA Instruments, el cual se detalla en el
Anexo C y se resume en la Figura 3.5.
Procedimiento Especfico de Ensayo para la calibracin del
equipo DSC Q200 marca TA Instruments, el cual se detalla
en el Anexo D y se resume en la Figura 3.6.
Procedimiento Especfico de Ensayo para la
experimentacin en muestras de harina usando el equipo
DSC Q200 marca TA Instruments, el cual se detalla en el
Anexo E y se resume en la figura 3.7.
-
57
FIGURA 3.5 USO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO CON NITRGENO
LQUIDO (LNCS). ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012.
Acondicionamiento del LNCS
Paso 1: Secando el Sistema.
Para este paso se debe verificar que la celda este vaca y cerrada, que el sistema de enfriamiento sea LNCS y ste se encuentre apagado durante el
proceso. Se programa una corrida para mantener la temperatura de 75C por
120 minutos, lo que se busca es eliminar cualquier porcentaje de
humedad que exista en la celda para que no interfiera en los resultados
obtenidos.
Paso 2: Estabilizando el Sistema.
El siguiente experimento cclico se realiza despus de la primera etapa con el fin de
permitir que el sistema DSC-LNCS se estabilice, dando como resultado una
optimizacin en la lnea de base y en la calibracin. Este paso se realiza con el
LNCS prendido, se programa una corrida con una serie de segmentos. Al trmino de ste paso se podr realizar la calibracin para las experimentaciones posteriores.
Empezando la programacin del LNCS
Una vez el tanque llenado y conectado correctamente al equipo, se procede a verificar el tipo correcto de enfriamiento dentro del software del DSC Q200, en este caso sera
LNCS, mientras esta corrida se realiza verificar que la purga de gas del nitrgeno gaseoso est abierto.
USO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO CON NITRGENO LQUIDO (LNCS)
Este procedimiento se realiza cada vez que el cabezal que se une a la celda del equipo DSC sea desconectado, esto se hace para dilatar y contraer los materiales
tanto del LNCS como de la celda obteniendo un equilibrio en el comportamiento de los materiales.
-
58
FIGURA 3.6 CALIBRACIN DEL EQUIPO DSC Q200
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
CALIBRACIN CELDAS Y TEMPERATURA
Los parmetros son colocados directamente en el programa.
1. Se realiza una corrida con indio (de 3 a 10 mg) como muestra y una cpsula vaca de referencia hasta 180C a una velocidad de calentamiento de 10C/min
donde se compara el valor de fusin terico del indio con el que muestra el termograma resultante de la corrida para calibrar la temperatura y adems se
calcula la energa del pico endotrmico para calibrar el flujo de calor.
2. La calibracin se efecta automticamente.
CALIBRACIN Tzero
1. Se realiza un barrido sin muestra ni referencia en un rango de temperatura acorde al que maneja el sistema de enfriamiento (LNCS), a una velocidad de calentamiento
de 10C/min, la grfica resultante se guarda automticamente.
2. Se realiza un segundo barrido que presenta las mismas condiciones que el anterior pero con dos discos de zafiro estndar colocados en la celda del DSC Q200
como muestra (zafiro transparente) y referencia (zafiro rojo). La calibracin se efecta automticamente.
CALIBRACIN DEL EQUIPO DSC Q200
Consiste en 2 calibraciones ejecutadas en secuencia.
Estas calibraciones se realizan a travs del Wizard Calibration (Asistente de Calibracin) donde se seleccionar la opcin:
Cell Resistence & Capacitance, Cell Constant and Temperature Calibration (Calibracin de Resistencia de celdas y Capacitancia, Constante de Celda y
Temperatura).
-
59
FIGURA 3.7 EXPERIMENTACIN EN MUESTRAS DE HARINAS USANDO
EL EQUIPO DSC Q200.
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
CORRIDA DE LA MUESTRA
1. Se programa la corrida con los parmetros de experimentacin
2. Se coloca la muestra contenida en una cpsula y la referencia (cpsula vaca) dentro de la celda del DSC.
3. Se incia la corrida y se espera a que culmine.
4. Se analiz el termograma resultante a travs del programa TA Universal Analysis
PREPARACIN DE MUESTRA
1. Se pesan de 10 a 30 mg en base seca y se lo coloca en una cpsula con una relacin de agua dependiente del tipo de
experimentacin (1:3 por ejemplo) y se lo sella hermticamente.
2. Se deja reposar al menos una hora antes de la experimentacin.
EXPERIMENTACIN EN MUESTRAS DE HARINA POR DSC
Las condiciones del ensayo dependen de la preparacin de las muestras y del barrido que se desea realizar.
-
60
3.6. Descripcin del Mtodo Estadstico aplicado
Para evaluar los datos se utiliz el programa estadstico
STATGRAPHICS Centurion, el cual realiza varias pruebas
estadsticas y grficas para comparar las muestras. La prueba-F
en la tabla ANOVA determin si hay diferencias significativas
entre las medias; si las hay, las Pruebas de Rangos Mltiples
especifica cules medias son significativamente diferentes de
otra. Adicionalmente dentro del mismo anlisis, se elabor un
resumen estadstico para poder identificar los valores promedios
de cada propiedad trmica y su respectiva desviacin estndar,
evaluando la variabilidad de los datos.
Las muestras fueron analizadas por triplicado para cada variedad
de arroz, metodologa utilizada ampliamente en todos los tipos
de anlisis trmicos.
-
61
CAPTULO 4
4. RESULTADOS Y ANLISIS
4.1. Anlisis estadstico de las propiedades trmicas durante
gelatinizacin en tres variedades de arroz ecuatoriano
Los datos obtenidos fueron analizados por triplicado. A
continuacin se muestra 3 termogramas que corresponden a una
muestra de cada variedad INIAP 14,15 y 17 en las figuras 4.1,
4.2 y 4.3 respectivamente con la finalidad de apreciar los valores
de cada propiedad trmica que ocurrieron durante la
gelatinizacin. Adems se muestra a lo largo de este captulo
grficas estadsticas de medias de las propiedades trmicas para
poder diferenciar los valores correspondientes a cada variedad
de arroz ecuatoriano.
-
62
Cabe recalcar que dentro de la grfica Heat Flow vs
Temperature (Flujo de Calor vs Temperatura) de cada tipo de
arroz se procedi a obtener la derivada de la variable flujo de
calor con respecto a la temperatura, ya que esto ayuda a
describir mejor el evento trmico que ocurre; esta derivada
facilit tomar los puntos exactos en los que ocurre los cambios.
FIGURA 4.1 TERMOGRAMA DE INIAP 14
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
FIGURA 4.2 TERMOGRAMA DE INIAP 15
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
-
63
FIGURA 4.3 TERMOGRAMA DE INIAP 17
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
Anlisis de la Temperatura Inicial de Gelatinizacin
(To)
H0: En promedio las temperaturas iniciales de
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y
17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido son
iguales.
vs
H1: En promedio al menos una de las temperaturas
iniciales de gelatinizacin de las variedades de arroz
INIAP 14, 15 y 17 analizadas por Calorimetra Diferencial
de Barrido es diferente.
-
64
Mediante la tabla ANOVA se obtuvo un valor-P de 0.001;
puesto que el valor-P es menor a 0.05 se rechaza la
hiptesis nula, lo que quiere decir que existe una
diferencia estadsticamente significativa entre las medias
de la temperatura inicial de las tres variedades de arroz
con un nivel del 95.0% de confianza. Para determinar
cules medias son significativamente diferentes entre
ellas se realiz la prueba de Mltiples Rangos
resultando:
Con un nivel del 95.0% de confianza se identific que no
existe diferencia significativa en la temperatura inicial de
gelatinizacin entre las muestras de arroz INIAP 14 y 15,
sin embargo entre las muestras de INIAP 14 y 17 e
INIAP 15 y 17 si existe diferencia significativa.
En la figura 4.4 se corrobora que la temperatura inicial de
gelatinizacin del arroz INIAP 17 se aleja de los
resultados de las variedades de arroz INIAP 14 y 15.
-
65
FIGURA 4.4 GRFICO DE MEDIAS DE
TEMPERATURA INICIAL DE GELATINIZACIN (To)
DE TRES VARIEDADES DE ARROZ ECUATORIANO.
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
El tipo de arroz INIAP 17 tiene un comportamiento muy
diferente a las otras dos variedades INIAP 14 y 15. Su
temperatura de gelatinizacin empieza a temperaturas
ms bajas, alrededor de 58.98C. Para las variedades
INIAP 14 y 15 la temperatura promedio de inicio de
gelatinizacin es mayor que en la variedad INIAP 17,
esto se da debido a que el contenido de amilosa de este
tipo de variedades es mayor que en la variedad INIAP
17. Es importante recalcar que la amilosa posee una
gran capacidad para formar puentes de hidrgeno, lo que
disminuye su afinidad con el agua y hace que se requiera
una cantidad alta de energa para incorporarla en su
INIAP 14 INIAP 15 INIAP 17
Medias y 95.0% de Fisher LSD
tipo de arroz
58
60
62
64
66
68
70
To
-
66
estructura, elevando la temperatura inicial de
gelatinizacin para aquellos almidones con mayor
proporcin de amilosa (27). El agua se liga realmente a
la estructura cristalina al interactuar los grupos hidroxilo
de la amilopectina con las molculas de hidrgeno del
agua, ocasionando el hinchamiento del grnulo. La
amilosa al salir del grnulo durante el hinchamiento del
mismo forma una red que sostiene dichos grnulos (28).
Anlisis de la Temperatura de Gelatinizacin (Tp)
H0: En promedio las temperaturas de gelatinizacin de
las variedades de arroz INIAP 14, 15 y 17 analizadas por
Calorimetra Diferencial de Barrido son iguales.
vs
H1: En promedio al menos una de las temperaturas de
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y
17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido es
diferente.
Mediante la tabla ANOVA se obtuvo un valor-P de
0.0712, puesto que el valor-P se encuentra entre 0.05 y
-
67
0.1 no se pudo definir con exactitud si se rechaza o no la
hiptesis nula, esto se dio debido a que la temperatura
del pico endotrmico se presenta en un rango muy corto.
Para saber que muestras presentan una temperatura de
gelatinizacin diferente se realiz un grfico de medias
(figura 4.5) donde se observ cuales medias se
encontraban ms alejadas entre ellas. Es por esto que se
determin cules medias son significativamente
diferentes a travs de una prueba de Mltiples Rangos
resultando:
Con un nivel del 95.0% de confianza se identific que no
existe diferencia significativa en la temperatura de
gelatinizacin entre las muestras de arroz INIAP 14 y 15
e INIAP 14 y 17, sin embargo entre las muestras de
INIAP 15 y 17 si existe diferencia significativa.
En la figura 4.5 se corrobora que la temperatura de
gelatinizacin del arroz INIAP 15 Y 17 se encuentran
ms alejados entre sus medias.
-
68
FIGURA 4.5 GRFICO DE MEDIAS DE
TEMPERATURA DE GELATINIZACIN (Tp) DE TRES
VARIEDADES DE ARROZ ECUATORIANO.
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012
Se puede visualizar que la media de la temperatura de
gelatinizacin de INIAP 15 es la ms alta y es la ms
alejada de la media de la temperatura de gelatinizacin
del INIAP 17 por lo que resultan significativamente
diferentes, esto se da debido a que el porcentaje de
amilosa de estas dos muestras es diferente variando as
sus temperaturas de pico endotrmico de gelatinizacin,
al igual que en la temperatura inicial de gelatinizacin.
Adems al observar que las medias de la temperatura de
gelatinizacin de INIAP 14 y 17 no se encuentran muy
INIAP 14 INIAP 15 INIAP 17
Medias y 95.0% de Fisher LSD
tipo de arroz
73
73.4
73.8
74.2
74.6
75
75.4
Tp
-
69
alejadas se concluye que el porcentaje de amilosa no
vara tanto como vara el del INIAP 15 en relacin al
INIAP 17, como ya se lo mencion, cuanto mayor sea el
contenido de amilosa ms alta ser la temperatura de
gelatinizacin (27).
La variedad INIAP 17 present en su termograma dos
picos endotrmicos de gelatinizacin a diferencia de las
otras dos variedades que presentaron un solo pico. Para
explicar ste hecho se puede mencionar el efecto que
tiene el arreglo, forma y tamao de la estructura de la
amilopectina, que se basa en un estudio realizado por
MNDEZ, MONTEALVO en su investigacin Diferencias
Estructurales y Reolgicas entre Almidones de Frutas y
Cereales, en donde el tamao y forma de los grnulos
depende de la estructura de la amilopectina. Los
grnulos alargados tienen amilopectina con pocas
ramificaciones pero largas, y grnulos pequeos y
esfricos con mayor nmero de ramificaciones y cadenas
cortas. As, el origen botnico determina tamao y forma
de los grnulos. Adems, esta caracterstica repercute
en algunas propiedades fisicoqumicas, funcionales y
-
70
nutricionales (18). Es por esto que se podra relacionar el
hecho de que existan dos picos endotrmicos en la
variedad INIAP 17 con la posibilidad de que en sta
variedad los grnulos de almidn presenten diferentes
comportamientos en su estructura cristalina afectando el
proceso de gelatinizacin.
Anlisis de la Temperatura Final de Gelatinizacin
(Tc)
H0: En promedio las temperaturas finales de
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y
17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido son
iguales.
vs
H1: En promedio al menos una de las temperaturas
finales de gelatinizacin de las variedades de arroz
INIAP 14, 15 y 17 analizadas por Calorimetra Diferencial
de Barrido es diferente.
Mediante la tabla ANOVA se obtuvo un valor-P de
0.0672, puesto que el valor-P se encuentra entre 0.05 y
-
71
0.1 no se pudo definir con exactitud si se rechaza o no la
hiptesis nula, es por esto que se determin cules
medias son significativamente diferentes entre ellas a
travs de una prueba de Mltiples Rangos resultando:
FIGURA 4.6 GRFICO DE MEDIAS DE
TEMPERATURA FINAL DE GELATINIZACIN (Tc) DE
TRES VARIEDADES DE ARROZ ECUATORIANO.
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012.
Con un nivel del 95.0% de confianza se identific que no
existe diferencia significativa en la temperatura final de
gelatinizacin entre las muestras de arroz INIAP 14 y 17
e INIAP 15 Y 17, sin embargo entre las muestras de
INIAP 14 y 15 si existe diferencia significativa.
INIAP 14 INIAP 15 INIAP 17
Medias y 95.0% de Fisher LSD
tipo de arroz
77
78
79
80
81
82
Tc
-
72
En la figura 4.6 se corrobora que la temperatura final de
gelatinizacin del arroz INIAP 14 Y 15 se encuentran
ms alejados entre sus medias.
La temperatura a la que concluye la gelatinizacin resulta
diferente entre los tipos de arroz INIAP 14 y 15
solamente, esto podra darse en base a la longitud de la
cadena de amilopectina, que representa un papel muy
importante en la gelatinizacin. Los grnulos que
presenten una cadena de amilopectina ms larga
podran tener una temperatura de gelatinizacin mayor lo
que ocasiona que sta transicin se prolongue,
concluyendo ste evento a mayor temperatura. No
ocurre lo mismo con cadenas de amilopectina cortas,
donde el proceso de gelatinizacin empieza a menor
temperatura lo que permite concluir el evento a menor
temperatura (29).
La variedad INIAP 14 es la ltima en culminar su
gelatinizacin en relacin a las otras variedades de
arroz, se podra decir que esto ocurre porque dentro de
la estructura del grnulo de almidn la cadena de
-
73
amilopectina es ms larga, a diferencia del INIAP 15
cuya temperatura final de gelatinizacin es menor.
Anlisis del Diferencial de Entalpa de Gelatinizacin
(H)
H0: En promedio los diferenciales de entalpa de
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y
17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido son
iguales.
vs
H1: En promedio al menos uno de los diferenciales de
entalpa de gelatinizacin de las variedades de arroz
INIAP 14, 15 y 17 analizadas por Calorimetra Diferencial
de Barrido es diferente.
Mediante la tabla ANOVA se obtuvo un valor-P de
0.1486, puesto que el valor-P es mayor a 0.1 no se
rechaza la hiptesis nula, lo que quiere decir que no
existe una diferencia estadsticamente significativa entre
las medias del diferencial de entalpa de las tres
variedades de arroz con un nivel del 95.0% de confianza.
-
74
FIGURA 4.7 GRFICO DE MEDIAS DE DIFERENCIAL
DE ENTALPA (H) DE TRES VARIEDADES DE
ARROZ ECUATORIANO
ELABORADO POR: Coello & Garcs, 2012.
En la figura 4.7 se muestran que las medias del
diferencial de entalpa de gelatinizacin estn cercanas.
El proceso de gelatinizacin requiere un porcentaje
mayor al 30% de agua. Para la experimentacin se
coloc el triple de la cantidad de muestra, es decir una
relacin 1:3, por ello los valores de entalpa son bajos ya
que el agua facilita el proceso de gelatinizacin por lo
cual se necesit poca energa para gelatinizar. En el
anlisis estadstico de valores de entalpa result que no
existe diferencia significativa entre los tipos de arroz,
INIAP 14 INIAP 15 INIAP 17
Medias y 95.0% de Fisher LSD
tipo de arroz
58
78
98
118
138
158(X 0.001)
Delt
a H
-
75
esto es debido a que la cantidad de agua que se le
coloco a cada muestra fue la misma. Si alguna muestra
hubiera sido analizada con menor cantidad de agua, la
energa de entalpa hubiese sido mayor (22).
Anlisis del Intervalo de Gelatinizacin (Ig)
H0: En promedio los intervalos de gelatinizacin de las
variedades de arroz INIAP 14, 15 y 17 analizadas por
Calorimetra Diferencial de Barrido son iguales.
vs
H1: En promedio al menos uno de los intervalos de
gelatinizacin de las variedades de arroz INIAP 14, 15 y
17 analizadas por Calorimetra Diferencial de Barrido es
diferente.
Mediante la tabla ANOVA se obtuvo un valor-P de
0.000, puesto que el valor-P es menor que 0.05 se
rechaza la hiptesis nula, lo que quiere decir que existe
una diferencia estadsticamente significativa entre las
medias del intervalo de gelatinizacin de las tres
variedades de arroz con un nivel del 95.0% de confianza.
-
76
Para determinar cules medias son significativamente
diferentes entre ellas se realiz la prueba de Mltiples
Rangos resultando:
Con un nivel del 95.0% de confianza se identific que no
existe diferencia significativa en el intervalo de
gelatinizacin entre las muestras de arroz INIAP 14 y 15,
sin embargo entre las muestras de INIAP 14 y 17 e
INIAP 15 y 17 si existe diferencia significativa.
FIGURA 4.8 GRFICO DE MEDIAS DE INTERVALO
DE G