UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ¨RECUPERACIÓN DE ACEITE UTILIZADO EN FRITURA DE PAPAS MEDIANTE UN SISTEMA DE ADSORCIÓN Y FILTRACIÓN CON SÍLICA Y TIERRA¨ TESIS PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS ANGELA LILIANA CALAGUA ORTIZ MARGARITA ESPINOZA GUERRERO Callao, 2019 PERÚ http://www.unac.edu.pe/encuesta/escudo_unac_lar HOJA DE REFERENCIA DEL JURADO Y APROBACIÓN La presente tesis fue sustentada por la Bachiller ÁNGELA LILIANA CALAGUA ORTIZ y la Bachiller MARGARITA ESPINOZA GUERRERO ante el JURADO DE SUSTENTACIÖN DE TESIS conformado por los siguientes Docentes: Dr. OSCAR JUAN RODRÍGUEZ TARANCO PRESIDENTE Dr. JULIO CÉSAR CALDERÓN CRUZ SECRETARIO Dra. CARMEN GILDA AVELINO CARHUARICRA MIEMBRO Mg. RICARDO RODRÍGUEZ VILCHEZ MIEMBRO Mg. MARÍA ESTELA TOLEDO PALOMINO ASESORA Tal como está asentado en el Libro de Actas N° 1 de Tesis Folio N° 012 y acta N°010 de fecha ONCE DE MAYO DEL 2019 para obtener el Grado Académico de Maestro en ciencia y Tecnología de Alimentos de conformidad con lo establecido por el Reglamento General de Estudios de Posgrado de la Universidad Nacional del Callao por Resolución N° 319-2017-CU de fecha 21 de noviembre del 2017, Directiva N° 013 2018-R y Resolución N° 028-2019- CD-UPG-FIQ-UNAC de fecha 11 de mayo del 2019 de sustentación de tesis. DEDICATORIA Dedicamos este trabajo principalmente a Dios por la vida y salud, por darnos fuerzas para seguir adelante a pesar de los problemas, a seguir luchando para culminar con éxito esta meta tan importante en nuestra formación profesional. A nuestras familias por ser el pilar más importante y por demostrarnos siempre su cariño y apoyo incondicional. AGRADECIMIENTO A la Universidad Nacional del Callao y a la Facultad de Ingeniería Química por brindarnos todo el apoyo para la realización de la parte experimental de este trabajo. A los Profesores de la Facultad de Ingeniería Química, por compartir sus conocimientos y consejos. A nuestra Asesora Ing. Estela Toledo, por animarnos en seguir adelante en este tema, por guiarnos con paciencia y no decaer cuando todo parecía complicado e imposible. A todas las personas que colaboraron en la idea y realización de este trabajo. 1 ÍNDICE TABLA DE CONTENIDO 4 TABLA DE GRÁFICOS 5 TABLA DE FIGURAS 6 RESUMEN 8 ABSTRACT 9 INTRODUCCIÓN 10 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 11 1.1. Descripción de la realidad problemática 11 1.2. Formulación del problema 12 1.2.1. Problema General 12 1.2.2. Problemas específicos 12 1.3. Objetivos 12 1.3.1. Objetivo General 12 1.3.2. Objetivos Específicos 12 1.4. Limitantes de la investigación 13 II. MARCO TEÓRICO 14 2.1. Antecedentes 14 2.1.1. Antecedentes internacionales 14 2.1.2. Antecedentes nacionales 19 2.2. Bases teóricas 19 2.2.1. Aceites 19 2.2.2. Antioxidantes 28 2.2.3. La papa 30 2.2.4. Filtración 34 2.2.5. Sílica sintética 36 2.2.6. Tierra clarificadora en la filtración 40 2.2.7. Adsorción 41 2.3. Conceptual 43 2.4. Definición de términos básicos 44 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 46 3.1 Hipótesis 45 2 3.1.1 Hipótesis General 45 3.1.2 Hipótesis específicas 45 3.2 Definición conceptual de variables 46 3.2.1 Operacionalización de variables 48 IV.- DISEÑO METODOLÓGICO 49 4.1 Tipo y diseño de la investigación 49 4.1.1 Nivel de investigación 49 4.2 Método de investigación 49 4.3 Población y muestra 49 4.3.1 Muestra y determinación de su tamaño 50 4.4 Lugar de estudio y periodo desarrollado 50 4.5 Técnicas e instrumentos para la recolección de información 50 4.5.1 Materiales y equipos 50 4.5.2 Primera etapa: caracterización fisicoquímica del aceite sin uso y usado en fritura de papas 55 4.5.3 Segunda etapa: filtrado del aceite utilizado en la fritura de papas 57 4.5.4 Tercera etapa: caracterización fisicoquímica de las muestras de aceite filtrado 62 4.5.5 Cuarta etapa: Resultados y Análisis de los datos obtenidos 62 4.6 Análisis y procesamiento de datos 63 4.6.1. ANOVA 63 V. RESULTADOS 64 5.1 Resultados descriptivos 64 5.1.1 Resultados de las pruebas de filtración 64 5.1.2 Resultados de las pruebas de acidez, índice de acidez, Índice de peróxidos y densidad 64 5.1.3 Cálculo del porcentaje de recuperación de aceite por parte de las sílica y sus combinaciones 67 5.1.4 Resultados de la prueba de compuestos polares 67 5.2 Resultados inferenciales 68 5.2.1 Análisis visual de las muestras de aceite 68 3 5.2.2 Análisis del porcentaje de recuperación 69 5.3 Resultados estadísticos 70 5.3.1 ANOVA de un factor para el parámetro de Acidez 70 5.3.2 ANOVA de un factor para el parámetro de Índice de Peróxidos 73 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 77 6.1 Contrastación y demostración de la hipótesis con los resultados 77 6.1.1 Hipótesis general 77 6.1.2 Hipótesis específicas 77 6.2 Contrastación de los resultados con otros estudios similares 80 6.3 Responsabilidad ética de acuerdo a los reglamentos vigentes 81 CONCLUSIONES 82 RECOMENDACIONES 83 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 84 ANEXOS 90 4 TABLA DE CONTENIDO Tabla 1. Densidad de aceites vegetales a 40°C 26 Tabla 2. Densidad de aceites vegetales a 100, 120 y 140°C 26 Tabla 3. Contenido nutricional de la papa (por cada 100g, luego de cocinar) 30 Tabla 4. Características del aceite de fritura en su primer uso 33 Tabla 5. Composición de ácidos grasos contenidos en el aceite de fritura en su primer uso 34 Tabla 6. Propiedades del trisyl 4030 38 Tabla 7. Propiedades del trisyl 450 38 Tabla 8. Propiedades del PURE-FLO B80 41 Tabla 9. Operacionalización de variables 48 Tabla 10. Materiales utilizados en la experimentación 51 Tabla 11. Materiales para el análisis de las muestras 53 Tabla 12. Materiales utilizados en los análisis 53 Tabla 13. Componentes del sistema de filtración 54 Tabla 14. Combinaciones utilizadas para las pruebas de filtración del aceite 58 Tabla 15. Peso de aceite retenido en los adsorbentes luego de la filtración 64 Tabla 16. Resultados del análisis de acidez, en g/100g (ácido oleico) 65 Tabla 17. Resultados del cálculo del índice de acidez 65 Tabla 18. Resultados del análisis de índice de peróxido 66 Tabla 19. Resultados de la densidad de las muestras de Aceite filtrado 66 Tabla 20. Resultados del porcentaje de recuperación para cada Prueba de filtración realizada 67 5 TABLA DE GRÁFICOS Gráfico 1. Consumo promedio per cápita anual de aceite vegetal, Según ámbito geográfico y principales ciudades 23 Gráfico 2. Dinámica de la producción de Papa, 1997-2016 32 Gráfico 3. Disponibilidad de vegetales en EE.UU. – 2013 33 Gráfico 4. Gráfico de intervalos para Acidez vs Muestra 72 Gráfico 5. Gráfico de intervalos para Índice de Peróxidos vs Muestra 75 Gráfico 6. Comparación de resultados de índice de peróxidos 78 Gráfico 7. Comparación de resultados de acidez 79 6 TABLA DE FIGURAS Figura 1. Aceites vegetales 20 Figura 2. Ácidos grasos 23 Figura 3. La papa 30 Figura 4. Sistema de filtración al vacío 36 Figura 5. Sílica sintética 37 Figura 6. Proceso de purificación del aceite 39 Figura 7. Mecanismo de acción de la sílica sintética 40 Figura 8. Tierra clarificadora 41 Figura 9. Relación de las variables de la investigación 47 Figura 10. Muestras de aceite vegetal. 51 Figura 11. Muestra de sílica Trisyl 450 51 Figura 12. Muestra de sílica Trisyl 4030 52 Figura 13. Muestra de tierra blanqueadora Pure-Flo B80 52 Figura 14. Equipo de filtración 54 Figura 15. Pesado del aceite usado en fritura de papas 59 Figura 16. Calentamiento del aceite usado en fritura de papas 59 Figura 17. Trasvasado del aceite usado en fritura de papas 60 Figura 18. Embudo conteniendo la sílica 60 Figura 19. Embudo luego del filtrado del aceite 61 Figura 20. Vaciado del aceite filtrado al envase de Almacenamiento 64 Figura 21. Muestras listas para los análisis siguientes 62 Figura 22. Comparación de color de las muestras de aceite 68 Figura 23. Comparación de color del aceite usado y la muestra 6 69 7 Figura 24. Prueba de Tukey para el parámetro Acidez 70 Figura 25. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro acidez 71 Figura 26. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro índice de peróxidos 74 Figura 27. Prueba de Tukey para el parámetro Índice de peróxidos 75 8 RESUMEN La presente investigación tuvo como propósito recuperar el aceite proveniente de la fritura de papas con 06 horas de fritura profunda, utilizando un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. Se realizaron siete pruebas filtrando 370 ml de aceite con los adsorbentes sílica Trisyl 450, sílica Trisyl 4030 y tierra Pure-Flo B80 de manera independiente y en combinación. Para verificar la calidad del aceite producto de la adsorción y filtración, se realizaron análisis de acidez e índice de peróxido así como, se analizaron los compuestos polares al aceite filtrado que presentó mejores resultados. Se obtuvo que la prueba con mejores resultados en rendimiento, acidez e índice de peróxido fue la prueba que contenía una parte de trisyl 450 y dos partes de tierra Pure-Flo B80, obteniéndose 97.55% en rendimiento, en acidez 0.12 g/100g (ácido oleico), 2.36 meq O2/Kg de índice de peróxidos y 11% de compuestos polares. Palabras Clave: aceite, fritura, papas, filtración, adsorción, acidez, tierra, sílica sintética, índice de peróxido. 9 ABSTRACT The aim of this investigation was to recover the oil which came from the frying of potatoes with 06 hours of deep frying, using a system of adsorption and filtration with silica and earth. Seven tests were carried out filtering 370 ml of oil with the adsorbents Trisyl 450, silica Trisyl 4030 and soil Pure-Flo B80 independently and in combination. To verify the quality of the oil product of the adsorption and filtration, analyzes of acidity and peroxide index were carried out, as well as the polar compounds were analyzed to the filtered oil that presented the best results. It was obtained that the test with the best results in yield, acidity and peroxide index was the test that contained one part of trisyl 450 and two parts of Pure-Flo B80 soil, obtaining 97.55% in yield, in acidity 0.12 g / 100g (acid oleic), 2.36 meq O2 / Kg of peroxide index and 11% of polar compounds. Key words: oil, frying, potatoes, filtration, adsorption, acidity, soil, synthetic silica, peroxide index. 10 INTRODUCCIÓN Freír es básicamente una operación de deshidratación, es decir, el proceso provoca la eliminación del agua de los alimentos. En la fritura de papas, el material alimenticio se sumerge en aceite caliente a alta temperatura y se le considera como el procedimiento más común y popular utilizado en la preparación de este tipo de alimentos. Estas papas fritas tienen compuestos de aroma, color, sabor y textura deseables, que hacen que los alimentos sean muy apreciados por los consumidores. En el proceso de fritura, el contenido de ácidos grasos insaturados disminuye, mientras que los materiales poliméricos, los contenidos polares, la espuma, el color, la viscosidad, la densidad, el calor específico y los ácidos grasos libres del medio oleoso aumentan. Durante la fritura, el aceite se somete a altas temperaturas con la presencia de aire y agua de los alimentos. Por ese motivo, se producen una serie de reacciones químicas en el aceite, como hidrólisis, oxidación, polimerización y ciclación. Después de la oxidación térmica, se pueden formar hidroperóxidos, hidrocarburos, aldehídos, cetonas, polímeros y monómeros oxidados como productos de oxidación y pueden causar efectos adversos para la salud. Se han realizado algunos estudios sobre la calidad de los aceites calentados continuamente a altas temperaturas durante varias horas en diferentes tipos de procesos de fritura, pero, de todos modos, los informes con respecto a este tema aún son limitados. 11 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Descripción de la realidad problemática Las papas fritas elaboradas a partir de aceites reutilizados contienen compuestos que, al ser consumidos, son perjudiciales para la salud. Este es un problema común actualmente, debido al consumo masivo que tienen. Por otro lado, el aceite que es utilizado repetidas veces para la fritura de papas, por lo general, es simplemente desechado y, por lo tanto, genera un impacto al medio ambiente. Esto se ve reflejado en la obstaculización del tratamiento que pueda tener esta agua, debido a la presencia de aceites, así como también esto altera los ecosistemas acuáticos. Además, el aceite que se encuentra en el agua conlleva a la obstrucción de tuberías (desagües, etc.). Por lo antes expuesto, se propone que el uso de sílicas, en combinación con tierras, sirven para solucionar estos problemas. A partir de este sistema combinado se regeneró el aceite utilizado en fritura de papas, mejorando sus características. El propósito de este trabajo, va más allá de evaluar el sistema de filtración y adsorción del aceite, ya que abre la posibilidad de darle un segundo uso. Si el aceite producto de la filtración no fuese acorde para el consumo humano, se podría generar un valor económico al utilizarlo como materia prima para la elaboración de jabones, por citar algún ejemplo de investigaciones futuras referidas al tema. Así, el presente trabajo constituye una contribución a la base teórica nacional de futuras investigaciones. 12 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema General ¿Es posible recuperar el aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra? 1.2.2. Problemas específicos a) ¿Cuáles son las características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas? b) ¿Cuál es la sílica que presenta una mejor recuperación del aceite de fritura de papas? c) ¿Cuál es la proporción de sílica y tierra más adecuada para la adsorción y filtración del aceite de fritura de papas? 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General Establecer las condiciones favorables para la recuperación de aceite utilizado en fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. 1.3.2. Objetivos Específicos a) Determinar las características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas. b) Seleccionar la sílica que presenta una mejor recuperación del aceite de fritura de papas. c) Determinar la proporción de sílica y tierra más adecuada para la adsorción y filtración del aceite de fritura de papas. 13 1.4. Limitantes de la investigación El desarrollo del trabajo presenta las siguientes limitantes: Teóricamente no se ha podido encontrar fundamentos en el Perú del uso de sílica y tierra como agentes de adsorción y de filtración para la recuperación de aceites reusados en frituras, por lo que sean tenido que buscar referencias extranjeras. El tiempo fue un limitante para poder efectuar mayor cantidad de muestras de aceite con características de fritura de otros alimentos y poder comparar la eficiencia y eficacia de las sílicas y tierra. El experimento se realizó con un equipo de laboratorio de capacidad reducida, siendo este un limitante para poder efectuar un volumen de mayor cantidad de muestra. 14 II. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes 2.1.1. Antecedentes internacionales Santos, Carla; Molina-García, Lucía; Cunha, Sara y Casal, Susana (2017). Universidad de Porto – Portugal, “Patatas fritas: impacto de la fritura prolongada en aceites monoinsaturados”. Las papas frescas se frieron intermitentemente hasta los límites recomendados (175 °C, 8 h/día, 28 h) en aceite de oliva extra virgen (EVOO), aceite de maní (PO) y aceite de canola (CO), y se compararon para diversos componentes químicos y atributos sensoriales. Independientemente del tipo de aceite, su degradación promueve pérdidas dependientes del tiempo, de importantes nutrientes de la papa, como la vitamina C. Respecto a los aceites ricos en monoinsaturados probados, las papas fritas en CO tenían perfiles de ácidos grasos más equilibrados, pero mayores cantidades de aldehídos derivados de la oxidación, mientras que en EVOO se enriquecieron con compuestos fenólicos. Las cantidades de acrilamida no se vieron afectadas por el tipo de aceite o las horas de fritura. La degradación sensorial fue percibida gradualmente por los panelistas, excepto en PO. Buczek, Bronislaw y Chwialkoski, Wojciech, (2016). Cracow University of Economics – Polonia, “Purificación de aceite usado en fritura con silicato de magnesio”. 15 En este trabajo se utilizaron silicato de calcio y silicato de magnesio para reducir los ácidos grasos libres y el color en aceite de fritura, respectivamente. Se descubrió que el silicato de magnesio comúnmente utilizado como adsorbente tiene la mayor superficie y los sitios más activos, que fueron responsables de la adsorción de los productos de degradación, mientras que la alúmina y los silicatos adsorbieron los compuestos de color. Se utilizó aceite de colza comercial, fresco y usado, después de freír los filetes de pescado. El aceite usado se combinó con silicato de magnesio sintético, en una proporción de 15: 1 en peso, a 75 ± 5 °C, durante 30 minutos. Después, el silicato se separó del aceite por filtración a presión en una atmósfera de gas inerte. La calidad del aceite fresco y purificado se evaluó mediante la determinación de sus propiedades físicas, algunos valores característicos y su contenido de ácidos grasos superiores. La purificación del aceite usado da como resultado un ligero aumento en su densidad, viscosidad y contenido de agua. El silicato de magnesio reduce el contenido de ácidos grasos libres. En el aceite purificado, la cantidad de productos de oxidación y compuestos insaturados es mayor que en el aceite no utilizado. Esto provoca un aumento correspondiente en el valor de peróxido y el valor de yodo. Afshan, Kaleem; Sana, Aziz; Mehwish, Iqtedar; Abdullah, Roheena; Mahwish, Aftab; Farzana, Rashid; Farah, Shakoori y Shagufta, Naz (2015). Lahore College for Women University – Pakistán, “Investigación de cambios y efectos de los valores de peróxido en aceites de cocina sujetos a luz y calor”. 16 En este trabajo seleccionaron veinte muestras de aceite y se sometieron a dos temperaturas de fritura: 130 °C y 170 °C. Se notó que este cambio de 130 °C a 170 °C usando el mismo tiempo de fritura (20 minutos) causó cambios en el valor de peróxido (PV) del aceite puro, aunque en muchos casos, el PV el valor fue constante después de 130 °C. Estos resultados muestran que es importante agregar antioxidantes como la vitamina E o C como conservantes para ralentizar el desarrollo de la rancidez. El valor del índice de peróxido se vio afectado por el embalaje de los recipientes donde se almacenaron. Las botellas de plástico transparente, que están más expuestas a la luz solar, provocaron foto-oxidación en las muestras. Shahidan, Fatin (2015). Universiti Sains Malaysia – Malasia, “Determinación del valor del peróxido en el aceite de fritura de cocina recolectado en el mercado nocturno en Kepala Batas”. El objetivo de este estudio fue cuantificar el compuesto de peróxido en el aceite de fritura, recogido en el mercado nocturno en Kepala Batas. Se recogieron ocho muestras de aceite de cocina para freír, de dos mercados nocturnos seleccionados en Kepala Batas. Los resultados mostraron un alto valor de peróxido en las ocho muestras con un promedio de 3 a 27 meq/g. 17 Diop, A.; Sarr, So.; Ndao, S.; Cissé, M.; Baldé, M.; Ndiaye, B. y Diop, Y. (2014). Cheikh Anta Diop University – Senegal, “Efecto de la fritura profunda en las propiedades químicas de los aceites vegetales comestibles utilizados por los hogares senegaleses”. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la fritura en las propiedades químicas de los aceites vegetales comestibles. Las muestras se sometieron a fritura a 220 ° C durante 40 minutos. El valor ácido, el valor de peróxido y los componentes polares totales se utilizaron para evaluar la calidad de estos aceites después de la determinación inicial del valor de yodo y el contenido de humedad y materia volátil. El índice de acidez aumentó después de 40 minutos de freír y los valores variaron de 0.62 a 1.08 mg/kg después de freír pescado, mientras que los de carne y papas variaron de 0.39 a 0.73 y 0.37 a 0.51 mg/kg, respectivamente. Por lo tanto, la fritura afecta los valores de los parámetros químicos de los aceites vegetales comestibles, que aumentan a un nivel dependiendo del producto a freír. Freire, Poliana; Lobo, Lorrany; Freitas, Giselle y Ferreira, Tania (2014). University of Goias – Brasil, “Calidad de los aceites y grasas para freír utilizados en las ferias callejeras en Goiania”. La no conformidad del contenido de compuestos polares totales en alimentos fritos tuvo una asociación significativa con el tiempo de fritura y la conformidad de la acidez tuvo una relación significativa con el tiempo de fritura mediante una prueba de chi-cuadrado. Una vida útil de aceite o grasa de hasta 6 horas 18 puede evitar el exceso de compuestos polares en el medio de fritura y proteger la calidad de los alimentos fritos. Arias-Mendez, Ana; Warning, Alexander; Datta, Ashim y Balsa-Canto, Eva (2013). Bioprocess Engineering Group - España. “Funcionamiento óptimo de calidad y seguridad de la fritura profunda de papas fritas”. El aumento de la temperatura del aceite y la duración del calentamiento en la fritura profunda de papas fritas pueden mejorar la calidad de la textura, pero empeorar la seguridad química. La dinámica del proceso utiliza un modelo de transporte de componentes múltiples y multifase en la papa como medio poroso. Los resultados muestran que cinco zonas de calentamiento diferentes ofrecen un buen compromiso entre la duración del proceso (cuanto más corto mejor) y la seguridad en términos de menor formación de acrilamida. Juárez, María y Sammán, Norma (2007). Revista Especializada en Nutrición Comunitaria – Argentina, El deterioro de aceites durante la fritura. En este trabajo se comentan las principales características que deben reunir las grasas/aceites de fritura y cuál es la tendencia actual de los mismos. Se describe la química del deterioro que sufren estas materias grasas durante el proceso, oxidación, polimerización e hidrolisis y se describen los nuevos compuestos formados o compuestos polares. Se revisa la legislación actual sobre el límite máximo de alteración permitido para estos aceites de fritura, a nivel mundial y la situación en Argentina. Además se comentan algunos aspectos toxicológicos asociados al consumo de los aceites usados en fritura. 19 2.1.2. Antecedentes nacionales Herrera, Sonia (2007). Universidad Nacional Federico Villarreal – Perú. “Estabilidad oxidativa del aceite de soya parcialmente hidrogenado y oleína de palma en fritura y vida útil en hojuelas de papa”. La investigación tuvo como propósito investigar la estabilidad de los aceites vegetales siguientes: aceite de soya parcialmente hidrogenado (ASPH) y oleína de palma (OP), durante la fritura. De acuerdo a los análisis correspondientes, al inicio del proceso los valores de oxidación total fueron de 5,7084 para ASPH y 1,2027 para oleína de palma, demostrándose que estas influyen en las características sensoriales y fisicoquímicas. El aceite de soya parcialmente hidrogenado alcanza un tiempo máximo de fritura de 62 horas y la oleína de palma 70 horas. Pasado este tiempo se observan alteraciones físicas, indicando la más alta absorción del color oscuro del aceite, acelerando el deterioro de la grasa y pérdida de la calidad del producto. 2.2. Bases teóricas 2.2.1. Aceites Son sustancias grasas, con un alto porcentaje de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados, que suelen ser líquidos a temperatura ambiente (figura 1). Los diferentes aceites tienen diferentes propiedades químicas, así como diferentes perfiles de sabor y nutrición (Burney, 2017). 20 Al cocinar con aceites, las principales consideraciones son el punto de humo, sabor y apariencia. El punto de humo es la temperatura a la cual una grasa caliente o aceite comienza a descomponerse y produce humo. Si se sobrecalienta el aceite por encima de este punto da un olor y sabor desagradables a los alimentos. En ese momento, la grasa se está descomponiendo y puede emitir compuestos potencialmente tóxicos. Normalmente, cuanto más refinado es el aceite, mayor es el punto de humo. Algunos tipos más refinados de aceite de oliva son adecuados para freír y así se indican en el envase. Cada vez que se usa el aceite, el punto de humo disminuye. Cocinar con una grasa que es sólida a temperatura ambiente produce un aspecto turbio y translúcido a una temperatura ambiente fresca. Los alimentos cocinados en aceite tienen un aspecto brillante y transparente. Los glaseados y los esmaltes se adhieren a los alimentos con mayor facilidad si los alimentos se fríen en una grasa sólida en lugar de aceites. Figura 1. Aceites vegetales. (De izquierda a derecha: girasol, linaza, sésamo, oliva, pecana, semillas de calabaza). 21 Fuente: El corte inglés, 2018 a. Tipos de aceite vegetal A continuación, se detallan los tipos de aceite vegetal. - Aceite de oliva: es bueno para aderezar ensaladas. Aunque es más caro que otros aceites, el aceite de oliva tiene muchos beneficios para la salud. Los estudios han encontrado que el consumo de aceite de oliva puede reducir el riesgo de enfermedades coronarias (Sanjay Products, 2015). - Aceite de salvado de arroz: es un aceite comestible único con muchos beneficios nutricionales, en comparación con otros aceites comestibles. Tiene propiedades para reducir el colesterol debido a la presencia de un componente llamado Oryzanol. También contiene escualeno, que es bueno para la piel. Probablemente sea el único aceite que reduce el colesterol malo, al mismo tiempo que aumenta el colesterol bueno, que tanto se necesita (Sanjay Products, 2015). - Aceite de girasol: Es un aceite de cocina popular disponible bajo muchas marcas. Extraído de las semillas de girasol, el aceite de girasol es un buen aceite para todo uso. Este aceite es rico especialmente ácido linoleico que reduce los niveles de colesterol bueno y malo. - Aceite de cártamo: Este es un aceite liviano de uso múltiple extraído de las semillas del cártamo. Tiene una textura más grasa y un sabor a nuez. Es adecuado para freír. - Aceite de soya: Extraído de la soya, el aceite de soya contiene especialmente ácido linoleico, ácido alfa-linoleico y ácido alfa-linolénico (ALA) en el equilibrio correcto, que son esenciales para la salud humana. El 22 aceite de soya es adecuado para todos los tipos de métodos de cocción (Sanjay Products, 2015). - Aceite de palma: Aceite ceroso de color naranja brillante, que se utiliza en la fabricación de aceites y grasas vegetales. Tiene un sabor a nuez y es alto en grasas saturadas. b. Ácidos grasos saturados e insaturados Los ácidos grasos (figura 2) se componen de una cadena de hidrocarburo con un grupo metilo y un grupo carboxilo terminal. Las propiedades de la grasa dietética están determinadas principalmente por la composición de sus ácidos grasos, que pueden ser saturados (sin dobles enlaces), monoinsaturados (un doble enlace) o polinsaturados (más de un doble enlace). Los ácidos grasos insaturados pueden adoptar dos configuraciones geométricas distintas, denotadas como las configuraciones Cis y Trans. Los dobles enlaces Cis tienen los dos átomos de hidrógeno en el mismo lado de la molécula, mientras que en la configuración trans están en lados opuestos de la molécula (Roche, 1999). Los ácidos polinsaturados pueden subdividirse en dos categorías, las series n- 6 y n-3, dependiendo de si el doble enlace más cercano al extremo no carboxilo está ubicado en el C-6 o C-3, respectivamente. Los seres humanos no pueden sintetizar ácidos de serie n-6 y n-3, por lo que son ácidos grasos esenciales que deben ser suministrados en la dieta. El ácido linoleico (18: 2n-6) y el ácido α-linolénico (ALA; 18: 3n-3) son los principales ácidos grasos insaturados esenciales (Roche, 1999). 23 Figura 2. Ácidos grasos. (arriba: saturado, abajo: insaturado). Fuente: Dallas learning, 2018 c. Consumo de aceite a nivel nacional De acuerdo al reporte de Consumo de Alimentos y Bebidas del INEI, “el consumo promedio per cápita del aceite vegetal no es homogéneo por ámbito geográfico. Así, por área de residencia, el área rural tiene el mayor consumo con 900 mililitros más que en el área urbana que tiene el menor consumo promedio per cápita con 6 litros 300 mililitros al año. Por región natural, la Selva tiene el mayor consumo promedio per cápita con 800 mililitros más que los residentes de la Sierra donde el consumo es menor con 6 litros 300 mililitros al año” (gráfico 1). Ácidos grasos saturados Ácidos grasos insaturados 24 Gráfico 1. Consumo promedio per cápita anual de aceite vegetal, según ámbito geográfico y principales ciudades Fuente: INEI, 2008 Si comparamos los datos del gráfico anterior, el consumo promedio de aceite en Perú ronda los 7 litros por persona al año en la encuesta realizada entre los años 2008 y 2009, actualmente el consumo de aceite es muy superior, debido al incremento poblacional. Una gran parte del aceite en mención ha sido utilizada en frituras. d. El índice de peróxido en aceites vegetales El valor de peróxido (PV) es uno de los indicadores de calidad más utilizados en la industria alimentaria, y se han desarrollado varios métodos de análisis para medirlo. El valor de peróxido indica los miliequivalentes de oxígeno de peróxido combinados en un kilogramo de aceite. Algunas pruebas, se refieren a los milimoles de oxígeno de peróxido presentes y, por lo tanto, el resultado será numéricamente la mitad expresado como miliequivalente de O2. El tamaño del resultado es una indicación de qué tan bien representada está la primera etapa de oxidación en el aceite presente. La oxidación puede no haber ido mucho más lejos; en cualquier caso, el sabor desagradable capaz de desarrollarse depende de los grupos de ácidos grasos en los que está presente el peróxido. Durante las etapas iniciales del proceso de oxidación, los hidroperóxidos de lípidos se acumulan en el aceite. El hidroperóxido, conocido como el producto 25 de oxidación primario, puede degradarse aún más en productos de oxidación secundarios como los aldehídos, alcoholes y cetonas, que dan el sabor rancio. Por lo tanto, la cuantificación de hidroperóxido de lípidos es necesaria para determinar el grado de oxidación de los aceites comestibles. El índice de peróxido se usa típicamente como un índice para monitorear la oxidación de lípidos, y es uno de los parámetros de calidad determinados con mayor frecuencia durante el procesamiento, almacenamiento y comercialización del aceite. La acumulación de hidroperóxidos se monitorea comúnmente usando los procedimientos de yodometría. Para esta prueba, se determina y se expresa en miliequivalentes de hidroperóxidos por kilogramo de aceite. La determinación de este índice mediante el método estándar de la American Oil Chemists Society (AOCS) se basa en la clásica reacción redox entre hidroperóxidos de lípidos en la muestra de aceite y la cantidad en exceso de yoduro de potasio (Yu et al., 2014), que se muestra a continuación: 𝑅𝑂𝑂𝐻 + 2 𝐾𝐼 → 𝑅𝑂𝐻 + 𝐼2 + 𝐾2𝑂 e. El grado de acidez en aceites vegetales La acidez del aceite indica la cantidad de ácidos grasos que se han separado de los triglicéridos (Sanjay Products, 2015). Cuanto menor es la acidez del aceite, menos ácidos grasos se han soltado, lo que indica que la condiciones en las que se ha recolectado la materia y se ha obtenido el aceite, han sido las óptimas. A partir de una determinada cantidad se considera que ese aceite no es apto para el consumo humano. 26 f. Densidad en aceites vegetales La densidad de los aceites varía de acuerdo al tipo y a la temperatura que se encuentre (tabla 1). Varía de 0,91 a 0,93 g/cm3 entre las temperaturas de 15 °C y 25 °C. En comparación con el agua, cuya densidad es de 1.00 g/ml, el aceite de cocina es menos denso. Tabla 1 Densidad de aceites vegetales a 40°C Aceite Densidad (g/mL) Palma 0.898 Soya 0.919 Girasol 0.918 Maíz 0.917 Oliva 0.913 Fuente: Hypertextbook, 2015 Los valores de la densidad de los aceites disminuyen cuando se tiene el aceite a temperaturas por encima de los 100°C. En la tabla 2 se listan algunos tipos de aceites con los valores de densidad a 100, 120 y 140 °C. Tabla 2 Densidad de aceites vegetales a 100, 120 y 140°C Densidad (g/cm3) Temperatura Colza Maíz Soya Coco 100 0.8987 0.9082 0.9082 0.9107 120 0.8908 0.9028 0.9023 0.9033 140 0.8839 0.8939 0.8939 0.8949 Fuente: Noureddini et al., 1992 27 g. Índice de acidez Es un indicador importante de la calidad del aceite vegetal. Se expresa como la cantidad de KOH (en miligramos) necesaria para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos en 1 g de aceite. La mayoría de los estándares nacionales e internacionales para la determinación del índice de acidez en aceites vegetales se basan en las técnicas de titulación ácido-base en solventes no acuosos. Estas técnicas tienen una serie de inconvenientes: - Los disolventes no acuosos utilizados actualmente son tóxicos, por ejemplo, etanol o isopropanol calentado hasta 60 ° C o más (relación vol. 1: 1). - Solubilidad incompleta de una porción de aceite de prueba en alcohol (incluso bajo calentamiento), causada por la formación de un sistema disperso (Kardash, 2005). h. Índice de p-anisidina El índice de p-anisidina está relacionado con el número de productos secundarios de oxidación de compuestos lipídicos que se forman debido a la descomposición de los peróxidos e hidroperóxidos. Se puede determinar espectrofotométricamente. Los aldehídos, derivados de la oxidación secundaria de la matriz grasa, reaccionan con la p-anisidina determinando una variación en la absorbancia, medida a 366 nm (Majchrzak, 2017). 28 i. Compuestos polares Estos compuestos, de acuerdo a Ramírez et al (2012): “incluyen sustancias presentes en grasas no sometidas a altas temperaturas, tales como monoglicéridos, diglicéridos y ácidos grasos libres, al igual que los productos originados durante el calentamiento”. La determinación de los compuestos polares totales en el aceite para freír proporciona una medición más robusta del grado de deterioro en la mayoría de las situaciones, debido a su mayor precisión y reproducibilidad (Wei et al., 2013). j. Color del aceite La principal causa de los cambios de color son las reacciones de oxidación, que conducen a la acumulación de compuestos no volátiles en el recipiente usado para freír, principalmente polímeros. Los compuestos de Maillard, formados por restos de alimentos presentes en el aceite, también son motivo para su oscurecimiento. Además, todos los productos fritos pueden afectar el color de la grasa, liberando sustancias lipídicas con color (Maniak et al., 2012). Los cambios de color se pueden utilizar como un indicador de la calidad del aceite, pero no basta por si solo, sino debe acompañarse de uno de los indicadores antes mencionados. 2.2.2. Antioxidantes Los antioxidantes son las moléculas que previenen el daño celular causado por la oxidación de otras moléculas. La oxidación es una reacción química que transfiere electrones de una molécula a un agente oxidante. Se sabe que las 29 reacciones de oxidación producen radicales libres. Estos radicales libres son altamente reactivos, que contienen uno o más electrones no pareados en su capa más externa. Una vez que se forman, comienza la reacción en cadena. El antioxidante reacciona con estos radicales libres y termina esta reacción en cadena eliminando los intermediarios de radicales libres e inhibe otras reacciones de oxidación oxidándose a sí mismos (Mamta et al., 2014). Para la protección de los aceites de fritura contra la mezcla de deterioro térmico y oxidativo, se han utilizado la hidrogenación parcial y la adición de varios compuestos o mezclas. La hidrogenación forma grasas trans, que no son deseadas por razones nutricionales. La legislación exige el etiquetado de las grasas trans en las etiquetas nutricionales, y esto ha creado un impulso para reformular los aceites de freír, ya que los consumidores generalmente tienen una preferencia por los aceites libres de trans. Los antioxidantes son efectivos durante el almacenamiento de las grasas, pero existe una diferencia de opinión entre los científicos por su efectividad para retardar el deterioro de los aceites durante la fritura. Esto se debe en parte a que utilizar las condiciones reales de fritura para estudiar la efectividad de los antioxidantes no siempre es fácil, y la extrapolación de datos sobre la acción de los antioxidantes de los experimentos de almacenamiento o calentamiento en sistemas modelo puede ser engañosa. La velocidad de las reacciones de iniciación de la autooxidación es muy alta a temperaturas de fritura; y los antioxidantes, que generalmente se agregan en niveles de 0.01% a 0.02%, se descomponen rápidamente (Boskou, 2016). 30 2.2.3. La papa La papa (figura 3) es un alimento versátil, rico en carbohidratos, muy popular en todo el mundo, preparado y servido de diversas maneras. Recién cosechada, contiene alrededor del 80 por ciento de agua y 20 por ciento de materia seca. Alrededor del 60 a 80 por ciento de la materia seca es almidón. En peso seco, el contenido de proteínas de la papa es similar al de los cereales y es muy alto en comparación con otras raíces y tubérculos. Además, la papa es baja en grasa (FAO, 2008). El perfil nutricional combinado de la papa lo distingue de otras fuentes de carbohidratos, como la pasta y el arroz y dicho perfil se encuentra resumido en la tabla 3. Figura 3. La papa Fuente: Perú21, 2016 Tabla 3 Contenido nutricional de la papa (por cada 100g, luego de cocinar) Ítem Cantidad Proteína 1.87g Grasa 0.1g Fibra 1.8g Carbohidratos 20.13g Calcio 5mg 31 Potasio 379mg Fósforo 44mg Hierro 0.31mg Niacina 1.44mg Tiamina 0.106mg Riboflavina 0.02mg Vitamina C 13.0 mg Fuente: FAO, 2008 En comparación con otras fuentes, como las frutas, la carne y las verduras de hoja, las papas a menudo se consideran fuentes menores de vitaminas y minerales. Esto no es correcto y, como consecuencia de su consumo per cápita significativo, el contenido de vitaminas y fitonutrientes de la papa puede tener mayor relevancia e impacto en la dieta que los alimentos que se consumen en cantidades más bajas. a. Consumo de papas a nivel nacional El Perú es el mayor productor de papa de América Latina, seguido de Brasil, Argentina, Colombia y México. Así mismo, la producción nacional de papa es suficiente para la actual demanda interna. Siguiendo los indicadores del MINAGRI, la producción nacional de papa ha aumentado en las dos últimas décadas (Gráfico 2), con un consumo anual es de unos 89 kg per cápita. Actualmente, el área cultivada en Perú es de aproximadamente 270000 ha, que es producida principalmente por pequeños agricultores, en altitudes de 2000 a 4500 m en las tierras altas peruanas. 32 Gráfico 2. Dinámica de la producción de Papa, 1997-2016 Fuente: MINAGRI, 2017 De acuerdo con el MINAGRI: “Es la actividad que genera más ingresos para las comunidades alto Andinas, y cuando esta es ineficiente se originan problemas como la migración y el sobre repoblamiento de las ciudades, las cuales quiebran el orden económico y social. Sin embargo, se observan grandes posibilidades de mejora en la producción, sobre todo de papa nativa, que se ha convertido en un boom gastronómico de gran demanda debido a su sabor agradable y no poseer pesticidas”. Así como la producción y el consumo de papa ha incrementado con los años, el consumo de papa frita sigue la misma tendencia. En el estudio realizado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, el porcentaje disponible de papas para freír es incluso superior a la cantidad disponible destinada a otro tipo de preparación (Gráfico 3). Este comportamiento se debe al gran auge de restaurantes y locales de comida rápida. Esto también se está viendo reflejado en la sociedad peruana, pero aún no a ese nivel. 33 9% 13% 8% 17% 5% 7% 41% Papas frescas Papas para freir Papas para procesar Tomates para procesar Tomates frescos Lechuga fresca Otros Vegetales Gráfico 3. Disponibilidad de vegetales en EE.UU. - 2013 Fuente: USDA, 2013 b. Características del aceite de fritura de papas En la tabla 4, correspondiente al trabajo de Razali et al. (2003) se enlistan las características del aceite de fritura en su primer uso. De igual manera, en la tabla 5 se muestra la composición de ácidos grasos contenidos en el aceite de fritura en su primer uso. Tabla 4 Características del aceite de fritura en su primer uso. Parámetro Aceite de palma Oleína de palma Aceite de soya Color 2.2R 50Y 1.9R 60Y 1.0R 16Y Acidez (% en peso) 0.06 0.04 0.03 Índice de peróxido (meq. Kg-1) 4.08 1.49 4 Índice de p-anisidina 2.96 1.89 2.28 Valor Totox 12.32 4.87 10.2 Punto de fusión (°C) 37 20 - Índice de Yodo 52 56.1 135.1 Tocoferol total (ppm) 597 810 929 Compuestos polares (% en peso) 7.96 7.84 5.89 Constante dieléctrica 0 0 0 Fuente: Razali et al., 2003 34 Tabla 5 Composición de ácidos grasos contenidos en el aceite de fritura en su primer uso. Ácido graso Aceite de palma Oleína de palma Aceite de soya Láurico (C12:0) 0.2 0.3 0.1 Mirístico (C14:0) 1 1 0.1 Palmítico (C16:0) 43.4 39.7 10.8 Palmitoleico (C16:1) 0.2 0.1 0.1 Esteárico (C18:0) 4.4 4.2 3.7 Cis-oleico (C18:1c) 39.3 41.5 19.5 Trans-oleico (C18:1t) Traza Traza Traza Cis-linoleico (C18:2c) 9.8 11.3 54.4 Trans-linoleico (C18:2t) Traza Traza Traza Linolénico (C18:3) 0.2 0.2 9 Araquidónico (C20:0) 0.4 0.4 0.3 Trans totales - - - Otros 0.7 0.9 0.6 Fuente: Razali et al., 2003 2.2.4. Filtración La filtración es un proceso de separación de impurezas del aire, el agua y las aguas residuales. Como otra definición tenemos que es una de las diversas operaciones mecánicas, físicas o biológicas que separan los sólidos de los fluidos al agregar un medio a través del cual solo puede pasar el fluido. El líquido que pasa a través se llama filtrado. La filtración ocurre tanto en la naturaleza como en los sistemas de ingeniería. Así, existen formas biológicas, geológicas e industriales. a. Tipos de filtración Existen varios tipos de filtración: simples o por gravedad, filtraciones en caliente y al vacío. La selección del método apropiado es típicamente dictada por la naturaleza de la situación experimental. A continuación, se mencionan algunos de estos métodos. 35 - Filtración simple o por gravedad: Este es el método más común de filtración y se utiliza para eliminar un material sólido insoluble de una solución. El sólido podría ser el producto requerido o una impureza o un aditivo tal como un agente de secado. Un papel de filtro se pliega (convencional o acanalado) y se coloca en un embudo de filtro que luego se coloca en el cuello de un matraz Erlenmeyer o se apoya en una abrazadera o soporte de anillo. La solución a filtrar se vierte lentamente y con cuidado en el embudo, teniendo cuidado de no llenar el embudo por encima del borde del papel de filtro (D. of Chemistry – University of Calgary, 2016). - Filtración en caliente: A veces, durante una filtración por gravedad, los cristales pueden comenzar a crecer en el embudo de filtro y pueden bloquear el embudo, deteniendo la filtración. Este problema se puede evitar utilizando una filtración en caliente donde se calienta todo el aparato de filtración para evitar que la solución se enfríe significativamente. El proceso de filtración en caliente se realiza mejor utilizando un papel de filtro acanalado y un embudo de filtro sin vástago (D. of Chemistry – University of Calgary, 2016). - Filtración al vacío: En este caso, la solución a filtrar se extrae a través del papel de filtro aplicando vacío a un matraz de filtro con una salida lateral. La filtración al vacío es típicamente una forma rápida y eficiente de filtrar (figura 4) Los cristales se recogen haciendo girar la mezcla de sólido y líquido y luego vertiéndolos rápidamente en el aparato de filtración. Por lo general, 36 esto incluye un embudo Büchner equipado con papel de filtro de tamaño apropiado; un matraz de filtro sujetado con adaptador de filtro cónico, y el vacío aplicado al brazo lateral del matraz. Figura 4. Sistema de filtración al vacío. (De izquierda a derecha: embudo Buchner, pinza sujetadora, matraz Kitasato y bomba). Fuente: Labo Lan, 2018 2.2.5. Sílica sintética La sílice amorfa sintética (SAS) (figura 5), es una forma de dióxido de silicio (SiO2) que se fabrica intencionalmente. SAS se ha producido y comercializado durante casi un siglo sin cambios significativos en sus propiedades fisicoquímicas. El SAS como polvo seco blanco o dispersiones se utiliza en una multitud de aplicaciones industriales. Además, está aprobado para su uso en alimentos, cosméticos y aplicaciones farmacéuticas, por citar algunos ejemplos (ASASP, 2016). La sílica para refinación de grasas y aceites fue introducida en 1986 por Grace Davison después de descubrir que la Sílica Gel tenía una excelente capacidad 37 para adsorber fosfolípidos y trazas metálicas asociadas a ellos, tales como Fe, Cu, Ca y Mg. Poco después se descubrió que la sílica tenía gran afinidad por los jabones y que ellos tenían un efecto sinérgico en la remoción de los fosfolípidos (Grace, 2017). Figura 5. Sílica sintética Fuente: Grace, 2017 a. Tipos de sílica sintética A continuación, se presenta una descripción detallada de las sílicas que serán utilizadas en el presente trabajo. - Trisyl 4030: Es un hidrogel de sílice micronizado amorfo sintético (no cristalino) que aparece como un polvo blanco que fluye libremente (Grace, 2017). Está compuesta por óxido de sílice (>99% SiO2) y es inerte. Tiene un área superficial muy elevada (una cucharada de té equivale a un campo de fútbol). Además, cuenta con una alta afinidad y gran capacidad de adsorción de jabones, fosfolípidos y trazas metálicas. Esta sílica sintética presenta las características de la tabla 6. 38 Tabla 6 Propiedades del trisyl 4030 Propiedad Unidades Valor Humedad (160°C) % 40 max. Tamaño promedio de partícula µm 25-35 pH (15% en suspensión acuosa) 5.5-7.0 - Fuente: Grace, 2017 - Trisyl 450: Se utiliza para refino de aceites comestibles y es un hidrogel de sílice micronizado amorfo sintético que aparece como polvo suelto blanco, del mismo modo que el Trysil 4030, pero tiene características diferentes (tabla 7). Al refinar aceites y grasas comestibles, las sílices de TRISYL eliminan los contaminantes naturalmente contenidos e inducidos por el proceso, como jabones, fosfolípidos y metales traza para garantizar la seguridad de los alimentos y ayudar a mejorar la calidad y la estabilidad (Grace, 2012). Tabla 7 Propiedades del trisyl 450 Propiedad Unidades Valor Humedad (160°C) % 57-63 Tamaño promedio de partícula µm 25-38 pH (15% en suspensión acuosa) 5.0 max Fuente: Grace, 2012 b. Mecanismo de trabajo En la figura 6 se muestra el diagrama de proceso de purificación del aceite, mediante el uso de las sílicas antes mencionadas. En la primera etapa se cuenta con la suspensión de aceite a purificar, en la cual se añade la sílica 39 Trisyl, luego se pasa el flujo a través de un lecho relleno con tierra, y finalmente se obtiene el aceite blanqueado. Figura 6. Proceso de purificación del aceite Fuente: Grace, 2017 Luego del proceso antes mencionado, los jabones, trazas metálicas o fosfolípidos, que son los compuestos que queremos eliminar de nuestra solución, quedarán atrapados en los intersticios de la sílica. En la figura 7 se observa como quedan atrapadas las sustancias antes mencionadas. c. Beneficios del uso de la sílica sintética Los beneficios del uso de la sílica Trisyl son los siguientes:  Elimina la necesidad de los lavados gracias a la efectiva adsorción de los jabones y fosfolípidos previo al blanqueo.  Reduce los requerimientos totales de adsorbentes y los costos asociados.  Mejora la calidad del aceite (estabilidad oxidativa). Trisyl Entrada de aceite SUSPENSIÓN Aceite blanqueado Sec. al vacío (Opc.) Lecho relleno con tierra 40 Figura 7. Mecanismo de acción de la sílica sintética Fuente: Grace, 2017 2.2.6. Tierra clarificadora en la filtración Las tierras clarificadoras (figura 8) hacen referencia a arcilla natural o activada que tiene la capacidad de adsorber materiales coloreados y otras impurezas durante los procesos de purificación de aceite. Además, tiene la característica de ser un mineral no combustible y químicamente inerte (Oil Dri, 2014). En el presente trabajo se hará uso específicamente de la tierra clarificadora Pure-Flo B80. Esta tierra es un adsorbente activo natural procesado para ser usado como un medio blanqueador y clarificador. Esta materia prima es una mezcla de minerales de hormita y esmectita que tiene características únicas de adsorción y filtración. El método de proceso patentado de la empresa Oil Dri mejora las propiedades de este material. Este producto activado Naturalmente Activo no contiene ningún compuesto químico (Oil Dri, 2014). Entre las principales características de esta tierra se tiene que son un excelente medio de filtración, tienen una alta afinidad por la remoción de metales y los procesos que involucran a esta materia prima son amigables con 41 el medio ambiente, ya que es un producto natural. Sus propiedades se presentan en la tabla 8. Tabla 8 Propiedades del PURE-FLO B80 Propiedad Unidades Valor Humedad (105°C) % 15 Tamaño promedio de partícula µm > 45 pH (5% en suspensión acuosa) 7.2 Fuente: Oil Dri, 2014 Figura 8. Tierra clarificadora Fuente: Starlight group, 2015 a. Mecanismo de acción El mecanismo de acción de la tierra Pure-Flo B80 cuenta con tres etapas principales, y se mencionan a continuación:  Absorción: Se llenan los espacios intragranulares.  Filtración: Remoción física de los sólidos suspendidos.  Catálisis: La superficie de la tierra promueve la destrucción de peróxidos. b. Beneficios 42 Los beneficios del uso de la tierra clarificadora en la filtración se ven reflejados en la disminución de los compuestos siguientes:  Elementos que dan color al aceite (Carotenos, Luteinas, Clorofilas).  Pro-oxidantes (Trazas de Metales, Peróxidos, Aldehidos, Cetonas).  Sub-productos de hidrólisis (Jabones, AGL, Fosfolípidos). 2.2.7. Adsorción De acuerdo con Králik (2014), la adsorción es un proceso que se produce cuando un soluto líquido o gaseoso se acumula en la superficie de un sólido o un líquido (adsorbente), formando una película molecular, iónica o atómica. Las especies (moléculas, átomos, iones) adheridas al adsorbente se denominan adsorbato. La película de adsorbato formada suele ser una multicapa para la adsorción en fase gaseosa y una monocapa para la adsorción en fase líquida. La adsorción física es habilitada por las fuerzas de Van der Waals entre las moléculas y/o los átomos en la superficie adsorbente. La adsorción se origina por la superficie que actúa sobre el gas sólido, sólido-líquido, gas-líquido o (en el caso de líquidos inmiscibles en contacto) la interfaz líquido-líquido (Thermopedia, 2015). La cantidad de material que se adsorbe en la superficie a una temperatura particular depende de la cantidad de esa sustancia en la fase gaseosa o líquida que está en contacto con la superficie, y esta dependencia se observa en las isotermas de adsorción. b. Principios de adsorción El proceso de adsorción global consta de las siguientes etapas: 43 1. Cuando el fluido pasa alrededor de la partícula en un lecho fijo, el soluto primero se difunde desde el volumen del fluido hacia toda la superficie exterior de la partícula. 2. El soluto se difunde desde el interior del poro hasta la superficie del mismo. 3. El soluto se adsorbe sobre la superficie. La acumulación por unidad de área es pequeña; entonces, se prefieren los sólidos altamente porosos con áreas internas muy grandes por unidad de volumen. Generalmente las superficies son irregulares y las energías de enlace son debidas básicamente a las fuerzas de van der Waals (Fernández, 2011). c. Isotermas de adsorción Para la evaluación cuantitativa de la capacidad de adsorbente, se aplican isotermas de adsorción. Se expresan como una función obtenida a una temperatura constante que expresa una cantidad de equilibrio del adsorbato adsorbido a una cierta presión parcial o concentración, en la fase de gas o líquido. Las isotermas de adsorción comienzan en actividad igual a cero hasta un máximo; para una fase gaseosa es una presión relacionada con la saturada a una temperatura a la cual se determina la isoterma de adsorción. Como se mencionó anteriormente, la adsorción en fase líquida es un proceso típico de monocapa. Por lo tanto, los modelos adecuados para su descripción son los modelos Langmuir, Freundlich y Henry (Králik, 2014). 2.3. Conceptual La recuperación de aceite utilizado en fritura de papas se logró utilizando el mismo principio de la industria del proceso del aceite para consumo humano, 44 ya que usan tierras decolorantes y dióxidos de silicios, como agentes de adsorción de contaminantes que presenta el aceite crudo, como metales pesados, compuestos oxidativos, jabones, compuestos que elevan el pH del aceite entre otros. Para el caso de la recuperación del aceite reusado en frituras de papas estos dos adsorbentes mezclados tierra y Trisyl (Silica), han sido usados para adsorber los contaminantes formados por el recalentamiento, la formación de compuestos por el alimento frito, la oxidación y la hidrolisis. La preocupación de un consumo elevado de frituras sobre todo de papas en el Perú y el reusó de aceite, opto por la búsqueda de una alternativa que prolongue la vida de este aceite reusado y disminuya los contaminantes que afectan la salud del consumidor. A la fecha no existe ningún trabajo de investigación que proporcione alternativas de tratamiento de un aceite reusado en restaurantes o carritos sandwicheros, las investigaciones solo muestran resultados de análisis físico químicos de contaminantes formados después del uso del aceite den frituras de diferentes alimentos. 2.4. Definición de términos básicos - Turbidez En aceites y soluciones en general, es la cualidad de encontrarse turbia, opaca, por la presencia de materia suspendida. 45 - Traslúcido Sustancia que permite el paso de la luz. Semitransparente. - Hidrocarburo Es un compuesto formado por hidrógeno y carbono, como alguno de los componentes principales del petróleo y el gas natural, entre otros. - Peróxido Un compuesto que contiene dos átomos de oxígeno unidos entre sí en su molécula, o como el anión 𝑂2 −2. - Hidroperóxido Son aquellos compuestos orgánicos que presentan el grupo peróxido en su estructura (ROOR’). - Monoglicéridos Son una clase de glicéridos que se componen de una molécula de glicerol unida a un ácido graso a través de un enlace éster. 46 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1 Hipótesis 3.1.1 Hipótesis General Usando la sílica adecuada, en proporción con la tierra clarificadora, es posible recuperar el aceite de fritura de papas. 3.1.2 Hipótesis específicas a) Las características fisicoquímicas del aceite usado en frituras son el índice de peróxido, acidez y densidad. b) La sílica que proporciona una mayor recuperación del aceite es la Trysil 4030 c) La proporción adecuada de sílica y tierra es de: dos partes de Sílica Trysil 4030 y una parte de tierra Pure-Flo B80. 3.2 Definición conceptual de variables La presente investigación se caracteriza por ser transversal, estudiando las variables en momentos establecidos, por ser éste el determinante en la relación causa efecto. Por su naturaleza, todas las variables identificadas son del tipo cuantitativo, por su dependencia, Y es dependiente, y las variables X1, X2 y X3 son independientes y se detallan a continuación: Recuperación mediante adsorción: La sílica sintética, en combinación con tierra, adsorben los compuestos oxidados del aceite utilizado en fritura de papas, es decir, se quedan atrapados en los intersticios del adsorbente. 47 Características fisicoquímicas del aceite: Están constituidas por el índice de peróxidos y acidez del aceite antes y después de filtrar. Tipo de sílica: Se refiere a la clase de sílica que adsorbió una mayor cantidad de contaminantes (Trisyl 450 y 4030, en combinación con tierra PureFlo B80). . Figura 9. Relación de las variables de la investigación Fuente: Elaboración propia Y = Recuperación del aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. X1 = Características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas. X2 = Tipo de sílica que presenta una mejor recuperación del aceite de fritura de papas. X3 = Proporción de sílica y tierra más adecuada para la adsorción y filtración del aceite de fritura de papas. 48 3.2.1 Operacionalización de variables La operacionalización de las variables de investigación se muestra en la tabla 9. Tabla 9 Operacionalización de variables VARIABLE DEP. DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO Y = Recuperación del aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. - Características fisicoquímicas - Acidez - índice de peróxido - Densidad - Análisis volumétrico - Análisis estadístico VARIABLE IND. DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO X1 = Características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas. - Características fisicoquímicas - Acidez - índice de peróxido - Densidad - Análisis volumétrico - Análisis fisicoquímico X2 = Tipo de sílica que presenta una mejor recuperación del aceite de fritura de papas. - % de recuperación - Porcentaje Cálculo del % de recuperación X3 = Proporción de sílica y tierra más adecuada para la adsorción y filtración del aceite de fritura de papas. - Relación: cantidad sílica/ cantidad tierra - g sílica/ g tierra Experimentación Fuente: Elaboración propia Donde: Ecuación: Y=f (X1, X2, X3) 49 IV.- DISEÑO METODOLÓGICO 4.1 Tipo y diseño de la investigación Según los objetivos del presente trabajo, el propósito de la investigación y la naturaleza de los problemas, este estudio reúne antecedentes suficientes para ser calificado como una investigación experimental pues propone experimentaciones para obtener datos adecuados. 4.1.1 Nivel de investigación La investigación fue descriptiva – explicativa. 4.2 Método de investigación En el presente trabajo se empleó el método descriptivo, el mismo que se complementó con el estadístico, análisis, síntesis, deductivo y experimental. La presente investigación obedece a un modelo experimental. Aquí se buscó relacionar a las variables a través de un proceso sistemático y controlado. Se estableció un programa para el recogimiento de la data: a. Recolección de la información bibliográfica. b. Selección del método. c. Trabajo de pruebas experimentales. d. Presentación. 4.3 Población y muestra En la presente investigación no se utilizó el criterio población y muestra, pero si el criterio de muestra experimental con el cual se realizaron cada uno de las pruebas. La muestra experimental fue de 370ml que fuera tomada de un volumen de 20 litros proveniente de la fritura sólo de papas de un puesto de 50 comida rápida (carrito sanguchero), el cual tuvo un tiempo de fritura profunda de 6 horas. 4.3.1 Muestra y determinación de su tamaño En el caso de la presente investigación, la población fue igual a la muestra representativa experimental, que es equivalente a 370 mL de aceite utilizado en fritura de papas. Luego del tratamiento propio de este trabajo, fue utilizada para tomar las alícuotas necesarias para los diferentes análisis correspondientes. 4.4 Lugar de estudio y periodo desarrollado El lugar en donde se desarrolló la parte experimental del proceso de adsorción y filtración, determinación de densidad y recuperación fue el Laboratorio de Química Analítica Cuantitativa de la Universidad del Callao. Los análisis químicos de acidez e índice de peróxido se realizaron en el Laboratorio de Calidad de la industria E&M. Los análisis químicos para la verificación de la acidez e índice de peróxido, y los análisis de compuestos polares se realizaron en el laboratorio acreditado Bureau Veritas del Perú. 4.5 Técnicas e instrumentos para la recolección de información 4.5.1 Materiales y equipos Los materiales utilizados en el presente trabajo se listan en la tabla 10 y se pueden apreciar en las figuras 10, 11, 12, 13. Los reactivos se muestran en la tabla 11 y el material de vidrio en la tabla 12. Tabla 10 Materiales utilizados en la experimentación 51 Material Marca Aceite vegetal de soya (sin uso y utilizado en fritura de papas) SAO Trisyl 450 Grace Trisyl 4030 Grace Pure-Flo B80 Oil Dri Fuente: Elaboración Propia Figura 10. Muestras de aceite vegetal. Izquierda: sin uso, derecha: utilizado Figura 11. Muestra de sílica Trisyl 450. 52 Figura 12. Muestra de sílica Trisyl 4030. Figura 13. Muestra de tierra blanqueadora Pure-Flo B80. 53 Tabla 11 Materiales para el análisis de las muestras N° Reactivos 1 Etanol Q.P. 2 Dietil éter 3 Fenolftaleína 4 Hidróxido de Potasio 5 Cloroformo 6 Ácido acético 7 Yoduro de potasio 8 Tiosulfato de sodio 9 Almidón Fuente: Elaboración propia Tabla 12 Materiales utilizados en los análisis N° Materiales 1 Matraces de 250 mL 2 Baguetas 3 Bureta de 50 mL 4 Soporte universal 5 Nuez para soporte 6 Vasos de precipitados de 100 mL Fuente: Elaboración propia 54 Los componentes del sistema utilizado para la filtración del aceite se enlistan en la tabla 13 y se muestran en la figura 14. Tabla 13 Componentes del sistema de filtración N° Componente 1 Bomba de vacío 115V 2 Manguera 3 Matraz Kitasato de 1L 4 Embudo Buchner 5 Probeta de 500 mL Fuente: Elaboración propia Figura 14. Equipo de filtración. 55 4.5.2 Primera etapa: Caracterización del aceite utilizado en fritura y del aceite sin uso Para poder tener un punto de comparación de las muestras que pasaron por el proceso de filtración, se realizó una caracterización fisicoquímica del aceite sin uso y del usado en fritura. Se midieron los parámetros siguientes: índice de Peróxidos y acidez. En ambos casos, el procedimiento utilizado se realizó según la metodología que detalla el Estándar Internacional (ISO 3960:2009 e ISO 660:2009), y en los puntos siguientes se detalla la metodología. a. Determinación yodométrica del índice de Peróxidos (ISO 3960:2009)  Las muestras a analizarse deben estar guardadas en frascos ámbar y refrigeradas, además, al momento de hacer el análisis se utilizó luz difusa.  Se pesaron 2g de muestra en un matraz Erlenmeyer, y se agregaron 10 mL de cloroformo.  Inmediatamente se agitó el matraz hasta disolver la muestra y se tapó con un corcho.  Se añadieron 15 mL de ácido acético y 1 mL de yoduro de potasio.  Se cerró nuevamente el matraz, se agitó y se mantuvo en oscuridad por aproximadamente cinco minutos (15-25 °C).  Pasado ese tiempo, se añadieron 75 mL de agua destilada.  Se procedió a titular el yodo liberado en el matraz con una solución de tiosulfato de sodio (0.002 N) que se encontraba precargada en una bureta. Para esto se utilizó almidón como indicador. 56 Luego de haber finalizado la titulación, se realizaron los cálculos para obtener los miliequivalentes de oxígeno por cada kg de aceite, y se utilizó la siguiente ecuación: 𝑰𝑷 = 𝒗𝑵 𝒎 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 De donde: IP: índice de peróxido en meq de O2 por kilogramo de aceite. v: volumen de solución de tiosulfato de sodio empleado en la titulación de la muestra, en cm3. N: normalidad de la solución de tiosulfato de sodio m: masa de la muestra analizada, en g. d. Determinación de la acidez (ISO 660:2009)  Se preparó una muestra con volúmenes iguales de etanol y dietil éter para poder disolver la muestra.  Se pesaron 20g de aceite muestra en un matraz de 250 mL.  Se agregaron 50 mL de la mezcla de solventes al matraz, y se agitó hasta disolver la muestra.  Se agregaron unas gotas del indicador (solución etanólica de fenolftaleína) y se agitó el matraz nuevamente por aproximadamente medio minuto.  Anteriormente se había cargado la bureta con hidróxido de potasio (0.1N), que sirvió como titulante en esta prueba.  Una vez lograda la neutralización, se anotó el volumen de titulante utilizado. 57 Los cálculos de la acidez siguieron la ecuación que se muestra a continuación: 𝑨𝒄𝒊𝒅𝒆𝒛 [ 𝒈 𝟏𝟎𝟎𝒈 𝒅𝒆 á𝒄𝒊𝒅𝒐 𝒐𝒍𝒆𝒊𝒄𝒐 ] = 𝟐𝟖𝟐𝒙𝑽𝒙𝑵 𝑷 ∗ 𝟏𝟎𝟎 Donde: V: volumen (mL) de KOH consumidos N: normalidad del KOH P: peso del aceite (g) e. Determinación del índice de acidez De acuerdo al método utilizado, para hacer el cálculo del índice de acidez, la ecuación aproximada que se utilizó fue la siguiente: í𝒏𝒅𝒊𝒄𝒆 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒊𝒅𝒆𝒛 = 𝟎. 𝟓 ∗ 𝑨𝒄𝒊𝒅𝒆𝒛 f. Determinación de la densidad Para el cálculo de la densidad se midió el volumen de la muestra en una probeta, y se tomó el peso de la misma, con y sin contenido de aceite, para poder calcular solamente el peso del aceite, por diferencias. 4.5.3 Segunda etapa: Pruebas experimentales de adsorción y filtración Una vez caracterizado el aceite sin tratar, se procedió a escoger el tipo de sílica (o combinación) que presentase la mejor recuperación del aceite. Para ello se utilizó un sistema de filtración que constó de una bomba de vacío, un matraz de 58 Kitasato y un embudo Buchner, que tuvo como fondo del medio de filtración un papel filtro Whatman (8 – 10 µm). Sobre este papel se colocó el medio de filtración, que estuvo compuesto de acuerdo a lo mostrado en la tabla 14, Desde este punto se harán referencia a cada una de las pruebas de acuerdo a la numeración correspondiente. En las pruebas 1, 2 y 3 se utilizaron 20g de cada uno de los medios de filtración propuestos (Trisyl 4030, Trisyl 450 y Pure-Flo B80, en ese orden). En las siguientes pruebas se realizaron combinaciones entre las sílicas Trisyl y la tierra Pure-Flo B80, en proporciones de 2:1. La secuencia del procedimiento de filtración se puede observar en las figuras 15, 16, 17, 18, 19, 20 y 21. Tabla 14 Combinaciones utilizadas para las pruebas de filtración del aceite N° Prueba Condiciones 1 Trisyl 4030 (20g) 2 Trisyl 450 (20g) 3 Pure-Flo B80 (20g) 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) Fuente: Elaboración propia 59 Figura 15. Pesado del aceite usado en fritura de papas. Figura 16. Calentamiento del aceite usado en fritura de papas. 60 Figura 17. Trasvasado del aceite usado en fritura de papas. Figura 18. Embudo conteniendo la sílica. 61 Figura 19. Embudo luego del filtrado del aceite. Figura 20. Vaciado del aceite filtrado al envase de almacenamiento. 62 Figura 21. Muestras listas para los análisis siguientes. 4.5.4 Tercera etapa: caracterización fisicoquímica de las muestras de aceite filtrado. Luego de haber realizado todas las pruebas de filtración del aceite, se procedió a realizar los análisis de índice de peróxidos y de acidez. Para ello se siguió el mismo procedimiento que fue descrito en el punto 4.4.2. Para todos estos análisis se trabajó por triplicado. Estos valores fueron corroborados por el análisis de una muestra de cada prueba en un laboratorio externo. A la muestra de aceite que presentó los mejores resultados en todas las pruebas realizadas se le hizo un análisis de compuestos polares en un laboratorio externo, para verificar su calidad. 4.5.5 Cuarta etapa: Resultados y Análisis de los datos obtenidos En esta etapa se realizó el cálculo de la recuperación por parte de los medios de filtración. Para esto se utilizó la siguiente ecuación: 63 % 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒄𝒖𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒘𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒅𝒐 𝒘𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝐬𝐢𝐧 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒓 𝒙𝟏𝟎𝟎 Finalmente, se realizaron los análisis estadísticos correspondientes, siguiendo lo descrito en el apartado 4.6. 4.6 Análisis y procesamiento de datos Para hacer una correlación adecuada entre los datos experimentales y los datos de las ecuaciones generadas, se utiliza un análisis que se compone del análisis de varianza o ANOVA y una prueba estadística de Tukey para la comparación de grupos de datos. 4.6.1. ANOVA El análisis de varianza (ANOVA) es uno de los métodos estadísticos más utilizados y más elaborados en la investigación moderna. Se utiliza para probar hipótesis referentes las varianzas de una población. La prueba F permite determinar si las desviaciones estándar o las varianzas de dos muestras se pueden considerar estadísticamente iguales o diferentes. Este análisis estadístico se realizó a través del análisis de ANOVA, provisto por el programa Minitab 17. 64 V. RESULTADOS 5.1 Resultados descriptivos 5.1.1 Resultados de las pruebas de filtración En la tabla 15 se muestra el peso del aceite retenido en cada prueba de filtración. Tabla 15 Peso de aceite retenido en los adsorbentes luego de la filtración N° Condiciones Peso retenido (g) 1 Trisyl 4030 (20g) 8 2 Trisyl 450 (20g) 5 3 Pure-Flo B80 (20g) 5 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 3 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 9 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 8 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 5 Fuente: Elaboración Propia 5.1.2 Resultados de las pruebas de acidez, índice de acidez, índice de peróxidos y densidad. En la tabla 16 se muestran los resultados obtenidos luego del análisis de acidez. Se muestran los valores obtenidos en cada prueba. En la tabla 17 se muestran los valores calculados del índice de acidez. Del mismo modo, en la tabla 18 se encuentran los resultados de las pruebas de índice de peróxido. 65 En la tabla 19 se enlistan los valores del cálculo de la densidad de las muestras. Los resultados fueron calculados de acuerdo a las ecuaciones mostradas en el apartado metodológico. Tabla 16 Resultados del análisis de acidez, en g/100g (ácido oleico) N° Prueba Acidez 1 0.14 2 0.17 3 0.07 4 0.08 5 0.14 6 0.12 7 0.19 Muestra patrón de aceite usado 0.16 Aceite sin uso 0.11 Fuente: Elaboración Propia Tabla 17 Resultados del cálculo del índice de acidez (%) N° Prueba Acidez Índice de acidez 1 0.14 0.28 2 0.17 0.34 3 0.07 0.14 4 0.08 0.16 5 0.14 0.28 6 0.12 0.24 7 0.19 0.38 Muestra patrón de aceite usado 0.16 0.32 Aceite sin uso 0.11 0.22 Fuente: Elaboración Propia 66 Tabla 18 Resultados del análisis de índice de peróxido (meq O2/Kg) N° Prueba Índice de peróxidos 1 10.36 2 9.46 3 2.07 4 5.46 5 5.29 6 2.36 7 8.77 Muestra Patrón Aceite 11.15 Aceite sin uso 1.34 Fuente: Elaboración Propia Tabla 19 Resultados de la densidad de las muestras de aceite filtrado N° Prueba Densidad (g/mL) 1 0.886 2 0.883 3 0.881 4 0.883 5 0.883 6 0.883 7 0.864 Fuente: Elaboración Propia 67 5.1.3 Cálculo del porcentaje de recuperación de aceite por parte de las sílicas y sus combinaciones Siguiendo la ecuación correspondiente, la tabla 20 muestra los resultados de los porcentajes de recuperación para cada prueba de filtración de aceite de fritura de papas. Tabla 20 Resultados del porcentaje de recuperación para cada prueba de filtración realizada. N° Prueba % de recuperación 1 95.12 2 94.49 3 97.54 4 97.55 5 96.33 6 97.55 7 97.18 Fuente: Elaboración Propia 5.1.4 Resultados de la prueba de compuestos polares El análisis de compuestos polares para la muestra número 6, realizados por el laboratorio acreditado Bureau Veritas del Perú, indica que tiene un valor de 11%. El método y el certificado correspondiente se encuentran en la sección de anexos. 68 5.2 Resultados inferenciales 5.2.1 Análisis visual de las muestras de aceite Ambas sílicas (Trisyl 450 y 4030), cuando son aplicadas solas, absorben las impurezas que hacen del aceite reusado turbio, un aceite transparente, pero no mejoran el color. La mezcla de silica con tierra, más allá de absorber las impurezas del aceite reusado, logran aclarar el color a un tono amarillo claro, semejante al del aceite virgen. En el análisis de datos de índice de peróxidos se llegó a la conclusión que las muestras 3 y 6 eran las que presentaban los mejores valores, pero en este apartado se determinó que la filtración para la prueba 3 (solamente con Pure- Flo B80) no mejora la apariencia del aceite. En la figura 22 se puede observar lo mencionado anteriormente. 6 Figura 22. Comparación de color de las muestras de aceite 69 En la Figura se puede observar que la tierra por sí sola no proporciona el brillo que si se produce cuando se realiza una mezcla con alguna de las sílicas Trisyl. En la Figura 23 se aprecian los frascos de la muestra de aceite sin utilizar y la muestra 6 después del proceso de filtración. Figura 23. Comparación de color del aceite usado y la muestra 6 En base a este análisis cualitativo, la muestra 6 (Trisyl 450 (7g) y Pure-Flo (14g)) es la que presenta mejores condiciones. Esto complementa a lo determinado para su valor de acidez y de índice de peróxidos, de los apartados anteriores. 5.2.2 Análisis del porcentaje de recuperación La tabla 21 recoge los datos del porcentaje de recuperación para cada prueba realizada. Nuevamente, dentro de las pruebas con mejores rendimientos se encuentran la número 4 y 6. Pero siguiendo todo lo analizado anteriormente, la 70 prueba que mejor resultados ofrece es la número 6 (Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g)). Las condiciones en las cuales se realizó la recuperación fueron: Temperatura del aceite 140º C, Presión de la bomba al vacío de 460 mm Hg, Cantidad de aceite utilizado 370 ml y papel filtro Whatman (8 – 10 µm). 5.3 Resultados estadísticos 5.3.1 ANOVA de un factor para el parámetro de Acidez Se realizó el análisis estadístico para el parámetro en mención. En la figura 25 se tienen los resultados de la prueba ANOVA, en la figura 24 se observa la prueba de Tukey y en el gráfico 4 se tiene el gráfico de intervalos para los valores de Acidez de las muestras de aceite filtrado. Figura 24. Prueba de Tukey para el parámetro Acidez 71 Figura 25. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro “acidez” 72 1 Trisyl 4030 (20g) 2 Trisyl 450 (20g) 3 Pure-Flo B80 (20g) 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) Gráfico 4: Gráfico de intervalos para Acidez vs Muestra En relación a los resultados del análisis estadístico de este parámetro (Figura 25), la hipótesis nula y alterna de la prueba realizada fueron las siguientes: H0: Todas las medias son iguales Ha: Al menos una de las medias es diferente. Se trabajó para un nivel de confianza del 95% y de acuerdo a los resultados obtenidos, se rechaza la hipótesis nula, por tener un valor p por debajo de 0.05 (p<0.05). Las comparaciones de Tukey (Figura 24) indican que las muestras 7 y 2 tienen valores cercanos. De la misma manera, las muestras 1. 5 y 6 cuentan con 73 valores similares de acidez. Finalmente, las muestras 3 y 4 tienen medias iguales. Se hizo una comparación de los valores de acidez obtenidos para las muestras de aceite filtrado, con el valor obtenido para el aceite sin uso, y se tiene que las muestras 4 y 6 son las que tienen un valor de acidez más próximo al aceite sin uso. Esto se sustenta también con la tabla 4, que contiene los datos encontrados en la literatura para los valores aceptados para este parámetro. 5.3.2 ANOVA de un factor para el parámetro de Índice de peróxidos Se realizó el análisis estadístico para los valores obtenidos del índice de peróxido. En la figura 26 se tienen los resultados de la prueba ANOVA, en la figura 27 se observa la prueba de Tukey y en el gráfico 5 se tiene el gráfico de intervalos para los valores del índice de peróxidos de las muestras de aceite filtrado. Estos análisis de datos se realizaron en Minitab 17. 74 Figura 26. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro índice de peróxidos 75 Figura 27. Prueba de Tukey para el parámetro Índice de peróxidos 1 Trisyl 4030 (20g) 2 Trisyl 450 (20g) 3 Pure-Flo B80 (20g) 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) Gráfico 5. Gráfico de intervalos para Índice de peróxidos vs Muestra 76 En esta prueba se realizó un análisis de datos similar a lo utilizado en el punto anterior. En este caso también se rechaza la hipótesis nula, ya que el valor p obtenido es igual a cero (Figura 26). En las comparaciones de Tukey (Figura 27) se puede observar que la media de todas las muestras analizadas presenta un valor diferente. En este caso, nuevamente los valores más cercanos de índice de peróxido al valor del aceite sin uso se encuentran entre las muestras número 3 y 6. De igual forma que en el caso anterior, el índice de peróxido para el aceite de soya se encuentra cercano al valor de 5 meqO2/kg, por lo que los valores de ambas muestras están dentro del fundamento teórico. Forma más adecuada para la recuperación del aceite; luego que se hicieran todos los ensayos necesarios la muestra 6 es la que mejor resultados ofreció, siendo las condiciones en las cuales se realizó la recuperación: mezcla de 7g de Trisyl 450 (Sílica) y 14g de Puref-Flo (tierra), como medio de adsorción, temperatura del aceite 140º C, cantidad de aceite utilizado 370 ml, utilizando el equipo de filtración al vacío a nivel de laboratorio, con una presión de la bomba 460 mm Hg, colocando como medio filtrante el papel de filtro Whatman (8-10 um). 77 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6.1 Contrastación y demostración de la hipótesis con los resultados 6.1.1 Hipótesis general Se corrobora la hipótesis planteada al inicio de la investigación, es decir, usando la sílica Trisyl 450 en proporción con la tierra Pure-Flo B80 Naturalse logra recuperar el aceite de fritura de papas. 6.1.2 Hipótesis específicas a) Se planteó que las características fisicoquímicas que definirían la calidad del aceite son el índice de peróxido, acidez (límites máximos de la Norma Técnica Peruana 209.001:1983: 5 meq O2/Kg y 0.2% expresada como ácido oleico, respectivamente) y densidad. En base a los resultados se confirma que estos parámetros son de utilidad para escoger el medio de filtración más adecuado para el aceite utilizado en fritura de papas. La muestra con mejores características fue la muestra 6, que presentó 0.12 g/100g (ácido oleico) como acidez y 2.36 meq O2/Kg como índice de peróxidos. Se realizó una medición de los componentes polares para esta muestra y se obtuvo un valor de 11%. En la bibliografía se encuentra que en la mayoría de países, este parámetro tiene un valor máximo de 25% (Juárez, 2007), por lo que el porcentaje encontrado para la muestra filtrada está dentro del rango permitido. La comparación de los resultados obtenidos se observa en los gráficos 6 y 7. 78 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ÍN D IC E D E P ER Ó X ID O S (M EQ /K G ) MUESTRA Gráfico 6. Comparación de resultados de índice de peróxidos. N° Condiciones PEROXIDOS 1 Trisyl 4030 (20g) 10.36 2 Trisyl 450 (20g) 9.46 3 Pure-Flo B80 (20g) 2.07 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 5.46 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 5.29 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 2.36 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 8.77 8 Muestra Patrón Aceite 11.15 9 Aceite sin uso 1.34 79 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ÍN D IC E D E A C ID EZ ( G /1 0 0 G ) MUESTRA N° Condiciones Acidez 1 Trisyl 4030 (20g) 0.14 2 Trisyl 450 (20g) 0.17 3 Pure-Flo B80 (20g) 0.07 4 Trisyl 4030 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 0.08 5 Trisyl 4030 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 0.14 6 Trisyl 450 (7g) + Pure-Flo B80 (14g) 0.12 7 Trisyl 450 (14g) + Pure-Flo B80 (7g) 0.19 8 Muestra Patrón Aceite 0.16 9 Aceite sin uso 0.11 Gráfico 7. Comparación de resultados de acidez. b) Se planteó que la sílica que proporciona una mayor recuperación es la sílica Trisyl 4030 (en los experimentos realizados se obtuvo un valor alrededor del 98%), sin embargo, luego de la experimentación se llega a la conclusión de que la sílica que tiene mejor acción en este caso es la Trisyl 450, en proporción con 80 la tierra Pure-Flo B80 (también cercano al 98%). Para tomar esa decisión los análisis de los parámetros mencionados en la parte a) prevalecieron con respecto a los resultados obtenidos en todas las pruebas que utilizaron Trisyl 4030. c) Se propuso que la proporción adecuada de sílica y tierra es de dos partes de sílica Trisyl 4030 y una de tierra Pure-Flo B80. Esto no fue así, ya que el experimento 6 presentó mejores resultados, estando compuesto de una parte de Trisyl 450 y dos partes de Pure-Flo B80. 6.2 Contrastación de los resultados con otros estudios similares En el estudio de Kaleem et al. (2015), los parámetros fisicoquímicos se utilizaron como un indicador para la evaluación de la calidad de las muestras de aceite oxidado térmicamente. El cambio más común en el aceite o la grasa durante el uso es el oscurecimiento. Los compuestos alimenticios (como carbohidratos, fosfatos, compuestos de azufre y metales traza) reaccionan con el aceite o sus productos de descomposición, lo que contribuye a la formación del color. Los parámetros fisicoquímicos utilizados en esta investigación fueron los mismos que se utilizaron en el presente trabajo de investigación y tuvieron valores cercanos a los obtenidos en nuestro caso. El trabajo de Diop et al. (2014) indica que el proceso de fritura afectó las propiedades químicas de los aceites vegetales comestibles. La acidez, el índice de peróxido y los componentes polares totales mostraron un aumento después de freír y alcanzaron un nivel dependiendo del producto a freír, algo que también sucedió en el presente estudio. 81 6.3 Responsabilidad ética de acuerdo a los reglamentos vigentes Las autoras nos responsabilizamos de la información emitida en el presente trabajo de investigación cumpliendo lo señalado en el CÓDIGO DE ÉTICA DE INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO, Resolución N° 210-2017-CU. 82 CONCLUSIONES a. Fue posible recuperar aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra, en un porcentaje del 97.55% b. Las características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas (sin pasar por filtración) fueron las siguientes:  Acidez: 0.16 g/100g (ácido oleico)  Índice de acidez: 0.32 %  Índice de peróxidos: 11.15 meq O2/Kg c. La sílica que presenta una mejor recuperación es la Trisyl 450, en combinación con la tierra Pure-Flo B80. d. La proporción que permitió una mejor recuperación fue la siguiente: dos partes de Pure-Flo B80 por cada parte de Trisyl 450, siendo la prueba 6 la seleccionada (Trisyl 450 (7g) y Pure-Flo (14g)) con los siguientes resultados:  Acidez: 0.12 g/100g (ácido oleico)  Índice de acidez: 0.24 %  Índice de peróxidos: 2.36 meq O2/Kg  Compuestos polares: 11% 83 RECOMENDACIONES a. Las pruebas para filtración de aceite utilizado en fritura de papas fueron llevadas a cabo con éxito y resultaría interesante utilizar estas sílicas y la tierra como medio para la filtración de otros fluidos (aguas residuales, etc.). b. Sería conveniente realizar las mismas pruebas de filtración, pero con sílica y tierra de otro tipo, y de otras marcas. c. En la investigación realizada se utilizó aceite de fritura solamente de papas, en futuras investigaciones se debería hacer la prueba con aceite proveniente de fritura de otros alimentos. d. Los resultados de la presente investigación son de utilidad para una futura investigación que podría tratar de construir un equipo en el que la filtración sea con un flujo constante (recirculación). Este equipo podría replicarse para ser utilizado en restaurantes o sitios en los que se use aceite de fritura. 84 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA Afshan, Kaleem; Sana, Aziz; Mehwish, Iqtedar; Abdullah, Roheena; Mahwish, Aftab; Farzana, Rashid; Farah, Shakoori y Shagufta, Naz (2015). “Investigación de cambios y efectos de los valores de peróxido en aceites de cocina sujetos a luz y calor”. Fuuast J. Biology, 5 (2), 191-196. Arias-Mendez, Ana; Warning, Alexander; Datta, Ashim y Balsa-Canto, Eva (2013). “Funcionamiento óptimo de calidad y seguridad de la fritura profunda de papas fritas”. 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DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO ¿Es posible recuperar el aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra? Establecer las condiciones favorables para la recuperación de aceite utilizado en fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. Usando la sílica adecuada, en proporción con la tierra clarificadora, es posible recuperar el aceite de fritura de papas. Y = Recuperación del aceite de fritura de papas mediante un sistema de adsorción y filtración con sílica y tierra. - Características fisicoquímicas - Acidez - índice de peróxido - Densidad - Análisis volumétrico - Análisis estadístico PROB. ESPECÍFICOS OBJ. ESPECÍFICOS HIP. ESPECÍFICAS VARIABLE IND. DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO a) ¿Cuáles son las características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas? a) Determinar las características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas. a) Las características fisicoquímicas del aceite usado en frituras son el índice de peróxido, acidez y densidad. X1 = Características fisicoquímicas del aceite utilizado en fritura de papas. - Características fisicoquímicas - Acidez - índice de peróxido - Densidad - Análisis volumétrico - Análisis estadístico b) ¿ Cuál es la sílica que presenta una mejor recuperación del aceite de fritura de papas? b) Seleccionar la sílica que present