“Elaboración de Panela a partir de jugo de caña … · La panela o piloncillo es un producto...

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

ZONA XALAPA

Programa Educativo:

Ingeniería Química

“Elaboración de panela blanca a partir de jugo de caña purificado con

carbón activado de bagazo y ultrafiltración”

TESIS

Que para acreditar la Experiencia Educativa:

Experiencia Recepcional

Presenta:

YESSICA HERNÁNDEZ CEJA

Asesor

DR. JULIO A. SOLÍS FUENTES

Xalapa, Ver., Diciembre 2014

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

Página II

DEDICATORIA

A Dios, por la oportunidad que me brinda de vivir en este lugar y tiempo, al lado de la

mejor familia que me pudo obsequiar.

A mis padres, por su paciencia, amor incondicional y sacrificio. Gracias a ustedes llegue

hasta aquí. Ésta tesis es más suya que mía, ¡muchas gracias!

A mi hermana, porque a pesar de las diferencias siempre ha estado a mi lado.

A mi tío Juan, por preguntarme siempre si me sentía contenta con lo que hacía. Este trabajo

tiene mucho de ti.

AGRADECIMIENTOS

A Dios por la oportunidad de vivir un día más, y permitirme compartir esa dicha con mi

familia y amigos.

A mis padres, espero poder compensar el sacrificio que significó para ustedes el permitirme

llegar a este logro.

A mi abuelo, por ayudarme con información y material para la realización de este proyecto.

A mi asesor Dr. Julio A. Solís Fuentes por permitirme realizar este trabajo, su ayuda,

consejos, y tiempo brindado.

Al Ing. Ulises Hernández, por su ayuda en el laboratorio, su disposición y tiempo, por

aguantar mis idas y vueltas y las molestias causadas.

A Maty, gracias por tu tiempo y ayuda. Espero poder pagar por la paciencia que me tuviste.

A M. en C. Yolanda Cocotle Ronzón, por permitirme realizar mis pruebas en su

laboratorio. Su ayuda fue fundamental para la realización de este trabajo.

A Rosita y Montse, ustedes me ayudaron más allá de lo que pude esperar, sin ustedes

seguramente mis pruebas habrían resultado un desastre. Muchas gracias por su paciencia.

A mis amigos Annai, Ariana, Daniel, Juan, Carlos, Jorge, Erika, Janeth, Brenda y Jesús,

porque sin ustedes la universidad no habría sido lo mismo, gracias por esos momentos

divertidos a su lado, y la ayuda que me brindaron siempre.


Página III

ÍNDICE INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1

Capítulo I GENERALIDADES ........................................................................................................ 5

1.1 Caña de azúcar ................................................................................................................. 6

1.1.1 Composición de la caña de azúcar ............................................................................ 8

1.1.2 Características deseables en variedades de caña de azúcar para panela ......... 8

1.1.2.1 Características básicas ............................................................................................ 8

1.1.2.2 Características secundarias .................................................................................... 9

1.2 Jugo de caña ..................................................................................................................... 9

1.2.1 Componentes del jugo de caña de azúcar. ............................................................ 10

1.2.2 Alteración del jugo de caña de azúcar. ................................................................... 10

1.3 Proceso de producción de la panela ........................................................................... 11

1.3.1 Molienda ....................................................................................................................... 12

1.3.2 Prelimpieza .................................................................................................................. 13

1.3.3 Clarificación. ................................................................................................................ 14

1.3.4 Evaporación y concentrado ...................................................................................... 15

1.3.5 Moldeo .......................................................................................................................... 16

1.3.6 Empaque y almacenamiento .................................................................................... 16

1.4 Características y propiedades de la panela ............................................................... 17

1.4.1 La panela como alimento funcional. ........................................................................ 19

1.5 Producción de panela en México ................................................................................. 19

1.6 Contaminación microbiológica. .................................................................................... 21

1.7 Color ................................................................................................................................. 22

1.7.1 Color en caña de azúcar y productos obtenidos de la caña de azúcar ............. 22

1.7.2 Medición del color, sistema CIELAB ....................................................................... 23

1.8 Residuos paneleros........................................................................................................ 25

1.9 Adsorción ......................................................................................................................... 25

1.9.1 Carbón activado .......................................................................................................... 26

1.9.2 Carbón activado a partir de bagazo de caña ......................................................... 26

1.9.3 Métodos de activación del carbón. .......................................................................... 27

1.9.3.1 Activación física. ..................................................................................................... 27

1.9.3.2 Activación química. ................................................................................................ 27


Página IV

1.10 Filtración por membrana................................................................................................ 28

1.10.1 Ultrafiltración................................................................................................................ 29

Capítulo II MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................... 32

2.1 Extracción del jugo y determinación de las propiedades físicas y químicas de la

muestra ........................................................................................................................................ 32

2.1.1 Determinación de pH ................................................................................................. 32

2.1.2 Determinación grados Brix ........................................................................................ 33

2.1.3 Determinación de color. ............................................................................................. 33

2.1.4 Determinación de ceniza ........................................................................................... 34

2.1.5 Determinación de sólidos totales ............................................................................. 35

2.1.6 Determinación de azúcares reductores .................................................................. 35

2.1.6.1 Curva de calibración para la obtención de azúcares reductores .................... 36

2.2 Obtención de carbón activado a partir de bagazo de caña ..................................... 36

2.3 Clarificación del jugo de caña con carbón activado y ultrafiltración. ...................... 37

2.3.1 Clarificación del jugo de caña con carbón activado. ............................................. 37

2.3.2 Clarificación del jugo de caña con carbón activado y ultrafiltración. .................. 38

2.4 Reactivación del carbón activado ................................................................................ 38

2.4.1 Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón reactivado .............. 39

2.5 Evaporación y concentrado del jugo de caña ............................................................ 39

2.6 Moldeo .............................................................................................................................. 40

2.6.1 Batido ........................................................................................................................... 40

2.6.2 Moldeo. ......................................................................................................................... 40

2.7 Caracterización de la panela. ....................................................................................... 40

2.7.1 Determinación del color ............................................................................................. 40

2.7.1.1 Color ICUMSA ......................................................................................................... 41

2.7.1.2 Color CIELAB .......................................................................................................... 41

2.7.2 Determinación de humedad ...................................................................................... 42

2.7.3 Determinación de cenizas sulfatadas...................................................................... 43

2.7.4 Determinación de grados Brix .................................................................................. 43

2.7.5 Determinación de azúcares reductores .................................................................. 44

2.7.6 Caracterización microbiología de la panela ........................................................... 44

2.7.6.1 Cuenta de bacterias mesofílicas aerobias .......................................................... 45


Página V

2.7.6.2 Conteo de hongos y levaduras ............................................................................. 45

2.7.6.3 Conteo de microorganismos coliformes totales ................................................. 46

Capítulo III RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 48

3.1. Caracterización fisicoquímica del guarapo y jugo de ingenio ................................. 48

3.2. Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón activado de bagazo de

caña y jugo tratado con carbón activado y membrana de ultrafiltración. .......................... 49

3.3. Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón reactivado .................. 51

3.4. Remoción de color en jugo tratado con carbón activado de bagazo de caña y

carbón de 1ª, 2ª y 3ª reactivación ............................................................................................ 54

3.5. Pruebas preliminares para la elaboración de la panela ........................................... 56

3.6. Caracterización fisicoquímica de la panela ................................................................ 59

3.7. Pruebas de microbiología en la panela ....................................................................... 62

CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 67

RECOMENDACIONES.................................................................................................................. 69

REFERENCIAS .............................................................................................................................. 70


Página VI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Nombre Pág.

1.1 Composición química de la caña de azúcar 8

1.2 Componentes del jugo de caña de azúcar 10

1.3 Cantidad de panela obtenida con diferente porcentaje de extracción

y diferentes grados Brix por tonelada de caña 13

1.4 Requisitos físico químicos para la panela 17

1.5 Requisitos microbiológicos para la panela 18

1.6 Contenido nutrimental de la panela 18

1.7 Producción de panela en México (Toneladas) 19

1.8 Valor de la producción de panela en México (Miles de $) 20

1.9 Superficie cosechada de caña de azúcar para panela en México

(Hectáreas) 20

3.1

Caracterización fisicoquímica del guarapo o jugo de primera

extracción y jugo del ingenio El Modelo. 48

3.2 Caracterización fisicoquímica de jugos tratados con carbón activado

y carbón activado y membrana de ultrafiltración. 49

3.3 Remoción de color en jugo tratado con carbón activado de bagazo

de caña y carbón activado y membrana de ultrafiltración 50

3.4 Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón reactivado 51

3.5 Determinación de color U.I con pH sin ajustar 52


Página VII

3.6 Comparación entre jugo tratado con carbón reactivado y jugo

tratado con carbón reactivado y membrana de ultrafiltración 53

3.7 Tabla comparativa de jugo tratado con carbón nuevo + membrana

de ultrafiltración y carbón reactivado + membrana de ultrafiltración

con pH ajustado y sin ajustar

53

3.8 Unidades de color en guarapo de Ingenio El Modelo tratado con

carbón activado y de 1ª, 2ª y 3ª reactivación. 54

3.9 Unidades de color en guarapo de Ingenio El Modelo tratado con

carbón activado y de 1ª, 2ª y 3ª reactivación sin ajustar pH 55

3.10 Variables usadas en prueba de cristalización para jugo normal 57

3.11 Condiciones favorables para elaboración de panela normal 57

3.12 Variables usadas en prueba de cristalización para jugo tratado con

carbón activado y membrana de ultrafiltración 58

3.13 Condiciones favorables para elaboración de panela clarificada 58

3.14 Caracterización fisicoquímica de la panela 59

3.15 Parámetros L*, a*, b*, croma (C) y ángulo hue (ºh) del sistema

CIELAB 61

3.16 Cuenta de bacterias mesofílicas aerobias en placas de agar triptona

extracto de levadura incubadas 24 horas a 120 ºC 62

3.17 Cuenta de hongos en placas agar papa dextrosa acidificada e

incubada durante 48 horas a 35ºC 63

3.18 UFC/g de coliformes totales en placa de agar rojo violeta bilis,

incubados a 35°C durante 24 ± 2 h. 64

3.19 Imágenes del desarrollo de microorganismos en las muestras de

panela 64


Página VIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Nombre Pág.

1.1

Distribución mundial de la producción de panela 6

1.2 Características de calidad de la caña de azúcar 7

1.3

Proceso de producción de panela 11

1.4

Operaciones del proceso de elaboración de la panela en un trapiche

12

1.5 Espacio de color CIELAB 24

1.6 Clasificación de las membranas 28

2.1 Curva de calibración glucosa + fructosa 36

3.1.

Remoción de color en el guarapo tratado con carbón activado de bagazo

de caña y carbón activado y ultrafiltración A) guarapo original, B)

guarapo tratado con CA de bagazo de caña, C) guarapo tratado con CA

de bagazo de caña y ultrafiltración.

50

3.2

Comparación entre guarapo original y guarapo tratado con CA nuevo y

carbón reactivado A) guarapo original, B) jugo tratado con carbón

reactivado, C) jugo tratado con carbón activado nuevo

52

3.3 Porcentaje de remoción de color de guarapo tratado con carbón activado

nuevo y con 1ª, 2ª y 3ª reactivación a pH ajustado 55

3.4 Porcentaje de remoción de color de guarapo tratado con carbón activado

nuevo y con 1ª, 2ª y 3ª reactivación sin ajustar pH 56

3.5 Comparación de las panelas A) panela de guarapo original, B) panela de 60


Página IX

jugo tratado con CA, C) panela de jugo tratado con CA y ultrafiltración

3.6

Comparación de UFC/g de bacterias mesofílicas por muestra y tiempo de

almacenamiento P.G- panela de guarapo sin tratar, P.C.A-panela tratada

con carbón activado, P.U- panela tratada con C. activado y ultrafiltración,

P.C- panela comercial

62

3.7

Comparación de UFC/g de hongos por muestra y tiempo de

almacenamiento P.G- panela de guarapo sin tratar, P.C.A-panela tratada

con carbón activado, P.U- panela tratada con C. activado y ultrafiltración,

P.C- panela comercial

63


Página 1

INTRODUCCIÓN

La panela o piloncillo es un producto edulcorante obtenido de la concentración del

jugo de caña de azúcar Saccharum officinarum L. en instalaciones procesadoras

denominados “trapiches”. Este producto se diferencia del azúcar blanco en su

apariencia y principalmente en su composición. Aunque también contiene

mayoritariamente sacarosa, glucosa y fructosa, hay presencia importante desde el

punto de vista nutricio de minerales, grasas, compuestos proteicos y vitaminas.

(Gonzalo Rodriguez, 2004)

El uso del piloncillo, como comúnmente se le conoce en México, es en bebidas

calientes y frías, repostería, conserva de frutas y verduras, platillos típicos

regionales, entre otros. Tradicionalmente el consumo de la panela se ha dado

mayormente en las comunidades rurales; aunque, en la actualidad, se considera

ha disminuido por la preferencia hacia el azúcar refinado.

A pesar de algunas de las visibles ventajas que la panela posee sobre el azúcar

blanco, por las condiciones tecnológicas de los establecimientos que la producen

(casi en cada trapiche se usa un método diferente basado en el conocimiento

empírico del trabajador) observa poca uniformidad en las características de

calidad, en aspectos como lo son color, textura, dureza, etc., En México existe un

gran rezago en su producción frente a países como India y Colombia, que

actualmente son el primero y segundo productor Mundial. Colombia, por ejemplo,

contribuye con 1,4 millones de toneladas métricas al año, es decir, el 12% de la

producción mundial, y tiene el mayor consumo per cápita mundial con 32 kg/año,

mientras México registra un considerable rezago también en el consumo,

observando sólo 0.5 kg/año.

El bajo interés por promover la producción y la investigación en torno a la panela,

aunado al aumento en el consumo de otros edulcorantes ha ocasionado un

estancamiento de los procedimientos usados para su producción y por ende en su

calidad. De allí la necesidad de estudiar la producción artesanal de la panela y de


Página 2

analizar alternativas de mejoramiento tecnológico que haga posible una mayor

eficiencia en la producción y mejora en las características de calidad.

Como primer paso es necesario entender el proceso de fabricación que se ha

practicado hasta la fecha, identificando factores que inciden en la productividad y

calidad del producto final.

De esta manera se espera que al mejorar la forma de producción, aumente

considerablemente la presentación de la panela, sin perder las propiedades

nutritivas que le proporcionan ventajas sobre el resto de los edulcorantes

existentes.

La variabilidad en la calidad de la panela, se debe a varios aspectos, entre los que

se encuentran el tipo de cañas de azúcar, el proceso de elaboración, las

condiciones de almacenamiento, y el bajo interés en la inocuidad. La baja calidad

de la panela se aprecia en aquellas que presentan una tonalidad oscura, olor

indeseable, baja cristalización, presencia de mohos y microorganismos, entre

otros.

Dado que el color es uno de los aspectos más representativos en la calidad de la

panela, se plantea evaluar un proceso de clarificación del jugo de caña que

permita que el piloncillo conserve las propiedades nutritivas, sabor y olor que le

son característicos.

El carbón activado es un excelente adsorbente que purifica líquidos y gases, y de

acuerdo con estudios previos, es capaz de remover compuestos que proporcionan

el característico color café del jugo de caña. Por otro lado, uno de los principales

desechos de los trapiches es el bagazo de caña de azúcar, el cual, en el mejor de

los casos, solo se le utiliza en los trapiches como combustible. En este trabajo se

evalúa la decoloración del jugo de caña para la elaboración de panela, mediante

un tratamiento con carbón activado obtenido del bagazo, como parte preliminar

para la clarificación de los jugos y mejora de calidad en la panela.


Página 3

HIPÓTESIS

El tratamiento con carbón activado elaborado con bagazo de caña, permite una

mayor clarificación en los jugos de caña, para elaborar panelas de mayor calidad y

color más claro, conservando las propiedades nutritivas.

OBJETIVO GENERAL

Evaluar la calidad de la panela obtenida de la clarificación del jugo de caña

mediante tratamientos con carbón activado a base de bagazo de caña de azúcar y

ultrafiltración.

OBJETIVOS PARTICULARES

Analizar el proceso tradicional de elaboración de piloncillo.

Revisar en literatura sobre nuevas técnicas de clarificación de los jugos

Implementar un proceso de clarificación con carbón activado de bagazo de

caña y ultrafiltración.

Evaluar la calidad en la panela con el nuevo proceso de clarificación.


Página 4

CAPÍTULO I

GENERALIDADES


Página 5

Capítulo I

GENERALIDADES

Los edulcorantes son aditivos que confieren sabor dulce a los alimentos, por su

constitución se clasifican en naturales (o nutritivos) y no nutritivos. Los primeros

constituyen una fuente importante de calorías para los seres humanos, entre los

más importantes están el azúcar o sacarosa, jarabe de maíz rico en fructosa, miel

de abeja, melaza y piloncillo; mientras que entre los segundos se encuentran

principalmente la dextrosa y la maltosa (Secretaría de Economía Dirección

General de Industrias Básicas, 2012).

La panela o piloncillo como se le conoce en México es un edulcorante obtenido de

la deshidratación y concentración del jugo extraído de las cañas de azúcar

Saccharum officinarum L. mediante procesos físicos de evaporación, que se

distingue del resto de los edulcorantes por conservar características nutricionales

y sensoriales. La panela es un alimento completamente natural, ya que en su

elaboración no se usa ningún aditivo de síntesis, condición que la convierte en un

producto inocuo, y que cumple cualitativamente con todos los requerimientos de

vitaminas, carbohidratos, proteínas, grasa, agua y minerales, para ser considerada

un alimento completo.

En México el piloncillo se elabora de manera artesanal en locales denominados

trapiches. Se estima que la producción participa con el 2.3% de la producción

nacional de endulzantes provenientes de la caña de azúcar, con un consumo per

cápita de 0.5 kg de piloncillo por año. El consumo actual del piloncillo debería ser

más alto, considerando que México ocupa el 6° lugar como productor de caña de

azúcar (Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria).

Países donde la producción cañera se practica, la panela también está presente.

La India es el principal productor de panela a nivel mundial, sin embargo Colombia

con el segundo lugar a nivel mundial en producción de panela contribuye con 1,4

millones de toneladas métricas al año (12% de la producción mundial) y ocupa el

primer lugar en consumo per cápita con 32 kg por año.


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Figura 1.1 Distribución Mundial de la Producción de Panela

Elaborado con base en FAO, 2003

1.1 Caña de azúcar

La caña de azúcar (Saccharum officinarum), materia prima en la elaboración de

panela, pertenece a la familia de las gramíneas, es originaria de Nueva Guinea,

traída por Cristóbal Colón a territorio americano hacia 1502 y cultivada en zonas

tropicales y subtropicales.

Las partes básicas de la estructura de la planta, que determinan su forma son: la

raíz, el tallo, las hojas y la flor, siendo el tallo una de las principales partes ya que

es donde se almacenan los azúcares.

Para crecer, la caña de azúcar requiere un mínimo de temperaturas de 14 a 16 ºC.

La temperatura óptima de crecimiento se sitúa alrededor de los 30 ºC, con

humedad relativa alta y buen aporte de agua. Se adapta casi a todos los tipos de

suelo, vegetando mejor y dando más azúcar en los ligeros.

La caña de azúcar está constituida por jugo y fibra. La fibra es la parte insoluble en

agua y está formada principalmente por celulosa, la cual, a su vez está constituida

por azúcares sencillos como glucosa (dextrosa). El contenido porcentual de

65%

12%

4%

5%5%

9%

Distribución Mundial de la Producción de Panela

India

Colombia

China

Pakistan

Myanmar

Otros


Página 7

sólidos (sacarosa, azucares reductores y otros constituyentes) solubles en agua

se denominan comúnmente Brix. La razón porcentual entre la sacarosa en el jugo

y el Brix se conoce como pureza del jugo. El contenido aparente de sacarosa,

expresado como un porcentaje en peso y determinado mediante un método

polarimetrico, se denomina “pol”. Los sólidos solubles diferentes de la sacarosa,

que incluyen los azucares reductores como glucosa y otras sustancias orgánicas e

inorgánicas resultan de la diferencia entre el brix y el pol.

Figura 1.2 Características de calidad de la caña de azúcar (Larrahondo, 1995)

Caña de Azúcar de buena calidad

Alta producción De fácil manejo ARE (%) alto

Alto tonelaje de

azúcar/ha/año

Maduración uniforme

Buen vigor

Desarrollo rápido y bueno

Buena germinación

Carácter agronómico

De porte erecto

De crecimiento uniforme

Fácil de cortar

De fácil remoción de

basuras

Con alta gravedad

especificada

Con tallos largos

Con tallos limpios

Con tallos cilíndricos

Morfología de la caña

Caña fresca

Sin daños

Caña limpia

Maduración uniforme

Alto nivel de sacarosa

Alta pureza (bajo contenido

de almidones, gomas, ceras,

azúcares reductores)

Fibra baja y larga

Calidad de los jugos


Página 8

1.1.1 Composición de la caña de azúcar

La composición de la caña de azúcar varía de acuerdo a factores de cultivo y

variedades. Por lo general el agua representa entre 73 y 76%. Los sólidos totales

solubles (Brix, % caña) varían entre 10 y 16%, y la fibra (% de caña) oscila entre

11 y 16%. Entre los azúcares más sencillos se encuentran la glucosa y la fructosa

(azúcares reductores), que existen en el jugo de cañas maduras en una

concentración entre 1 y 5 %. La calidad como el color y el grano o dureza de la

panela, dependen, en parte de la proporción de los azúcares reductores, los

cuales cuando aumentan por causa del deterioro o falta de maduración de la

planta, pueden producir incrementos en el color y grano defectuoso en la panela.

Tabla 1.1Composición química de la caña de azúcar (Chen, 1991)

COMPONENTES CANTIDAD

% COMPONENTES

CANTIDAD

%

Fibra 10.00 Agua 74.50

Azúcares Total azúcares 14.00

Sacarosa 12.50 Cenizas 0.50

Glucosa 0.90 Compuestos nitrogenados 0.40

Fructosa 0.60 Ácidos y grasas 0.60

1.1.2 Características deseables en variedades de caña de azúcar para

panela

Las características agronómicas e industriales más importantes que deben reunir

las variedades de caña para panela se pueden clasificar en: características

básicas y características secundarias (Acosta Guacho y Erazo Jácome, 2011).

1.1.2.1 Características básicas

Son aquellos caracteres distintivos o notables que se consideran fundamentales:

a. Altos tonelajes de caña por unidad de superficie.

b. Resistencia a plagas y enfermedades de importancia económica.

c. Amplio rango de adaptación a diferentes agro ecosistemas.


Página 9

d. Jugos con alto contenido de sacarosa, fáciles de clarificar y que den panela de

buena calidad (Grados Brix).

e. Alto porcentaje de extracción de jugos en el molino (% de extracción).

1.1.2.2 Características secundarias

Son aquellos caracteres que, sin ser relevantes, se consideran complementarios.

a. Baja o nula floración (% de floración).

b. Resistencia a sequía (desarrollo vegetativo).

c. Eficiencia en el corte, alce manual y transporte (rendimiento en el corte, alce y

transporte).

d. Resistencia a la inversión de sacarosa después del corte (% de azúcares

reductores).

1.2 Jugo de caña

Para extraer el jugo de caña se prensa el tallo de la planta en un molino o trapiche,

que es una máquina compuesta de tres rollos superpuestos en forma horizontal o

vertical. El jugo de caña se fermenta en un lapso de 10-12 horas, dependiendo de

la temperatura.

Del jugo de caña se obtienen productos alimentarios, por ejemplo el azúcar, la

panela, miel de caña y alcohol en industrias licoreras. La fracción restante del jugo

de caña, comúnmente llamada bagazo, se utiliza como combustible en las

hornillas de la agroindustria panelera, alimentación animal y como materia prima

para la producción de pulpa de papel.


Página 10

1.2.1 Componentes del jugo de caña de azúcar.

Entre los principales componentes del jugo de caña de azúcar se encuentra el

agua, azúcares, sales, sustancias orgánicas e inorgánicas

Tabla 1.2 Componentes del jugo de caña de azúcar (Chen, 1991)

COMPONENTES CANTIDAD %

Agua 75 – 88

Azúcares 17 – 21

Sacarosa 10 – 20

Glucosa 2 – 4

Fructosa 2 – 4

Sales 1 – 3

Ácidos orgánicos libres 1.5 – 5.25

Componentes orgánicos menores 0.5 – 0.6

Otros 3 – 5

1.2.2 Alteración del jugo de caña de azúcar.

Desde el momento en que la caña de azúcar se corta, comienza a pasar por una

serie de etapas de descomposición progresiva. Según las condiciones en que se

almacene la caña, la descomposición puede ser lenta o rápida. El deterioro del

jugo de caña de azúcar presenta un carácter diferente dependiendo del tipo de

cambio que intervenga: cambios no microbianos internos o externos o cambios

producidos por microorganismos, además del estado de madurez de la caña y de

las condiciones sanitarias del suelo.

Los microorganismos tienen factores ambientales que influyen en su crecimiento:

temperatura, pH, potencial de agua y oxígeno. La carga microbiana realiza dos

vias metabólicas: oxidación y fermentación.

El crecimiento de bacterias en el interior del jugo causa un aspecto desagradable y

perjudicial en éste, incrementando la viscosidad del jugo de caña debido a su

crecimiento y produciendo turbiedad. Las reacciones de óxido-reducción utilizadas

por las bacterias para obtener energía de los alimentos originan ácidos orgánicos,

alcoholes, aldehidos, cetonas y gases.


Página 11

Para una buena obtención de producto en la elaboración de panela es necesario

procesar el jugo tan pronto como sea extraído de la caña para evitar la

fermentación.

1.3 Proceso de producción de la panela

La elaboración del piloncillo se lleva a cabo mediante un proceso que comienza

con la siembra de la caña de azúcar y finaliza con el empaque y almacenamiento

del producto. Sin embargo las etapas que se desarrollan en los trapiches van de la

molienda al empaque y almacenamiento.

Figura 1.3 Proceso de producción de panela (Guaman et al., 2009)

MOLIENDA

PRELIMPIEZA

CLARIFICACIÓN

EVAPORACIÓN

CONCENTRACIÓN

BATIDO

MOLDEO

EMPAQUE

BAGAZO

TORTA

CACHAZA

AGUA

AGUA

AGUA


Página 12

Figura 1.4Operaciones del proceso de elaboración de la panela en un trapiche

(García et al., 2009).

1.3.1 Molienda

La molienda también conocida como extracción se lleva a cabo cuando las cañas

de azúcar han madurado y contienen un máximo en sacarosa. Por lo general, y

dependiendo del clima y tipo de suelo, la maduración de la caña de azúcar tarda

de 12 a 14 meses. Ésta etapa se realiza en unos molinos denominados trapiches

donde las cañas de azúcar se hacen pasar a través de unos rodillos que

comprimen las cañas extrayendo así su jugo. Se consideran satisfactorias

aquellas extracciones, entre 58 a 63%; es decir, cuando se obtienen de 580 a 630

kilogramos de jugo por tonelada de caña. La cantidad de panela que se obtiene

depende del porcentaje de extracción del molino y la concentración de los sólidos

solubles (grados Brix). En los molinos paneleros la extracción fluctúa,

normalmente, entre 40 y 65% y la concentración de los sólidos solubles en el jugo

crudo entre 16 y 22º Brix (Osorio Cadavid, 2007).

De esta operación se obtienen dos productos: el jugo crudo o guarapo y el bagazo

húmedo. El nivel de extracción y la concentración de sólidos solubles de los jugos

afectan directamente el rendimiento en la producción. El porcentaje de extracción


Página 13

(peso del jugo*100/peso de la caña) depende de las condiciones de operación del

molino y tiene efectos marcados sobre la calidad y cantidad de jugo que se

obtiene (Guaman et al., 2009).

El bagazo que se obtiene después de extraer el jugo normalmente es utilizado

como combustible en las hornillas para calentar las pailas de clarificación,

evaporación y concentración. Para esto es necesario someterlo a un proceso de

secado hasta reducir la humedad al 30%

El jugo obtenido de la molienda es transportado a tanques donde se somete a una

prelimpieza.

Tabla 1.3 Cantidad de panela obtenida con diferente porcentaje de extracción y

diferentes grados Brix por tonelada de caña (Osorio Cadavid, 2007)

Brix jugo

crudo

Extracción en peso (porcentaje)

40 45 50 55 60 65

Cantidad de panela por tonelada de caña

16 64 72 82 91 100 108

17 68 77 87 96 106 115

18 72 82 92 102 112 122

19 76 86 97 108 117 129

20 80 91 102 113 124 136

21 84 96 107 119 131 142

22 88 100 112 124 137 149

1.3.2 Prelimpieza

La etapa de prelimpieza consiste en remover material ajeno al jugo de caña, como

lo son partículas de bagazo, lodos y sólidos en suspensión, a los que comúnmente

se les llama “torta”. Esto se realiza en contenedores donde se deja reposar el jugo

por un periodo corto de tiempo con el fin de aprovechar la diferencia de densidad

de las partículas como principio para su separación, de esta manera partículas de

bagazo pueden ser removidas de manera manual y los lodos se alojan en el fondo


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de los contenedores. El jugo, en algunas ocasiones también es pasado a través de

mallas o mantas para retener las impurezas.

La prelimpieza elimina precursores que dañen el color de la panela, tierra,

bagacillo y muchas impurezas, y contribuye a reducir el consumo de bagazo y

mantener la calidad del jugo sin que se fermente o avinagre.

1.3.3 Clarificación.

La etapa de clarificación tiene como finalidad eliminar sólidos en suspensión,

sustancias coloidales, algunos compuestos colorantes y partículas ajenas al jugo

de caña. El jugo pasa de los prelimpiadores a las pailas clarificadoras donde se

suministra calor al jugo para elevar su temperatura de la ambiente hasta 50 o 55

ºC esto, con el fin de acelerar la velocidad de movimiento en el jugo permitiendo la

coagulación de las partículas en suspensión las cuales pueden ser removidas por

medios físicos.

A estas partículas en suspensión se les conoce como cachaza y se clasifican en

dos partes de acuerdo a su aspecto, siendo la cachaza negra la capa inicial de

impurezas que se caracteriza por tener partículas de mayor tamaño y densidad y

la cachaza blanca, que es la segunda capa que se forma, es más liviana y se debe

retirar con prontitud, antes de que los jugos alcancen la temperatura de ebullición,

ya que de lo contrario es más difícil retirarlos y provocan el oscurecimiento del

producto final (Acosta Guacho y Erazo Jácome, 2011).

En la mayoría de los trapiches se lleva a cabo la etapa de encalado que es la

adición de cal (coagulante metálico), que tiene como fin la desestabilización de las

fuerzas que mantienen unidas las partículas sólidas.

Esta parte se realiza sin tener en cuenta la acidez. La preparación de la lechada

de cal no obedece a cantidades precisas, ya que se deja al criterio del operario.


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1.3.4 Evaporación y concentrado

Terminada la etapa de clarificación se inicia la evaporación del agua aumentando

de esta manera la concentración de azucares en los jugos. El jugo pasa a las

pailas de evaporación y concentrado donde se les suministra calor de tal manera

que se produzca un cambio de fase (de líquido a vapor), los jugos permanecen a

la temperatura de ebullición del agua eliminándose el 90% de ésta.

Las pailas de evaporación u hornillas paneleras que se componen de una cámara

de combustión donde se quema el bagazo de caña, un ducto por donde circulan

los gases calientes provenientes de la cámara y un área de evaporación, son las

encargadas de aumentar la concentración de los jugos desde 18–20 ºBrix hasta

93-96 ºBrix.

Cuando los sólidos solubles totales alcanzan un valor cercano a los 70°Brix,

adquieren el nombre de mieles y a partir de allí se inicia la concentración (García

et al., 2009).

La fase de concentración consiste en elevar el contenido de azúcar en el jugo de

20% a 90%. La manera como se lleve a cabo este proceso afecta directamente en

la textura final de la panela. Cuando el pH del jugo es bajo, se favorece la

formación de azúcares reductores (glucosa y fructuosa) que modifican la

consistencia final del producto y pueden llegar a impedir su cristalización. La

inversión de la sacarosa es función de la temperatura, el pH y el tiempo de

residencia de los jugos en la hornilla. A partir de los 100 °C la inversión se acelera

notablemente, por lo que se debe procurar mantener los jugos el menor tiempo

posible en esta etapa y a un pH cercano a 5,8 para evitar el aumento de los

reductores (Guaman et al., 2009).

La etapa de evaporación y concentrado finaliza al llegar a la etapa de punteo. El

“Punto” de panela se obtiene entre 118 – 122 °C, la cual corresponde a un

porcentaje de sólidos solubles entre 88-94 °Brix (Guaman et al., 2009). En los


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trapiches se utilizan métodos empíricos para determinar el punto de la panela,

entre los cuales destacan los siguientes:

Observar cuando la miel no corre sobre el agitador.

Al batir la miel con el agitador, en el aire forma una bomba.

Se toma un poco de miel con la uña y se lleva a la boca para ver si se

cristaliza.

Se forma una bola, luego se arroja al suelo y si suena al chocar, está a

punto.

1.3.5 Moldeo

Al apreciarse las características del “punto” es necesario aumentar la agitación de

las mieles, ya que la acción del batido ayuda a enfriar las mieles que pierden la

capacidad de adherencia y adquieren la textura necesaria para el moldeo.

Una vez la miel ha sido batida y se aprecia la cristalización y presenta una nueva

textura, se dispone en molde donde adquiere su forma final y se solidifica, para ser

empaquetado y almacenado (Pacheco Espinoza, 2011).

1.3.6 Empaque y almacenamiento

La panela es un producto con cualidades higroscópicas, lo cual significa que

absorbe o pierde humedad por su exposición al ambiente; ello depende de las

condiciones climáticas del medio y de la composición del producto.

La panela es propensa a sufrir alteraciones cuando presenta concentraciones de

azucares reductores altas, bajos contenidos de sacarosa y alta humedad. A

medida que aumenta su absorción de humedad, la panela se ablanda, cambia de

color, aumenta los azúcares reductores y disminuye la sacarosa; en estas es

propensa a la contaminación de microorganismos.

La panela puede empacarse en costales, cartón y plástico termoencogible.

(Restrepo, 2013).


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1.4 Características y propiedades de la panela

En México se tiene muy poco conocimiento sobre las propiedades y composición

del piloncillo, ya que éstas son producidas de manera artesanal y basándose en el

conocimiento adquirido por experiencia de los trabajadores que la elaboran.

Este hecho provoca que no exista una normativa que defina y controle la calidad

de la panela. Sin embargo Colombia que es el segundo país con mayor

producción de la panela cuenta con una norma que regula las condiciones con las

cuales debe cumplir.

La Norma Técnica Colombiana NTC 1311 establece que la panela puede

presentar diferentes colores dependiendo de la materia prima usada, la variedad

de la caña, las condiciones agro-ecológicas y del proceso de elaboración, además

la panela debe estar libre de materias, olores y sabores extraños, y no presentar

ataques visibles de hongos o presencia de insectos.

Debido a que la panela se considera un alimento funcional, no debe permitirse el

uso de colorantes ni el uso de azúcar o miel procedente de ingenios azucareros.

De acuerdo a esta norma, el piloncillo debe cumplir con los siguientes requisitos

fisicoquímicos:

Tabla 1.4 Requisitos físico químicos para la panela (NTC 1311, 2009)

Requisito Valor

Mínimo Máximo

Humedad, fracción en masa en % -- 9,0

Cenizas, fracción en masa en % 0,8 --

Azúcares totales (sacarosa), fracción en masa en % -- 83,0

Azúcares reductores (glucosa), fracción en masa en % 5,5 --


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Tabla 1.5 Requisitos microbiológicos para la panela (NTC 1311, 2009)

Requisito n m M c

Recuento de mohos y levaduras, en UFC/g 5 50 150 2

En donde

n = número de muestras que se van a examinar

m = parámetro normal

M = valor máximo permitido

c = número de muestras aceptadas con M

El piloncillo presenta ventajas significativas sobre el azúcar. La siguiente tabla

muestra los nutrientes de los que se compone el piloncillo, comparado con los del

azúcar.

Tabla 1.6 Contenido nutrimental de la panela (Méndez Cortes et al., 2007)

ELEMENTOS NUTRITIVOS DE LA PANELA*

Nutrientes Panela Azúcar

Parte comestible % 100 100

Calorías 312 384

Agua (g) 12.3 0.50

Proteínas (g) 0.50 0.00

Grasa (g) 0.10 0.00

Carbohidratos (g) 86.0 99.3

Fibra (g) 0.20 0.00

Ceniza (g) 0.10 0.00

Calcio (mg) 80.0 0.00

Fósforo (mg) 60.00 0.10

Hierro (mg) 2.40 0.00

Vitamina A (U.I.) 0.00 0.00

Tiamina (mg) 0.02 0.00

Riboflavina (mg) 0.07 0.00

Niacina (mg) 0.30 0.00

Ácido ascórbico (mg) 3.00 0.00

*Contenido en 100 gramos de parte comestible de los productos


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1.4.1 La panela como alimento funcional.

Un alimento puede considerarse funcional si sus componentes ejercen un efecto

beneficioso sobre una o más funciones selectivas del organismo, de modo que

resulte apropiado para mejorar el estado de salud, reducir el riesgo de enfermedad

o ambas cosas, además de poseer beneficios nutricionales (Olagnero et al., 2007).

El piloncillo contiene un alto porcentaje de azúcares, además de minerales,

proteínas y trazas de algunas vitaminas. Productos derivados de la caña de

azúcar, tales como el jugo de caña y la melaza, exhiben un amplio rango de

efectos biológicos benéficos para la salud debido a lo cual se emplean en

tratamientos médicos alternativos. Entre algunos se encuentran la estimulación de

la respuesta inmune, actividad antiinflamatoria, aumento de la resistencia a

infecciones virales y bacterianas y actividad antioxidante, entre otros (De Andrade

Reyes, 2008).

1.5 Producción de panela en México

En México la problemática de la producción se centra en dos aspectos: la falta de

mano de obra calificada y el abaratamiento del producto por la fructuosa,

impactando en los últimos años la disminución de la producción (Comisión

Veracruzana de Comercialización Agropecuaria).

Estos factores ocasionan que la elaboración de la panela decaiga cada año. De

acuerdo a la Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria, San Luis

Potosí es el estado que mayor producción de panela ha registrado en los últimos

años.

Tabla 1.7 Producción de panela en México (Toneladas)

(Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria) ESTADOS 2001 2002 2003 2004 2005

San Luis Potosí 335 523.96 344 642.71 282 563.53 288 750.00 256 836.00

Hidalgo 129 408.00 126 940.00 99 359.00 88 603.00 80 436.00

Veracruz 15 100.00 14 000.00 35 707.00 14 500.00 52 960.00

Colima 0.00 0.00 0.00 0.00 34 150.00

Nayarit 32 590.00 27 336.00 34 717.50 28 485.00 31 505.00

Otros 9 812.00 11 598.55 38 520.70 43 935.62 42 092.66

Total 522 433.96 524 517.26 490 867.73 464 273.62 497 979.66


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Tabla 1.8 Valor de la producción de panela en México (Miles de $)

(Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria)

ESTADOS 2001 2002 2003 2004 2005

San Luis Potosí 100 817.19 103 632.81 76 202.98 80 460.50 71 914.08

Hidalgo 37 668.53 37 369.59 29 369.80 27 775.50 31 596.39

Veracruz 6 089.08 5 720.00 12 385.64 4 930.00 16 434.75

Colima 0.00 0.00 0.00 0.00 13 660.00

Nayarit 9 571.74 8 902.60 11 317.91 9 855.81 11 562.34

Otros 7 032.58 13 824.99 34 508.51 35 241.96 24 379.28

Total 161 179.12 169 449.99 163 784.84 158 263.77 169 546.84

Tabla 1.9 Superficie cosechada de caña de azúcar para panela en México

(Hectáreas)(Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria)

La comercialización en el país se realiza por dos canales: el de pequeños

productores y el de medianos productores.

En el primer canal, el acopiador compra el producto en los trapiches o el propio

productor lleva su producto a las bodegas del acopiador. De acuerdo al muestreo

que realizan los compradores del producto estiman la calidad del producto, y al no

contar con una norma de calidad que especifique las condiciones de la panela, los

precios varían y se castigan aunque el producto sea de buena calidad.

El canal de medianos productores comercializa su producción directamente a los

mayoristas de las centrales de abastos o aquellos que se dedican a introducir

directamente a los medio mayoristas y expendios de menudeo.

El precio fluctúa de acuerdo a la época. En los meses de noviembre a diciembre

se incrementa el consumo en el hogar por las festividades y bajas temperaturas.

Esto coincide con una baja en los volúmenes de producción debido a las

condiciones climáticas relacionadas con la madurez de la caña. En los meses

ESTADOS 2001 2002 2003 2004 2005

San Luis Potosí 9 148.83 9 148.83 9 168.95 9 319.00 9 079.00

Hidalgo 3 389.00 3 484.00 2 906.00 2 550.00 2 390.50

Veracruz 450.00 450.00 830.00 460.00 1 201.00

Colima 0.00 0.00 0.00 0.00 478.00

Nayarit 374.75 374.75 333.25 333.25 333.25

Otros 1 174.00 1 208.00 2 050.00 2 028.00 2 017.00

Total 14 536.58 14 665.58 15 288.20 14 690.25 15 498.75


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siguientes se incrementa fuertemente la producción, disminuye la demanda para

consumo directo y en consecuencia el precio baja.

1.6 Contaminación microbiológica.

Desde el momento en que se corta la caña de azúcar hasta que se clarifica el jugo

extraído a altas temperaturas, la sacarosa está expuesta a la acción enzimática de

una multitud de microorganismos que pueden provenir del suelo que se adhiere a

tallos y hojas de la caña o del aire contaminante, y que se ven favorecidos por

factores como las operaciones de quema, corte, condiciones de temperatura,

humedad alta y tiempos entre corte y molienda (Serrano Galvis, 2006).

Además el jugo de caña contiene cualidades idóneas para el desarrollo de

actividad microbiana. En su composición se encuentran sustancias que pueden

ser utilizadas por los microorganismos como nutrientes, fundamentalmente

azúcares y compuestos nitrogenados, a los que se unen vitaminas y otras

sustancias indispensables para la actividad de los seres vivos (Valiño et al., 2002).

Como se explicó anteriormente, en un trapiche la elaboración de la panela

comienza con la extracción de los jugos de caña, en ésta etapa los jugos circulan

a través de los molinos y entran en contacto con microorganismos que se

encuentran adheridos a las superficies de concreto y metal; sin embargo, la

presencia de éstos en cualquier azúcar particular o producto intermedio de su

fabricación, no significa necesariamente que estén produciendo cambios

perjudiciales, ni tendrán significado desde el punto de vista económico, a menos

que factores del medio, como temperatura, agua, oxigeno y elementos nutritivos

sean favorables para el rápido crecimiento.

El calentamiento de los jugos, durante las etapas de evaporación y concentración,

minimizan las acciones microbianas y por lo tanto, las concentraciones

microbianas iniciales en las etapas siguientes del proceso de producción de

piloncillo.


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La panela como producto final puede contar con algunas colonias formadoras de

mohos, levaduras, bacterias mesofílicas y coliformes, esto debido a la exposición

al medio ambiente, almacenaje en lugares húmedos y manipulación de las

personas hacia el producto, sin embargo, si se toman buenas prácticas de sanidad

como lo son, la limpieza frecuente y minuciosa del equipo de molienda, de pailas

clarificadoras y del lugar de almacenaje, se puede reducir la presencia de

microorganismos en el producto.

1.7 Color

El color es una propiedad de la materia directamente relacionada con el espectro

de luz y que, por lo tanto, se puede medir físicamente en términos de su energía

radiante o intensidad, y por su longitud de onda. Los colores de los alimentos se

deben a distintos compuestos, principalmente orgánicos, algunos que se producen

durante su manejo y procesamiento, y otros que son pigmentos naturales o

colorantes sintéticos añadidos (Rodríguez González, 2005).

1.7.1 Color en caña de azúcar y productos obtenidos de la caña de

azúcar

Existen dos fuentes básicas de colorantes provenientes de la caña: los que se

originan en la planta y los que se forman durante el procesamiento. En los jugos

de la planta se encuentran compuestos de carácter fenólico que pueden ser de

naturaleza sencilla o compleja como los flavonoides, los cuales son considerados

pigmentos naturales vegetales de mayor importancia en la caña de azúcar por su

utilidad como marcadores bioquímicos en taxonomía vegetal y por sus

propiedades químicas en el proceso de transformación de los jugos, siendo los

compuestos fenólicos importantes desde el punto de vista de elaboración de

azúcar, debido a que reaccionan con iones metálicos para producir sustancias

altamente coloreadas.


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Los compuestos coloreados que se forman durante el procesamiento provienen de

la descomposición térmica de la sacarosa y de los azúcares reductores (glucosa y

fructosa), en este caso la formación de estos productos coloreados tienen como

base fundamental la formación de melanoidinas a partir de los azucares

reductores mediante reacciones de obscurecimiento no enzimático.

1.7.2 Medición del color, sistema CIELAB

Inicialmente, la determinación del color era hecha visualmente comparándolo con

colores estandarizados. Esta determinación dejaba mucho que desear ya que era

muy pobre la objetividad y la variación en turbidez. Posteriormente instrumentos

fotoeléctricos fueron desarrollados, y los métodos visuales fueron gradualmente

discontinuados. Además como solución a los problemas de evaluación de color se

crearon sistemas de medición para poder cuantificarlo y expresarlo

numéricamente, cuyo principio está basado en la cantidad de luz reflejada por el

objeto (MetAs, 2009).

El espacio CIELAB define magnitudes colorimétricas que se derivan

matemáticamente de los valores triestímulo y pueden considerarse una respuesta

de los observadores patrones a un estímulo luminoso (Echávarri et al., 2004).

Tratando de imitar a los observadores reales, estas respuestas se hacen depender

del tipo de estímulo y del blanco de referencia.

El espacio de color CIELAB es un sistema coordenado cartesiano definido por tres

coordenadas colorimétricas L*, a*, b*.

Las coordenadas colorimétricas a* y b* forman un plano perpendicular a la

claridad. La coordenada a* define la desviación del punto acromático

correspondiente a la claridad, hacia el rojo si a* > 0, hacia el verde si a* < 0.

Análogamente la coordenada b* define la desviación hacia el amarillo si b* > 0,

hacia el azul si b* < 0. La coordenada L* recibe el nombre de claridad y puede


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tomar valores entre 0 y 100, siendo 100 el valor más cercano al blanco y 0 el más

cercano al negro.

El conjunto a*, b* recibe el nombre de cromaticidad y junto con la claridad definen

el color de un estímulo. Sin embargo esto no indica explícitamente el tono y la

saturación. Este inconveniente puede resolverse definiendo dos magnitudes

colorimétricas nuevas a través de las expresiones siguientes:

)

El Croma, C*, tiene el valor 0 para estímulos acromáticos y, por lo general, no

pasa de 150 aunque puede superar ese valor para estímulos monocromáticos. El

tono angular, h*, varía entre 0º y 360º y para estímulos acromáticos (a* = 0, b* = 0)

es una magnitud no definida.

Figura 1.5 Espacio de color CIELAB (Echávarri et al., 2004).


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1.8 Residuos paneleros

El proceso productivo de los alimentos genera, además del producto deseado,

subproductos, residuos y productos fuera de norma. El aumento de residuos

industriales ha provocado que se estudie la forma de aprovechar dichos desechos,

de forma que se vuelvan útiles para consumo humano o animal y aplicación

industrial.

En los trapiches donde se elabora piloncillo, se encuentran residuos como lo son

la cachaza y el bagazo de caña. La cachaza es un residuo que se obtiene en el

proceso de clarificación de los jugos de caña, que incluye materias terrosas e

impurezas orgánicas. Se estima que por cada tonelada de caña se obtienen de 30

a 50 kg de cachaza. Dado su contenido de elementos nutritivos la cachaza se

utiliza como alimento de ganado o abono que favorece las propiedades físicas y

químicas del suelo.

En cuanto al bagazo de caña, la industria panelera aprovecha éste residuo como

combustible para las pailas de clarificación, sin embargo, existen otros usos que

pueden dársele al bagazo de caña como lo es la elaboración de varios productos,

tales como papel y celulosa, alcohol etílico, carbón activado, entre otros.

1.9 Adsorción

La adsorción es la concentración de un soluto en la superficie de un sólido. Este

fenómeno tiene lugar cuando se coloca dicha superficie en contacto con una

solución. Una capa de moléculas de soluto se acumula en la superficie del solido

debido al desequilibrio de las fuerzas superficiales.

En el interior del sólido, las moléculas están rodeadas totalmente por moléculas

similares, y por lo tanto sujetas a fuerzas equilibradas. Las moléculas en la

superficie están sometidas a fuerzas no equilibradas. Debido a que estas fuerzas

residuales son suficientemente elevadas, pueden atrapar moléculas de un soluto

que se halle en contacto con el sólido. Este fenómeno se denomina adsorción

física (o de Van der Waals).


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El sólido se denomina adsorbente y el soluto a adsorber se denomina adsorbato.

La capacidad de adsorción es función de la superficie total del adsorbente, ya que

cuanto mayor sea esta superficie se dispone de mayor numero de fuerzas

residuales no equilibradas para la adsorción (Ramalho, 1996).

1.9.1 Carbón activado

El carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina reticular

similar a la del grafito solo que el orden en la estructura del carbón activado es

menos perfecta.

El área de superficie del carbón activado varía dependiendo de la materia prima y

del proceso de activación. Son las altas temperaturas, la atmosfera especial y la

inyección de vapor del proceso de fabricación del carbón activado lo que “activa” y

crea porosidad.

Cuando se desea remover una impureza orgánica que causa color, olor o sabor

indeseable, normalmente la adsorción con carbón activado suele ser la técnica

más económica y sencilla.

El carbón activado puede tener forma de gránulos irregulares, polvo, pellets o

fibras, siendo los tres primeros los más comunes. En todos los casos, aun cuando

su forma física difiera, el producto trabaja con el mismo principio.

1.9.2 Carbón activado a partir de bagazo de caña

Ruiz y Rolz (citado en Domínguez Barradas, 2012) indican que el uso del bagazo

de caña como materia prima para la elaboración de carbón activo ha sido objeto

de estudio no sólo por su versatilidad para la remoción de contaminantes en fase

líquida y gaseosa, sino además porque son aptos para eliminar impurezas

coloreadas, pigmentos (naturales y formados durante el proceso) y constituyentes

inorgánicos de los jugos de caña.


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1.9.3 Métodos de activación del carbón.

La activación del carbón es la generación de partículas cristalinas altamente

porosas con una enorme superficie de contacto en el interior de los gránulos o

polvos de carbón, que le otorgan a éste un alto poder de adsorción.

Existen dos tipos de activación: activación física (llamada también térmica) y

activación química (llamada también deshidratación química)

1.9.3.1 Activación física.

El proceso inicia con la carbonización de un material orgánico, la cual debe

realizarse a una baja temperatura en la que no se favorezca la grafitación. El

carbón resultante se somete a temperaturas cercanas a 1000 ºC, en una

atmosfera inerte o reductora, casi siempre saturada con vapor de agua.

El grado de activación y el rendimiento dependen de las condiciones de operación

del horno de activación que son:

La temperatura

La composición de los gases

El tiempo de residencia

El flujo volumétrico del vapor

1.9.3.2 Activación química.

Este método solo puede aplicarse a ciertos materiales orgánicos relativamente

blandos y que están formados por moléculas de celulosa.

La primera etapa consiste en deshidratar la materia prima mediante la acción de

un agente reactivo, como acido fosfórico, cloruro de zinc o carbonato de potasio.

Posteriormente, se carboniza el material deshidratado a baja temperatura (500 –

600 ºC), obteniéndose automáticamente la estructura porosa.

El producto resultante se lava, con el objeto de dejarlo tan libre como sea posible

del químico utilizado.


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El grado de activación puede variar de acuerdo a la concentración del químico

deshidratante utilizado.

1.10 Filtración por membrana

La filtración por membranas sigue el principio de la separación de partículas

basada en el tamaño de los poros y en su distribución, es un medio especialmente

eficaz de eliminar sólidos e impurezas de un líquido. En la medida en que se usan

membranas con aperturas menores, se excluyen partículas menores e incluso

moléculas e iones, pero se requieren presiones superiores y se consume más

energía.

Por su clasificación, la membrana obedece a ciertos niveles o parámetros que se

muestran a continuación:

Figura 1.6 Clasificación de las Membranas (Zeman y Zydney, 1996)

Membranas

Sintéticas

Líquidas Sólidas

Orgánicas Inorgánicas

No porosas Cargadas/No cargadas

Porosas

Asimétricas Simétricas Asimétricas

Inversión de

fase

Mixtas

(compuesta)

PARÁMETRO

Origen

Material

Estructura

Preparación

Biológicas


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En términos del material de fabricación, las membranas pueden ser elaboradas de

acetato de celulosa, polímeros orgánicos (polisulfonas, teflón, propilenos,

poliamidas, polisulfuros, polipropilenos) o sales inorgánicas (ZrO2, Al2O3, TiO2)

(Barragán Paredes, 2008).

En orden decreciente de tamaño de los poros, los procesos comunes de

membranas son la microfiltración, la ultrafiltración y la nanofiltración. Las

membranas de microfiltración tienen poros de 0.1 – 2 µm de tamaño (Manahan,

2007). Las membranas de nanofiltración tienen tamaños de poro que varían de

0.005 micrones a 0.001 micrones, lo que le permite rechazar iones divalentes y

solutos orgánicos como azúcares (Mourato, 1998).

1.10.1 Ultrafiltración

La ultrafiltración es una técnica de separación de membranas activadas mediante

el uso de presión, en las cuales los solutos de pesos moleculares diferentes se

separan de la disolución.

En la ultrafiltración se separan moléculas o pequeñas partículas de menos de 0.3

µm de diámetro, correspondiente al límite de resolución del microscopio óptico.

En este tipo de separación el tipo de membrana comúnmente usado es del tipo

asimétrico. El tamaño de poro es suficientemente grande para que las moléculas

de disolvente experimenten poca resistencia durante la permeación a través de la

membrana, mientras que el soluto es prácticamente rechazado o retenido

(Hernández et al., 1990).

El mecanismo predominante en la ultrafiltración por membrana es el tamizado

selectivo a través de los poros. El rechazo de una membrana para una sustancia

determinada depende de su forma molecular, tamaño y flexibilidad así como de las

condiciones de trabajo. Una membrana útil debe ser capaz de obtener una buena

separación a una velocidad económica. Para llevar a cabo este objetivo, la

membrana de ultrafiltración debe tener un margen de separación de pesos


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moleculares estrecho y un flujo de disolvente por unidad de superficie alto para

presiones diferenciales bajas. El margen de separación de una membrana típica

de ultrafiltración es ancho, quizá desde dos veces a diez veces el peso molecular.

Los valores típicos del flujo de agua por unidad de superficie oscilan entre 9.54 ×

10 -4 - 2.38 × 10-3 g/cm2. seg para valores de 0.68-3.40 atm (Weber, 1979).

En la industria azucarera todavía se analizan algunas limitaciones aparentes en el

uso de ésta tecnología, cuestiones como el manejo de grandes cantidades de

fluido, de viscosidades y presiones osmóticas altas comparada con otras ramas

industriales han restringido hasta ahora su uso ampliado, sin embargo a nivel

investigación ha habido variados trabajos dirigidos a analizar la pertinencia y

condiciones del uso de la separación por membranas en el proceso de extracción

del azúcar.


Página 31

CAPÍTULO II

MATERIALES

Y MÉTODOS


Página 32

Capítulo II

MATERIALES Y MÉTODOS

El guarapo se obtuvo de un trapiche ubicado en la localidad de Limones, municipio

Cosautlán de Carvajal, Estado de Veracruz. Y para fines comparativos se ocupó

un jugo obtenido del Ingenio Modelo de la ciudad de Cardel, Veracruz

El proceso de elaboración del piloncillo consta de tres etapas: extracción del jugo

de caña, clarificado y concentrado (evaporación) y moldeo.

2.1 Extracción del jugo y determinación de las propiedades físicas y

químicas de la muestra

La extracción del guarapo se realizó en la localidad de Limones, municipio

Cosautlán de Carvajal, en un molino de motor eléctrico de tres rodillos. El jugo

extraído se transportó al Instituto de Ciencias Básicas donde se realizó el análisis

para la determinación de las propiedades físicas y químicas, como lo fueron la

determinación de grados Brix, pH, color, azucares reductores, porcentaje de

ceniza y sólidos totales.

2.1.1 Determinación de pH

El pH juega un papel importante en el proceso de elaboración del piloncillo, debido

a que controla la cantidad de azúcares reductores que se formarán durante la

etapa de evaporación, mejorando la textura y dureza del producto final.

La determinación de concentración de iones hidrógeno puede realizarse por el

método potenciométrico, que consiste en medir la diferencia de potencial que

existe entre el electrodo de medición, sensible a los iones hidrogeno, y el de

referencia.


Página 33

El procedimiento se lleva a cabo en un vaso de precipitados de 100 mL en donde

se vierte la muestra homogenizada, se introduce el electrodo y se agita con

suavidad en la muestra, permitiendo que el sistema liquido- electrodo llegue al

equilibrio para obtener la lectura directamente del equipo.

2.1.2 Determinación grados Brix

Los grados Brix son el porcentaje de sacarosa que existe en una solución. Un

grado Brix corresponde a un gramo de sacarosa en 100 gramos de solución. Para

obtener la lectura se utilizó un refractómetro digital marca Sper Scientific modelo

300035. Se colocó agua destilada sobre el prisma para la calibración del aparato,

después se colocaron unas gotas de las muestras de jugo y se espero el registro

del refractómetro.

2.1.3 Determinación de color.

La determinación del color es parte importante del proceso ya que el piloncillo de

color ámbar o claro es de mayor calidad y aceptación que el de color oscuro. Para

la determinación de color en el jugo de caña normal y el clarificado se utilizó el

método ICUMSA.

El color ICUMSA (International Comission for Uniform Methods of Sugar Analysis)

es un método utilizado para determinar el color de un azúcar, a través de la

absorción y/o desvío de la luz por una solución azucarada. Cuanto mayor es la

absorción, mayor será la coloración del azúcar y mayor el número que indica su

color (Companhia Albertina, 2010).

La determinación del color se llevó a cabo con el uso de un espectrofotómetro

Thermo Scientific Genesys 10S UV-Vis., para esto se realizaron diluciones de 1:10

para el jugo tratado con carbón activado y ultrafiltración y 1:25 para el jugo

normal. Se midió su transmitancia a 420 nm y se corroboró que su valor se


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encontrara entre el 20 y el 80% para asegurar una buena lectura. Se ajustó el pH

del jugo a un valor de 7.0 ± 0.2 unidades con NaOH 1mol/L. Se colocaron las

muestras de los jugos en celdas de espectrofotómetro y se obtuvo la absorbancia

a 420 nm.

Se determino las unidades de color ICUMSA a través de la siguiente fórmula:

Donde:

U.I= Unidades de color ICUMSA

As = absorbancia

b = longitud de la celda (cm)

c = concentración de sólidos totales (g/cm3) determinada por refractómetro y

calculada a partir de la densidad.

2.1.4 Determinación de ceniza

Se colocaron 2 g de jugo de caña por duplicado en crisoles de porcelana

previamente lavados y secados. Se introdujeron a la mufla a 500 ºC y se registró

el peso cada hora hasta obtener peso constante. La cantidad de ceniza se obtuvo

mediante la siguiente fórmula:

Donde:

R= Porcentaje de ceniza en la muestra de jugo

W1= peso de crisol con ceniza

W2= peso del crisol vacio

W= peso de la muestra.


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2.1.5 Determinación de sólidos totales

Se colocaron 2 g de jugo de caña por duplicado en crisoles de porcelana. Las

muestras se introdujeron a la estufa eléctrica a 110ºC. Se registro el peso cada

hora hasta obtener peso constante. La cantidad de sólidos totales se obtuvo con la

siguiente fórmula:

Donde:

R=sólidos totales

W1= peso del crisol con muestra

W2=peso del crisol vacio

W= peso de la muestra

2.1.6 Determinación de azúcares reductores

Para la determinación de azúcares reductores (glucosa y fructosa) del jugo de

caña normal o guarapo y jugo tratado se utilizó el método colorimétrico del ácido

3,5-dinitrosalicílico (DNS). El procedimiento se basa en una reacción redox que

ocurre entre el DNS y los azúcares reductores presentes en la muestra y su

principal ventaja radica en su alta sensibilidad debido a que es un método

espectrofotométrico (Bello Gil et al., 2006).

La reducción del DNS por la glucosa u otro azúcar reductor al ácido 3-amino 5-

nitrosalicílio bajo determinadas condiciones, produce una coloración que se hace

más intensa a medida que aumenta la concentración de azúcares reductores. Se

evidencia por medio de la lectura de la absorbancia en espectrofotómetro.

Se hicieron diluciones por duplicado de 1 mL de muestra en 25 mL de agua

destilada, se tomaron 3 mL de ésta solución y se colocaron en tubos de ensayo

previamente preparados con 3 mL de DNS. Se calentaron a baño María hasta la

ebullición durante 15 minutos cubriéndolos de la luz con papel aluminio,

deteniendo así el proceso enzimático debido al carácter alcalino del reactivo.


Página 36

y = 0.2258x - 0.0018R² = 0.9958

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Co

nce

ntr

ació

n (

%)

Absorbancia (UA, 575 nm)

Inmediatamente después, se agregó a cada tubo 1 mL de solución de tartrato de

sodio-potasio 40 % p/v y se enfrió a temperatura ambiente en un baño de agua

fría. Se colocaron las muestras en celdas y tomó la lectura de absorbancia para

cada muestra a 575 nm en un espectrofotómetro Thermo Scientific Genesys 10S

UV-Vis.

La cantidad de azúcares reductores fue determinada mediante una curva de

calibración de una solución equimolar glucosa-fructosa, utilizando los valores de la

absorbancia obtenida.

2.1.6.1 Curva de calibración para la obtención de azúcares

reductores

La curva de calibración fue realizada a base de soluciones equimolares de glucosa

y fructuosa a concentraciones de 0.0125, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2 y 0.4 g/L, utilizando

la técnica colorimétrica del DNS, determinando por duplicado, de esta forma, a

una lectura de 575 nm la cantidad de azúcares reductores (AR) presentes.

Figura 2.1 Curva de calibración glucosa + fructosa

2.2 Obtención de carbón activado a partir de bagazo de caña

Se utilizaron muestras de bagazo de caña provenientes del Ingenio Mahuixtlán, S.

A. de C. V. del municipio de Coatepec, Veracruz para la obtención de carbón

activado para el tratamiento del jugo de primera extracción o guarapo.


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Por cada 20 g de muestra previamente seca se adicionaron 150 mL de ácido

fosfórico al 20 o 40% en un frasco de vidrio con tapa, el material impregnado se

dejó de 12 a 14 horas en contacto, transcurrido este tiempo se pirolizó en mufla

eléctrica a una temperatura de 500 ºC, el carbonizado obtenido se dejó enfriar a

temperatura ambiente, se lavó varias veces con suficiente agua destilada caliente

(70-80 ºC) y solución alcalina de NaOH 1 mol/L y 4 mol/L hasta ajustar su pH a

7 ± 0.5 , posteriormente se lavó con agua destilada a temperatura ambiente y se

secó en estufa eléctrica a una temperatura de 110 ºC por un lapso de 48 horas

para remover toda la humedad presente (Morales Téllez et al., 2012).

2.3 Clarificación del jugo de caña con carbón activado y ultrafiltración.

Al guarapo o jugo de primera extracción se le sometió a un proceso de clarificado

con el fin de remover el color de la muestra. Para esto, se ocuparon dos métodos,

uno que consistió en tratar el guarapo con carbón activado de bagazo de caña, y

otro donde se trató al guarapo con ultrafiltración.

2.3.1 Clarificación del jugo de caña con carbón activado.

El jugo de primera extracción se trató con carbón activado de bagazo de caña con

el fin de llevar a cabo la remoción de compuestos cromóforos, siguiendo los

siguientes pasos.

El guarapo se centrifugó a 4000 RPM a 10 ºC durante 20 minutos con el fin de

eliminar sólidos sedimentables que el jugo adquirió durante la etapa de extracción.

Una vez centrifugado se trató con carbón activado de bagazo de caña. El proceso

de clarificado se realizó por lotes colocando 200 mL de jugo en un vaso de

precipitado de 250 mL. Al jugo se le añadió 4 g de carbón activado y se agito a

300 RPM durante 45 minutos. Posteriormente, la mezcla se centrifugó y trató

nuevamente con carbón activado bajo las mismas condiciones. Al finalizar el

tratamiento, el jugo ya claro se caracterizó con los pasos descritos anteriormente.


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2.3.2 Clarificación del jugo de caña con carbón activado y

ultrafiltración.

Para fines comparativos, el jugo de primera extracción fue sometido a un

tratamiento de ultrafiltración, para esto, se realizó el proceso con carbón activado

descrito anteriormente para después procesarlo en un equipo de ultrafiltración con

una bomba peristáltica de velocidad variable marca Cole-Parmer Instrument

Company, Masterflex L/S, Digital Economy drive, Modelo 77201-60, que cuenta

con un equipo de bombeo para presiones de hasta 60 psi que ayuda a regular la

velocidad de flujo, provisto con una membrana polimérica de 300 KDa de

polietersulfona Biomax 30 de 50cm2.

El procedimiento fue el siguiente, una vez que el equipo y la membrana estuvieron

limpios y secos, se llenó el tanque de alimentación con la muestra y se inició el

proceso bombeando el jugo hacia la membrana y recolectando el permeado, el

cual es el producto final como jugo claro decolorado.

Al jugo obtenido en este tratamiento se le caracterizó de igual manera como se

hizo con el guarapo y jugo tratado únicamente con carbón activado.

2.4 Reactivación del carbón activado

El carbón activado a base de bagazo de caña ocupado en el tratamiento de

clarificado del guarapo fue recolectado en un frasco de plástico con tapa hasta

obtener la cantidad suficiente para su reactivación, esto fue alrededor de 100 g.

Para la reactivación se colocó el carbón usado en cápsulas de porcelana que se

introdujeron a la mufla a una temperatura de 800 ºC durante 40 minutos, esto con

el fin de volatilizar las partículas adsorbidas por el carbón.

Una vez cumplido el tiempo dentro de la mufla se retiraron las capsulas con el

carbón ya reactivado y se esperó a que disminuyera su temperatura hasta llegar a

la del ambiente. El carbón reactivado se guardó en frascos de vidrio con tapa.


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2.4.1 Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón

reactivado

Se realizó un tratamiento del guarapo con el carbón reactivado y se caracterizó

con el fin de observar las diferencias entre el uso de éste y carbón activado

nuevo. El procedimiento ocupado para el tratamiento del guarapo fue el mismo

que el descrito en el apartado 2.3.1. Se evaluó la remoción de color usando

carbón reactivado y se midieron sus características fisicoquímicas como lo son pH,

ºBrix, ceniza, sólidos totales y azúcares reductores, tal como se hizo con el carbón

activado nuevo.

2.5 Evaporación y concentrado del jugo de caña

Se realizó la etapa de evaporación de los cuatro tipos de jugos obtenidos, esto es,

guarapo, jugo tratado con carbón activado, jugo tratado con ultrafiltración y jugo

obtenido del Ingenio Modelo. Para esto, se verificó que el pH del jugo se

encontrara de 4.8 a 5, ya que a menor pH no es posible la solidificación de la

panela. Una vez ajustado el pH se tomaron muestras de 100 mL de cada jugo en

vasos de precipitado y se colocaron en una parrilla con agitador marca thermo

scientific cimarec modelo SP131635 para evaporar el agua presente en el jugo y

concentrar la cantidad de sacarosa. Se ajustó la parrilla a diferentes temperaturas

y agitación hasta comprobar cuál era la óptima para cada clase de jugo.

Una vez que el jugo se observó brillante y transparente, y comenzó a aparecer un

burbujeo, se inició la etapa de concentración, en la cual, se produce el cambio de

fase del agua, de líquido a vapor, donde se retira alrededor del 90% del agua.

Al llegar entre los 100 ºC y 120 ºC se llegó al “punto” de panela, que es cuando se

observó la textura y color característico de las ahora llamadas mieles. Una vez

obtenido “el punto” se comenzó con el moldeo.


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2.6 Moldeo

2.6.1 Batido

Obtenido el punto, se comenzó el batido, es decir, se aumentó la agitación de las

mieles, esto con el fin de disminuir su humedad, enfriarlas y evitar que se

quemaran. El batido se realizó hasta formar una pasta que es la que se moldeó.

2.6.2 Moldeo.

La pasta obtenida se dejó enfriar para obtener un producto sólido y uniforme. Para

esto, se hicieron pequeños moldes elaborados con papel aluminio donde se vertió

la pasta con ayuda de una espátula. Una vez que se vertió la pasta se esperó por

alrededor de 10 minutos a que ésta solidificara por completo y llegara a la

temperatura ambiente.

2.7 Caracterización de la panela.

Se elaboraron 4 tipos de panela diferentes, panela elaborada a partir del guarapo,

panela de jugo tratado con carbón activado, panela de jugo tratado con

ultrafiltración y panela de jugo del ingenio. A éstas panelas se les realizaron

pruebas físicas y químicas para observar si se presenta cambios significativos en

su composición de acuerdo al tratamiento al que fueron sometidos los jugos.

Además para fines comparativos se caracterizó una panela comercial, que fue

comprada en un supermercado.

2.7.1 Determinación del color

La determinación de color en las panelas se realizó con dos métodos diferentes.

Uno basado en el método ICUMSA y otro ocupando el sistema CIELAB.


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2.7.1.1 Color ICUMSA

Para la determinación de unidades de color ICUMSA se realizaron diluciones de la

muestra para obtener una correcta lectura del espectrofotómetro. Para la panela

obtenida del guarapo, la panela comercial y la panela de jugo de ingenio, se

disolvió 1g de la muestra en 50 ml de agua, mientras que para las panelas

tratadas con carbón y ultrafiltración se hizo una dilución de 1g de muestra en 25

mL de agua. A las diluciones se les ajustó el pH a 7 ± 0.2, como lo indica el

método ICUMSA, se tomó la lectura de los ºBrix de cada muestra y la lectura de la

absorbancia obtenida del espectrofotómetro. Para obtener las unidades de color

se ocupó la fórmula mencionada en el apartado 2.1.4

2.7.1.2 Color CIELAB

Para la determinación de color CIELAB se ocupó un colorímetro Color Flex

Standards Box de la marca Hunter Lab, serie CX1115 Modelo 45/0.

Para comenzar con la lectura, se calibró el colorímetro usando los discos de color

blanco y negro. Una vez calibrado se colocaron por separado, las muestras de

panela ya trituradas en la caja de petri, se colocó la caja en la lente del colorímetro

y se tomo la lectura de los valores a*, b* y L* directamente del equipo.

Una vez obtenidos dichos valores, se calculó los parámetros de cromaticidad (C) y

ángulo hue (ºh) aplicando las siguientes fórmulas:

Donde:

C= cromaticidad

°h= ángulo hue


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2.7.2 Determinación de humedad

La determinación de la humedad se realizó de acuerdo a la Norma Mexicana

NMX-F-294-SCFI-2011 en la cual se establece el método de prueba para

determinar el contenido de humedad superficial en muestras de azúcares

cristalizados.

Se colocaron cápsulas de porcelana en la estufa eléctrica a 105 ºC durante 30 min

con el fin de secarlas y mantenerlas a peso constante. Pasados los 30 min se

colocaron en un desecador hasta que alcanzaron la temperatura ambiente. Una

vez secas se pesaron en la balanza analítica y se registró el peso.

Se añadió 2 gr de muestra en cada cápsula de porcelana y se registró el peso de

la cápsula con el contenido. Se metieron las capsulas a la estufa eléctrica a 105

ºC durante 3 horas, pasado ese tiempo, se retiraron de la estufa y se colocaron en

un desecador hasta que alcanzaron la temperatura ambiente, y posteriormente se

pesaron nuevamente las muestras.

Los resultados se obtuvieron a través de la siguiente fórmula:

Donde:

m1= masa de la cápsula (g).

m2= masa de la cápsula + muestra antes del secado (g).

m3= masa de la cápsula + muestra después del secado (g).

La determinación de humedad se realizó por duplicado.


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2.7.3 Determinación de cenizas sulfatadas.

La determinación de cenizas sulfatadas se realizó de acuerdo al manual ICUMSA.

Se colocaron 5 g de cada muestra por duplicado en crisoles previamente lavados,

secados y pesados. Se registró el peso de los crisoles con la muestra. Las

muestras se llevaron a la campana de extracción donde se les añadió 2 mL de

ácido sulfúrico concentrado. Se colocó cada muestra sobre una parrilla eléctrica

para su pre-incineración hasta que dejó de notarse hinchamientos. Una vez

terminada la pre-incineración se llevó cada crisol a la mufla con ayuda de unas

pinzas.

Las muestras se colocaron en la mufla a 525 ± 25 ºC por un lapso de 90 minutos.

Se sacaron los crisoles de la mufla y se colocaron en un desecador cerciorándose

de que la muestra no presentara residuos de carbón no quemado. Se dejó enfriar

las muestras hasta la temperatura ambiente dentro del desecador y

posteriormente se registró el peso de los crisoles con la muestra. El por ciento de

cenizas sulfatadas se obtuvo con la formula que se muestra a continuación:

Donde:

W2 = peso del crisol + cenizas

W3= peso del crisol vacío

W1= peso del crisol + la muestra

La determinación de cenizas sulfatas se realizó por duplicado.

2.7.4 Determinación de grados Brix

Para la determinación de ºBrix se utilizó un refractómetro digital marca Sper

Scientific modelo 300035. Se realizaron diluciones de la muestra 1:2 es decir, 1 g

de panela en 2 mL de agua destilada, la dilución se homogenizo completamente.


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Se colocó agua destilada sobre el prisma del refractómetro para su limpieza y

calibración, una vez calibrado se colocó cada dilución sobre el prisma y se tomó la

lectura directamente del equipo. La lectura obtenida se multiplicó por el factor de

dilución.

2.7.5 Determinación de azúcares reductores

Los azucares reductores se obtuvieron a partir del método colorimétrico del ácido

3,5-dinitrosalicílico (DNS) mencionado en el apartado 2.1.7, preparando como

muestra una solución con 3 g de panela aforando a 10 mL con agua destilada.

Preparación de ácido 3-5-dinitrosalicílico (DNS)

Se depositó en un vaso de precipitados de 1 L, 600 mL de agua destilada y se

disolvieron 10 g de hidróxido de sodio (NaOH) mediante agitación continua en

plancha magnética a temperatura ambiente. Se recubrió el vaso de precipitados

con papel aluminio y agregó lentamente 10 g de DNS y 0.5 g de sulfito de sodio

(Na 2SO3). Se completó con agua destilada en un matraz aforado de 1L y

almacenó en un frasco oscuro.

2.7.6 Caracterización microbiología de la panela

La carga microbiana se determinó mediante tres técnicas de cultivo, cada una

favoreciendo en mayor proporción a un microorganismo en específico. Las normas

ocupadas fueron Norma Mexicana NMX-F-253-1977 “Cuenta de bacterias

mesofílicas aerobias”, Norma Mexicana NMX-F-255-1978 “Método de conteo de

hongos y levaduras en alimentos” y Norma Oficial Mexicana NOM-113-SSA1-

1994, Bienes y Servicios. “Método para la cuenta de microorganismos coliformes

totales en placa”. Se realizó caracterización microbiológica a panela de guarapo,

de jugo tratado con carbón activado y jugo tratado con ultrafiltración, con 3 meses

de tiempo de almacenamiento y a panela de las tres clases elaboradas una

semana antes de realizar el conteo de carga microbiana, además de la panela


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comercial, esto con el fin de comparar el desarrollo de microorganismos con el

paso del tiempo.

2.7.6.1 Cuenta de bacterias mesofílicas aerobias

La técnica consiste en contar las colonias que desarrollan en el medio de elección

después de cierto tiempo y temperatura de incubación presuponiendo que cada

colonia proviene de un microorganismo en la muestra bajo estudio.

Para comenzar con la técnica, se esterilizó el material a 120 ºC durante 20

minutos, posteriormente se preparó una solución de fosfato KH2 PO4 para preparar

las diluciones de la muestra y el medio de cultivo de agar- triptona- extracto de

levadura. La solución diluyente y el medio de cultivo se esterilizaron a 120 ºC

durante 20 minutos

Una vez obtenidos los medios de cultivo, en una campana de extracción se

colocaron diluciones 10-1, 10-2 y 10-3 de las muestras por duplicado en cajas de

petri previamente esterilizadas y etiquetadas, se añadió 15 mL del medio de

cultivo y se dejo solidificar. Cuando las muestras solidificaron, se incubaron las

cajas en posición invertida durante 24 horas a 35 ºC. Transcurrido el lapso de

inoculación se realizó el recuento de colonias de bacterias mesofílicas aerobias.

2.7.6.2 Conteo de hongos y levaduras

Para el conteo de hongos y levaduras se preparó una solución reguladora

diluyente de fosfato monopotásico y un medio de cultivo de agar papa dextrosa de

acuerdo a la Norma Mexicana NMX-F-255-1978. El medio de cultivo y el material

ocupado se esterilizaron a 120 ºC durante 20 minutos.

En cajas de petri se colocaron diluciones de las muestras 10-1, 10-2 y 10-3. Se le

añadió 15 mL de agar papa-dextrosa, se homogenizó la muestra y se dejó

solidificar.


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Una vez solidificadas se incubaron las cajas de petri a 22ºC durante 48 horas. Se

realizó el conteo de colonias formadoras de hongos y levaduras y se reportó el

resultado multiplicando el número de colonias por el inverso de la dilución.

2.7.6.3 Conteo de microorganismos coliformes totales

De acuerdo a la NOM-113-SSA1-1994, Bienes y Servicios. Para el conteo de

microorganismos coliformes totales, se preparó una solución reguladora de

fosfatos para preparar las diluciones de la muestra y Agar-rojo- violeta-bilis-lactosa

como medio de cultivo. Ambas soluciones se esterilizaron a 120 ºC durante 20

minutos junto con las cajas de petri, tubos de ensayo y puntas de micropipeta que

se ocuparían para la siembra.

Una vez estéril y a la temperatura ambiente, se llevó el material a la campana de

extracción, se realizaron 3 diluciones por duplicado de las muestras con la

solución reguladora de fosfatos, posteriormente se agregó 1 mL de cada dilución a

las cajas de petri y se vertió 20 mL de agar a las mismas, se homogenizó el

inoculo con el medio con seis movimientos de derecha a izquierda, seis

movimientos en el sentido de las manecillas del reloj, seis movimientos en el

sentido contrario al de las manecillas del reloj y seis de atrás hacia adelante, sobre

la superficie lisa. Para verificar la esterilidad se preparó una caja control con 15 mL

de medio sin dilución de la muestra.

Una vez que la mezcla solidificó, se colocaron las cajas de petri en posición

invertida en la incubadora a 35°C, durante 24 ± 2 horas.

Se contó el número de colonias formadas y se multiplicó por el inverso de la

dilución.


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CAPÍTULO III

RESULTADOS

Y DISCUSIÓN


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Capítulo III

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el presente capítulo se muestran los resultados obtenidos de las pruebas

realizadas para la caracterización del guarapo obtenido de la localidad de Limones

Cosautlán, jugo obtenido del ingenio Modelo ubicado en la ciudad de Cardel y los

jugos tratados con carbón activado de bagazo de caña de azúcar y membrana de

ultrafiltración. La caracterización de la panela elaborada con guarapo sin tratar,

jugo tratado y panela comercial, así como la caracterización fisicoquímica de jugo

tratado con carbón reactivado como propuesta para disminuir residuos.

3.1. Caracterización fisicoquímica del guarapo y jugo de ingenio

Tabla 3.1 Caracterización fisicoquímica del guarapo o jugo de primera extracción y

jugo del ingenio El Modelo.

Características Guarapo de Limones

Cosautlán

Jugo de Ingenio El

Modelo

ºBrix, (%) 19.2 19

pH 4.92 5.10

Cenizas*, (%) 2.765 ± 0.077 3.06 ± 0.197

Sólidos totales (%)* 17.2 ± 0.494 24.04 ± 0.282

Pol (%) 66.7 72.5

Azúcares reductores*, (%) 3.598 ± 0.043 2.7345 ± 0.036

Color, U.I.420nm 47 117.52 41 198.50

*Media aritmética de dos repeticiones ± error estándar

Como se aprecia en la Tabla 3.1 el guarapo obtenido de la comunidad de Limones

Cosautlán tiene un alto contenido de color debido a que éste jugo no contiene

ningún tipo de tratamiento de clarificación y por lo tanto cuenta con baja pureza y

residuos de la molienda. En cambio el jugo obtenido del ingenio presenta menor


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unidad de color debido a que cuenta con un proceso de limpieza y encalado, este

proceso de encalado provoca también que contenga mayor porcentaje de ceniza y

sólidos totales, ya que además de contener los elementos normales del jugo se le

añade calcio.

3.2. Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón activado de

bagazo de caña y jugo tratado con carbón activado y membrana de

ultrafiltración.

El guarapo obtenido de la localidad de Limones, Cosautlán se trató con carbón

activado de bagazo de caña de azúcar y con membrana de ultrafiltración

obteniéndose los siguientes resultados:

Tabla 3.2 Caracterización fisicoquímica de jugos tratados con carbón activado y

carbón activado y membrana de ultrafiltración.

Características Jugo tratado con carbón activado de bagazo de

caña

Jugo tratado con carbón activado y ultrafiltración

ºBrix, (%) 17.5 17.1

pH 2.61 2.62

Cenizas*, (%) 2.525 ± 0.070 2.096 ± 0.118

Sólidos totales*, (%) 18.562 ± 0.512 17.607 ± 0.046

Pol, (%) 66.4 65.9

Azúcares reductores*, (%) 2.218 ± 0 1.851 ± 0.048

Color, U.I.420nm 2 061.53 2 003.6



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Figura 3.1 Remoción de color en el guarapo tratado con carbón activado de

bagazo de caña y carbón activado y ultrafiltración.

A) Guarapo original, B) Guarapo tratado con CA de bagazo de caña, C) Guarapo tratado

con CA de bagazo de caña y ultrafiltración.

Tabla 3.3 Remoción de color en jugo tratado con carbón activado de bagazo de

caña y carbón activado y membrana de ultrafiltración

Propiedad Guarapo original

Jugo tratado con

carbón activado.

Jugo tratado con

carbón activado y

ultrafiltración.

ºBrix, % 19.2 17.5 17.1

pH 4.92 2.61 2.62

Color U.I 420nm 47 117.52 2 061.53 2 003.6

% Remoción de

color 0 95.62 95.74

En las Tablas 3.2 y 3.3 se muestran la características de los jugos antes y

después del tratamiento de purificado. Se puede apreciar que al tratarse el jugo

con carbón activado su pH disminuye, esto debido a la acidez presente en el

carbón ya que es activado con ácido fosfórico. Los ºBrix no se ven afectados en

gran medida, en cambio podemos observar que la remoción de color fluctúa entre

el 95% arrojando jugos transparentes. Esto es un indicativo de calidad ya que

elimina impurezas y residuos en suspensión.

A) B) C)


Página 51

En la Tabla 3.3 podemos señalar que el porcentaje de remoción de color con el

tratamiento del carbón activado y el de la membrana no varía significativamente.

De lo anterior se puede decir que el mejor tratamiento es el que sólo incluye el

carbón activado ya que es menos costoso y tiene una eficiencia del 95%.

3.3. Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón reactivado

Se trató guarapo con el carbón reactivado, se midió su color y se comparó los

resultados con el guarapo tratado con carbón activado nuevo. Los resultados se

muestran a continuación:

Tabla 3.4 Caracterización fisicoquímica del jugo tratado con carbón reactivado

Característica Jugo con carbón activado

nuevo

Jugo con carbón

reactivado

pH 7 7

ºBrix, % 15.8 15.5

Ceniza*, % 2.52 ± 0.07 3.3 ± 0.11

Sólidos Totales*, % 18.56 ± 0.51 18.50 ± 0.15

Azúcares Reductores*, % 2.21 ± 0 2.95 ± 0.03

Transmitancia, % 43.7 47.2

Absorbancia 0.361 0.331

Color, U.I. 420nm 2 150.21 2 012.15


La Tabla 3.4 muestra que el jugo tratado con carbón reactivado presenta menos

unidades de color, sin embargo al observarlo a simple vista se puede apreciar que

presenta mayor turbidez que el jugo tratado con carbón activado nuevo que es

totalmente transparente. La razón por la que se presentan estos valores es que el

jugo tratado con carbón activado nuevo tiene mayor acidez que el tratado con el

reactivado.


Página 52

Figura 3.2 Comparación entre guarapo original y guarapo tratado con CA nuevo y

carbón reactivado

A) guarapo original, B) jugo tratado con carbón reactivado, C) jugo tratado con carbón

activado nuevo

Al presentar mayor acidez, al jugo de carbón activado nuevo se le añadió mayor

cantidad de NaOH hasta la neutralización, como lo indica el método ICUMSA para

la determinación de color, provocando mayor turbidez en la muestra, alterando con

esto el valor de las unidades de color.

Tabla 3.5 Determinación de color U.I con pH sin ajustar

Característica Guarapo

Jugo con

carbón activado

nuevo

Jugo con

carbón

reactivado

pH 4.92 2.61 3.02

ºBrix, % 19.2 15.1 16.2

Transmitancia, % 37.6 93.5 63.7

Absorbancia, A 0.425 0.029 0.197

Color, U.I. 420nm 47 117.52 181.25 1 142.55

La Tabla 3.5 muestra los resultados obtenidos después de repetir la prueba de

determinación de color, esta vez, sin ajustar el pH, para obtener el valor real de

color del jugo tratado con carbón activado y jugo tratado con carbón reactivado.

Ya que el jugo tratado con carbón reactivado presenta turbidez se sometió a un

tratamiento de ultrafiltración para remover los residuos del carbón.

A) B) C)


Página 53

Tabla 3.6 Comparación entre jugo tratado con carbón reactivado y jugo tratado

con carbón reactivado y membrana de ultrafiltración

Característica Jugo con carbón

reactivado y ultrafiltración

Jugo con carbón

reactivado

pH 7 7

ºBrix, % 15.1 15.5

Ceniza, % 1.7 ± 0.02 3.3 ± 0.11

Sólidos Totales, % 17.38 ± 0.001 18.50 ± 0.15

Azúcares Reductores, % 2.81 ± 0.08 2.95 ± 0.03


La tabla 3.6 muestra una ligera disminución del porcentaje de ceniza, sólidos

totales y azúcares reductores en el jugo con carbón reactivado y ultrafiltración,

esto debido a que la membrana de ultrafiltración retiene mayor número de

compuestos presentes en el jugo.

Tabla 3.7 Tabla comparativa de jugo tratado con carbón nuevo + membrana de

ultrafiltración y carbón reactivado + membrana de ultrafiltración con pH ajustado y

sin ajustar

Característica

Jugo con carbón activado

nuevo + ultrafiltración

Jugo con carbón

reactivado+ ultrafiltración

Jugo con carbón activado

nuevo + ultrafiltración

Jugo con carbón

reactivado+ ultrafiltración

pH 7 7 2.61 3.02

ºBrix, % 15.4 15.1 15.8 16.9

Transmitancia, % 52.3 46.8 99.6 98.9

Absorbancia 0.292 0.332 0.002 0.004

Color, U.I. 420nm 1 787.24 2 089.75 11.91 22.17

La tabla 3.7 muestra la comparación de unidades de color entre el jugo tratado con

carbón activado y ultrafiltración, y el jugo tratado con carbón reactivado y


Página 54

ultrafiltración. Se puede observar como varían los valores cuando se ajusta el pH a

7 como lo indica el método ICUMSA y cuando se toma la lectura directamente del

jugo sin neutralizar.

El carbón reactivado junto con el proceso de ultrafiltración ayuda a obtener jugos

que se pueden considerar transparentes.

3.4. Remoción de color en jugo tratado con carbón activado de bagazo de

caña y carbón de 1ª, 2ª y 3ª reactivación

Al comprobar que es posible la remoción de compuestos cromóforos presentes en

el jugo al ser tratado con carbón reactivado, se optó por realizar una segunda y

tercera reactivación del carbón activado de bagazo de caña para estudiar el

porcentaje de remoción. Los resultados obtenidos se presentan a continuación:

Tabla 3.8 Unidades de color en guarapo de Ingenio El Modelo tratado con carbón

activado y de 1ª, 2ª y 3ª reactivación.

Muestra* Color U.I 420nm Remoción de color (%)

Guarapo de Ingenio El Modelo 70 200 0

Guarapo tratado con carbón activado

4 476.50 93.62

Guarapo tratado con carbón 1ª Reactivación

5 687.37 91.89


7 616.808 89.14


8 453.71 87.95

* pH ajustado a 7 ±0.2 de acuerdo a método ICUMSA

La Tabla 3.8 muestra que el porcentaje de remoción de color fue disminuyendo

conforme el carbón activado ha sido reutilizado, sin embargo la cantidad de color

removido continua siendo de interés ya que se encuentra sobre el 80%.


Página 55

Figura 3.3 Porcentaje de remoción de color de guarapo tratado con carbón

activado nuevo y con 1ª, 2ª y 3ª reactivación a pH ajustado

Se realizaron nuevamente las lecturas de color sin ajustar el pH de las muestras,

con el fin de que el NaOH no modifique la lectura del espectrofotómetro, los

valores se presentan a continuación:

Tabla 3.9 Unidades de color en guarapo de Ingenio El Modelo tratado con carbón

activado y de 1ª, 2ª y 3ª reactivación sin ajustar pH

Muestra pH Color U.I 420nm Remoción de

color (%)

Guarapo de Ingenio El Modelo 5.4 63 000 0

Guarapo tratado con carbón activado 2.30 1 177.19 98.13

Guarapo tratado con carbón 1ª Reactivación 3.76 3 358.11 94.66



La Tabla 3.9 muestra que es posible tratar el jugo con carbones reactivados

obteniendo un porcentaje alto de remoción de color y evitando producir carbón

activado nuevo para cada tratamiento de jugo.

87

88

89

90

91

92

93

94

0 1 2 3

Re

mo

ció

n d

e C

olo

r (%

)

Número de Reactivaciones de Carbón Activado


Página 56

Figura 3.4 Porcentaje de remoción de color de guarapo tratado con carbón

activado nuevo y con 1ª, 2ª y 3ª reactivación sin ajustar pH

3.5. Pruebas preliminares para la elaboración de la panela

Se realizaron pruebas preliminares para la elaboración de panela manipulando la

temperatura y agitación con el fin de determinar las condiciones óptimas para la

obtención de la panela.

Se analizaron muestras de 100 mL de jugo de caña sin clarificar, clarificadas con

carbón activado y, carbón activado y membrana de ultrafiltración. Las pruebas se

realizaron con las siguientes características:

Temperatura: 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 y 120 ºC

Agitación: 60, 80, 90, 110, 125, 150, 200, 250 y 300 RPM

Se observó que para el jugo sin clarificar y los jugos clarificados con carbón

activado y carbón activado y membrana de ultrafiltración las mejores condiciones

para obtener panela se encuentra en el rango de agitación de 125 a 350 RPM

y a una temperatura entre 100 y 120ºC

A partir de éstas condiciones se realizaron pruebas manejando solo las

características con las cuales se obtenían mejores resultados. Estas

combinaciones se presentan en las siguientes tablas:

86

88

90

92

94

96

98

100

0 1 2 3

Re

mo

ció

n d

e C

olo

r (%

)

Número de Reactivaciones del Carbón Activado


Página 57

Tabla 3.10 Variables usadas en prueba de cristalización para jugo normal

Prueba Temperatura Agitación Apariencia

1 100 125 Oscuro

2 100 181.25 Oscuro

3 100 237.5 Oscuro

5 110 125 Marrón claro

6 110 181.25 Marrón claro

7 110 237.5 Marrón claro/ caramelo

9 120 125 Marrón

10 120 181.25 Marrón

11 120 237.5 Marrón / caramelo

La Tabla 3.10 muestra que la panela obtiene una apariencia más clara entre los

valores de 110 ºC con una agitación de 125- 237.5 RPM

Tabla 3.11 Condiciones favorables para elaboración de panela normal

Variable Valor

Temperatura 110 ºC

Agitación 181.25 RPM

Tiempo 1 hora.

En base a los resultados obtenidos se observa en la Tabla 3.11 que para el jugo

sin clarificar es necesario mantener una temperatura de 110 ºC con una agitación

de 181.25 RPM.


Página 58

Tabla 3.12 Variables usadas en prueba de cristalización para jugo tratado con

carbón activado y membrana de ultrafiltración

Prueba Temperatura Agitación Apariencia

1 100 125 Café claro

2 100 181.25 Café claro

3 100 237.5 Sin cristalizar

5 110 125 Perla

6 110 181.25 Beige


9 120 125 Beige

10 120 181.25 Beige


Se puede observar en la Tabla 3.12 que en la prueba de cristalización para jugo

tratado con carbón activado y membrana de ultrafiltración, la mejor apariencia de

la panela se encuentra entre 125-181.25 RPM de agitación y 110 ºC de

temperatura, ya que es donde se encuentra el color más claro.

Tabla 3.13 Condiciones favorables para elaboración de panela clarificada

Variable Valor

Temperatura 110 ºC

Agitación 125 RPM

Tiempo 1 hora.

En la Tabla 3.13 se aprecia que para el jugo clarificado es necesario mantener una

temperatura de 110 ºC y una agitación de 125 RPM.


Página 59

Para los casos de cristalización para jugo normal y cristalización para jugo tratado

con carbón activado y membrana de ultrafiltración, la agitación mencionada

anteriormente debe mantenerse hasta que el jugo comienza a burbujear, ya que

cuando esto ocurre es necesario aumentar la agitación para evitar que el jugo

caramelice.

3.6. Caracterización fisicoquímica de la panela

Se realizaron pruebas fisicoquímicas a 5 muestras de panela distintas que son:

comercial, elaborada con guarapo sin tratar, de jugo tratado con carbón activado,

panela elaborada con jugo tratado con carbón activado y membrana de

ultrafiltración y, para fines comparativos panela elaborada con jugo del ingenio

Modelo de Cardel, Veracruz. Se realizaron pruebas de color, azucares reductores,

ceniza, humedad, y dureza. La siguiente tabla muestra los datos obtenidos.

Tabla 3.14 Caracterización fisicoquímica de la panela

Característica Panela

comercial Panela de guarapo

Panela de guarapo

tratado con CA

Panela de guarapo

tratado con CA y

membrana

Panela de jugo de

ingenio El Modelo

ºBrix, % 61.6 61.5 58.3 58.2 60.3

Humedad 3.8 ± 0.28 3.22 ± 0.17 2.67 ± 0.10 2.78 ± 0.74 5.06 ±0.51

Cenizas, % 1.38 ± 0.27 1.33 ± 0.12 2.86 ± 0.04 3.54 ± 0.10 3.10 ± 0.03

Sólidos

totales,% 96.2 ± 0.28 96.77 ± 0.17 97.32 ± 0.10 97.22 ± 0.74 94.94 ± 0.50

Pol, % 67 65.8 68.1 67.6 77.7

Azúcares

reductores, % 4.34 ± 0.50 5.09 ± 0.73 6.06 ± 1.01 5.45 ± 0.028 3.53 ± 0.19

Color, U.I. 420nm 17 131.47 33 349.90 11 885.94 10 043.90 25 414.10



Página 60

Como se muestra en la Tabla 3.14 la panela con carbón activado y membrana de

ultrafiltración presenta menos unidades de color que la tratada únicamente con

carbón activado, esto se debe a que éste proceso no solo adsorbe el color, sino

que incluye la separación de solutos disueltos, así como residuos de carbón que

pudieran filtrarse al jugo.

En cuanto a la comparación en color de la panela comercial, la del ingenio y la

obtenida del guarapo, ésta última presenta una mayor coloración debido a que el

jugo no es tratado con ningún método de clarificado y por lo tanto contiene mayor

numero de impurezas y sólidos disueltos.

La disminución de grados brix de la panela obtenida del guarapo original y la

tratada con carbón y ultrafiltración se considera despreciable ya que no varía

significativamente.

Figura 3.5 Comparación de las Panelas

A) Panela de guarapo original, B) Panela de jugo tratado con CA, C) Panela de jugo

tratado con CA y ultrafiltración

A) B) C)

A) B) C)


Página 61

Tabla 3.15Parámetros L*, a*, b*, croma (C) y ángulo hue (ºh) del sistema CIELAB

Tipo de panela L* a* b* C* ºh

De guarapo sin

tratar 52.87±0.02 3.06±0.226 23.01±0.16 23.21±0.13 82.42±0.60

De jugo de

Ingenio “Modelo” 72.78±0.18 0.145±0.09 18.07±0.36 18.07±0.36 89.53±0.30

De guarapo

tratado con

carbón activado

74.9±0.08 -3.025±0.02 15.81±0.04 16.10±0.05 -79.17±0.04

De guarapo

tratado con C.

Activado y

ultrafiltración

87.15±0.13 -2.76±0.28 11.10±0.26 11.44±0.32 -76.05±1.05

Comercial 57.5±0.02 5.045±0.03 32.91±0.07 33.29±0.07 81.28±0.08


Como se aprecia en la Tabla 3.15 la panela que tiende más al color blanco de

acuerdo al parámetro L es la de guarapo tratado con carbón activado y membrana

de ultrafiltración. La panela con mayor tendencia hacia el color negro es la

obtenida del guarapo sin tratar, esto debido a que el juego contenía sólidos

disueltos que al ser sometidos a alta temperatura provocan mayor oscurecimiento

en el producto final.


Página 62

3.7. Pruebas de microbiología en la panela

Tabla 3.16 Cuenta de bacterias mesofílicas aerobias en placas de Agar Triptona

Extracto de levadura incubadas 24 horas a 120 ºC

Tipo de panela

1 semana de

almacenamiento de la

muestra

3 meses de


muestra

De guarapo sin tratar 1000 ± 0.70* UFC/g 1000 ± 1.41* UFC/g

De guarapo tratado con carbón

activado 50 ± 0.82* UFC/g 70 ± 1.44* UFC/g

De guarapo tratado con C.

activado y ultrafiltración 90 ± 0.70* UFC/g 800 ± 0.70* UFC/g

Comercial 1400 ±1.41* UFC/g


Como se puede apreciar en la Tabla 3.16 la muestra que presenta mayores

unidades formadoras de colonias de bacterias mesofílicas es la panela comercial.

Ya que no se cuenta con una norma que establezca el límite de UFC/g de

bacterias mesofílicas para la panela, el valor obtenido en la panela comercial

puede ser referencia del valor máximo permitido.

Figura 3.6 Comparación de UFC/g de Bacterias Mesofílicas por muestra y tiempo

de almacenamiento

P.G- Panela de guarapo sin tratar, P.C.A-Panela de guarapo tratado con carbón activado,

P.U- Panela de guarapo tratado con C. activado y ultrafiltración, P.C- Panela Comercial

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

P.G P.C.A P.U P.C

Bac

teri

as M

eso

fílic

as U

FC/g

Muestras

1 Semana de almacenamiento

3 Meses de almacenamiento


Página 63

Tabla 3.17Cuenta de hongos en placas agar papa dextrosa acidificada e incubada

durante 48 horas a 35ºC

Tipo de panela

1 semana de


muestra

3 meses de


muestra

De guarapo sin tratar 10 ± 0.70* UFC/g 70 ± 8.48* UFC/g

De guarapo tratado con carbón

activado 10 ± 0.70* UFC/g 60 ± 0.70* UFC/g


activado y ultrafiltración 30 ± 1.41* UFC/g 80 ± 7.77* UFC/g

Comercial 50 ± 2.82* UFC/g


En la Tabla 3.17 se observa que la panela tratada con C. activado y ultrafiltración

con 3 meses de vida en anaquel es la que presenta el mayor número de unidades

formadoras de colonias de hongos, sin embargo, de acuerdo a la norma NTC

1311, este valor se encuentra dentro del límite permisible.

Figura 3.7 Comparación de UFC/g de Hongos por muestra y tiempo de

almacenamiento

P.G- Panela de guarapo sin tratar, P.C.A-Panela de guarapo tratado con carbón activado,

P.U- Panela de guarapo tratado con C. activado y ultrafiltración, P.C- Panela Comercial

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

P.G P.C.A P.U P.C

Ho

ngo

s U

FC/g

Muestras

1 Semana de almacenamiento

3 Meses de almacenamiento


Página 64

Tabla 3.18UFC/g de coliformes totales en placa de agar rojo violeta bilis,

incubados a 35°C durante 24 ± 2 h.

Tipo de panela

3 meses de


muestra

1 semana de


muestra

De guarapo sin tratar Sin desarrollo de

coliformes

Sin desarrollo de

coliformes

De guarapo tratado con

carbón activado

Sin desarrollo de

coliformes

Sin desarrollo de

coliformes


activado y ultrafiltración

Sin desarrollo de

coliformes

Sin desarrollo de

coliformes

Comercial Sin desarrollo de coliformes

Como se reporta en la Tabla 3.18, no se presentaron unidades formadoras de

colonias de coliformes en ninguna de las muestras de panela analizadas.

Tabla 3.19 Imágenes del desarrollo de microorganismos en las muestras de

panela

Muestra Bacterias

Mesofílicas

Hongos Coliformes Totales

1Panela de

guarapo sin tratar

2Panela de

guarapo sin tratar


Página 65

1Panela de

guarapo tratado

con carbón

activado

2Panela de

guarapo tratado

con carbón

activado

1Panela de

guarapo tratado

con C. Activado y

ultrafiltración

2Panela de

guarapo tratado

con C. activado y

ultrafiltración

Panela comercial

1 3 meses de almacenamiento 21 semana de almacenamiento


Página 66

El estudio encontró que el tiempo de almacenamiento influye en el número de

UFC/g de hongos y bacterias mesofílicas, pero que, aún al aumentar con el tiempo

de almacén, los valores obtenidos se encuentran dentro de los límites establecidos

en la Norma Técnica Colombiana NTC 1311 para el caso de mohos.

En ninguna muestra se presentó colonias de levaduras, por lo que en la Tabla

3.17 se reporta únicamente el recuento de hongos en placas agar papa dextrosa

acidificada e incubada durante 48 horas a 35ºC.

La panela comercial presenta mayor número de unidades formadoras de colonias

de bacterias mesofílicas y hongos, esto se puede deberse a la manipulación que

sufre al ser transportada del fabricante al vendedor, y al libre contacto con el

medio ambiente, ya que al comprarla no contaba con envoltura o empaque alguno.


Página 67

CONCLUSIONES

La realización de esta investigación comprobó que al usar tratamientos

alternativos de clarificación de jugos, es posible obtener panela o piloncillo de

color muy cercano al blanco, conservando las propiedades fisicoquímicas de la

panela elaborada de manera tradicional.

El presente trabajo permitió evaluar el desempeño del carbón activado obtenido de

bagazo de caña y el tratamiento de ultrafiltración para la remoción de color en los

jugos de caña para elaborar panelas blancas.

La diferencia entre la panela elaborada con un tratamiento de remoción de color

con carbón activado y un tratamiento que incluye ultrafiltración no es significativa

ya que presentan un porcentaje de remoción de color en jugos de 95.62 y 95.74%

respectivamente, sin embargo considerando que un proceso de ultrafiltración

puede resultar costoso y complejo, se prefiere el tratamiento de clarificación con

carbón activado como alternativa para la mejora de calidad de la panela. Además

se comprobó que es posible la reactivación del carbón activado utilizado, lo que

disminuiría los gastos de producción y los residuos en trapiches.

Se realizó un estudio de prueba de anaquel de 3 meses, tiempo en el que se

apreció que las panelas elaboradas con los métodos alternativos de clarificación

propuestos, conservan su aspecto físico, y que, aunque existe un desarrollo en

microorganismos como lo son bacterias mesofílicas y mohos, estos valores se

encuentran dentro de los límites permisibles para el consumo humano.

Actualmente en México no existe una normativa que reglamente las características

que debe poseer la panela, lo que dificultó, para este trabajo, la comparación de

los datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica de la misma. Sin embargo

al evaluar las propiedades de la panela comercial y tomarla como referencia de

calidad, se pudo apreciar que la panela obtenida en esta investigación puede

competir en el mercado como un producto alimenticio.


Página 68

Hasta el momento el estudio de la panela o piloncillo ha sido muy escaso y el

proceso tradicional de elaboración de este producto es muy obsoleto ya que, a lo

largo del tiempo, no ha contado con mejoras significativas de tecnificación, lo que

le da a la panela una apariencia que varía de acuerdo al trapiche que la elabora

con sus propias técnicas basadas en la experiencia, además, los métodos de

clarificación en los jugos de caña para elaborar este producto, reportados en la

literatura, solo incluyen el uso de cal como agente aglutinante para remover

impurezas y la implementación de un prelimpiador donde los sólidos suspendidos

en el jugo sedimentan y son retirados posteriormente.

Ésta investigación resulta favorable como una nueva forma de purificación de

jugos para obtener panela de mejor apariencia con la que se pueda beneficiar a

los trapiches que la elaboran, mejorando sus ventas y la aceptación entre la

población.


Página 69

RECOMENDACIONES

Realizar pruebas de degustación para la panela elaborada con las

alternativas de clarificación propuestas en este proyecto.

Aumentar el tiempo de prueba de vida de anaquel de la panela tratada y

compararla con la panela comercial.

Elaborar panela de jugos tratados con carbón reactivado y caracterizar sus

propiedades fisicoquímicas.

Promover el consumo de panela informando sus propiedades nutritivas.


Página 70

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