PRODUCCIÓN DE JARABES GLUCOSADOS A PARTIR DE ALMIDON

JOHN QUERUBÍN FRANCO AGUIRRE

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA ESCUELA DE BACTERIOLOGÍA Y LABORATORIO CLINICO

MEDELLÍN 2005

PRODUCCIÓN DE JARABES GLUCOSADOS A PARTIR DE ALMIDON

JOHN QUERUBÍN FRANCO AGUIRRE

Monografía para optar al título Microbiólogo y Bioanalista

Asesor:

Dr. Carlos Figueroa Marmolejo Profesor E.B.L.C.

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA ESCUELA DE BACTERIOLOGÍA Y LABORATORIO CLINICO

MEDELLÍN 2005

ii

Nota de aceptación

Presidente del jurado

Jurado

Jurado

Medellín, 18 de Julio de 2006

iii

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a todas aquellas personas que con su colaboración contribuyeron a

la realización de esta monografía, en especial a:

La profesora Mabel Beatriz Esquivia de la escuela de bacteriología y

laboratorio clínico por su apoyo incondicional en el asesoramiento de esta

monografía, búsqueda de bibliografía, y horas dedicadas, igualmente a los

profesores Carlos Figueroa y Hader Castaño por su valioso aporte en la

corrección y recomendaciones sobre este trabajo.

iv

TABLA DE CONTENIDO

Pagina

LISTA DE TABLAS vii

LISTA DE FIGURAS viii

LISTA DE ANEXOS ix

RESUMEN x

1. INTRODUCCION 1

2. PROBLEMA 3

3. OBJETIVOS 4

3.1OBJETIVO GENERAL 4

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 4

4. MARCO TEORICO 5

4.1. EL ALMIDON 5

4.1.1. Estructura del almidón 5

4.1.2. Utilidad del almidón 7

4.2. FUENTES DE ALMIDON 9

4.2.1. El maíz 9

4.2.1.1. Constituyentes del maíz 10

4.2.1.2. Almidón del maíz 11

4.2.1.2.1. Usos del almidón del maíz 11

4.2.1.3. Producción de maíz en Colombia 12

4.2.2. La papa 14

4.2.2.1. Constituyentes de la papa 15

4.2.2.2. Almidón de la papa 15

4.2.2.2.1. Usos del almidón de la papa 15

4.2.2.3. Producción de la papa en Colombia 16

4.2.3. La yuca 17

4.2.3.1. Constituyentes de la yuca 18

v

4.2.3.2 Almidón de la yuca 18

4.2.3.2.1. Utilidades del almidón de la yuca 21

4.2.3.3. Producción de la yuca en Colombia 21

4.2.4. Comparación de los producciones de maíz, papa y 22

yuca en Colombia

4.3. HIDRÓLISIS DEL ALMIDON 23

4.3.1. Hidrólisis acida 23

4.3.1.1. Definición 23

4.3.1.2. Hidrólisis acida del almidón y sus similares 24

4.3.1.2.1. Ácidos empleados en los procesos de hidrólisis del almidón 25

4.3.2. Hidrólisis enzimática 25

4.3.2.1. Tecnología enzimática 25

4.3.2.2. Procedimiento de la hidrólisis enzimática 26

4.4. JARABES GLUCOSADOS

4.4.1. Jarabes glucosados en Colombia 27

5. CONCLUSIONES 29

BIBLIOGRAFIA 32

ANEXOS 35

vi

LISTA DE TABLAS

Pagina TABLA 1. Constituyentes del maíz 11

TABLA 2. Constituyentes de la papa 15

TABLA 3. Constituyentes de la yuca 19

TABLA 4. Aspectos comparativos sobre la producción de maíz, 25

papa y yuca en Colombia

TABLA 5. Importaciones Colombianas de Jarabes Glucosados y 28

Fructosados, período 1995-2001

TABLA 6. Exportaciones colombianas de jarabes glucosados y 29

fructosados período 1995-2002

vii

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Estructura de la amilosa 6

Figura 2. Estructura de la amilopéctina 6

Figura 3. Gránulos de almidón del maíz 12

Figura 4. Gránulos de almidón de yuca 21

Figura 5. Puntos atacados en la hidrólisis ácida del almidón 25

viii

LISTA DE ANEXOS Pagina

ANEXO1. USOS DEL ALMIDON 36

ANEXO2. CORTE TRANSVERSAL DE UN GRANO DE MAIZ 37

ANEXO3. EXTRACCION DEL ALMIDON DE MAIZ 38

ANEXO4. EXTRACCION DEL ALMIDON DE LA PAPA 39

ANEXO5. EXTRACCION DEL ALMIDON DE LA YUCA 40

ANEXO6. HIDRÓLISIS ENZIMATICA 41

ANEXO7. REACTOR EN EL CUAL ES LLEVADO EL PROCESO DE 42

LICUEFACCIÓN

ANEXO8. REACTOR EN EL CUAL ES LLEVADO EL PROCESO DE 43

SACARIFICACION

ix

RESUMEN

Los productos agrícolas ricos en almidón, tales como el maíz, la yuca y la papa

son una gran fuente alimenticia en nuestro país. Pero además de eso

constituyen una fuente económica para gran parte de la población colombiana

resultado de su comercialización. Estos cultivos en la industria Colombiana se destinan a producir bienes de bajo

valor agregado, razón por la cual seria importante darles un uso mas amplio, el

cual puede enfocarse principalmente en aprovechar las propiedades de sus

almidones (tamaño y forma de los gránulos, relación amilosa/amilopéctina,

poder de hinchamiento, solubilidad, entre otros).

Tanto el contexto de la producción de estos cultivos como las propiedades de

sus almidones son diferentes entre si, razón por la cual es necesario

diferenciarlos en función de aquel producto agrícola que pueda ofrecer un

almidón de alta calidad para la producción de jarabes glucosados y además

una productividad suficientemente alta para la satisfacción de la demanda

industrial, sin agotar la existencia para el consumo humano.

El proceso de producción de jarabes glucosados se realiza mediante la

hidrólisis del almidón que puede realizarse por dos vías: hidrólisis ácida o

hidrólisis enzimática, siendo esta ultima la mas utilizada actualmente en la

industria, dado a que representa un menor peligro para el consumo humano,

en comparación con los residuos tóxicos (provenientes de los ácidos)

generados en la hidrólisis ácida.

Los jarabes glucosados son edulcorantes naturales utilizados en la industria

alimenticia que generan entonces un valor agregado a estos productos

agrícolas ricos en almidón, además son la materia prima para la producción de

jarabes fructosados (edulcorante de mayor poder) y etanol carburante (una

x

alternativa ecológica y económica para el reemplazo de los hidrocarburos en

los automotores).

xi

INTRODUCCION

La yuca, el maíz y la papa son de las mayores fuentes de carbohidratos que

consume una gran parte de la población, se emplean en la alimentación

humana y animal. Se cultivan tradicionalmente en áreas marginales y un alto

porcentaje del área de cultivo corresponde a pequeños lotes que pertenecen a

pequeños y medianos agricultores que disponen de pocos recursos

económicos y utilizan sistemas de producción tradicionales. Hechos recientes

en cuanto a la disponibilidad de tecnología de alta producción y la posibilidad

de otros usos industriales han despertado el interés de muchos países para

incluir a estos cultivos dentro de sus planes de investigación y fomento.

Estos cultivos en la industria Colombiana se destinan a producir bienes de bajo

valor agregado, como harinas e insumos para el sector de alimentos, en otras

partes del mundo se le está dando un creciente aprovechamiento industrial. El

almidón de estos productos es reconocido como materia prima adecuada para

producir alcohol, harina integral, glucosa, comprimidos, dextrinas y almidones

modificados para la industria de pegantes1.

Es de anotar que el almidón es una de las materias primas renovables más

importantes a escala mundial. Se ha demostrado que el uso y la producción

de almidón están fuertemente correlacionados con el desarrollo económico de

los países, concretamente con el producto interno bruto1.

Históricamente el almidón fue hidrolizado por ácido mineral, pero la aplicación

biotecnológica de biocatalizadores en los procesos químicos ha permitido el

uso de enzimas. El procesamiento del almidón es privilegiado dentro del sector

industrial debido a que el uso de enzimas es indispensable para generar

productos glucosados. Los productos generados por la degradación de almidón

tienen actualmente un impacto económico muy fuerte en el mercado de los

1

alimentos y cosméticos, tales como sustitutos de grasa, estabilizador de

sabores, jarabes fructosados, jarabes maltosados, excipientes4.

Así pues se hace necesario generarle un valor agregado a estos productos

(maíz, papa, yuca), a través del aprovechamiento del almidón extraído de los

mismos, mediante la producción de jarabes glucosados por hidrólisis

enzimática , que se saben son de gran utilidad en la industria alimenticia , sin

embargo, hay factores a tener en cuenta como son las características propias

del almidón extraído de estas fuentes, así como las características de la

producción de las mismas en Colombia , dado a que son determinantes en

cuanto al rendimiento de la producción de los jarabes glucosados , de esta

manera se podrá realizar la elección de la fuente de almidón mas propicia para

la producción de dichos jarabes.

2

PROBLEMA

Los cultivos de yuca, papa y maíz en Colombia están siendo desaprovechados,

pues estos ofrecen un gran potencial económico si se les da un uso industrial

aprovechando sus ricos contenidos de almidón, que además del almidón como

tal, pueden aprovecharse para la producción de otros compuestos entre los que

están: las maltodextrinas, los jarabes fructosados, los jarabes glucosados, etc.

productos de gran utilización en la industria alimenticia y no alimenticia, sin

embargo es necesario conocer las características propias de los almidones, del

producto agrícola y de la producción de estos en Colombia, con el fin de

determinar cual es el que ofrece las mejores condiciones como materia prima

para la producción de jarabes glucosados vía hidrolítica.

3

3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL

Dar a conocer el valor agregado que tienen productos agrícolas como: el maíz,

la yuca y la papa, como fuentes de almidón para la obtención de jarabes

glucosados por vía hidrolítica.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer la importancia del almidón proveniente de productos agrícolas a

nivel de la industria.

Establecer una comparación en cuanto a la composición de las posibles

materias primas (yuca, papa y maíz) para la obtención de jarabes

glucosados, con respecto a las concentraciones de almidón.

Identificar las ventajas o desventajas de los cultivos de maíz, papa y yuca,

para efectos de obtener una producción que pueda o no satisfacer la

demanda en el mercado de los jarabes glucosados.

4

4. MARCO TEORICO 4.1. El ALMIDÓN El almidón es un polisacárido, resultado de la unión de moléculas de glucosa,

formando largas cadenas, aunque pueden aparecer otros constituyentes en

cantidades mínimas.

El almidón es una sustancia que se obtiene exclusivamente de los vegetales

que lo sintetizan a nivel de los cloroplastos a partir del dióxido de carbono que

toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo. En el proceso se

absorbe la energía del sol y se almacena en forma de glucosa y uniones entre

estas moléculas para formar las largas cadenas del almidón de reserva

(amiloplastos), que pueden llegar a tener hasta 2000 o 3000 unidades de

glucosa.

El grano de almidón es un esferocristal que con luz polarizada muestra la figura

de la cruz de Malta; se puede identificar fácilmente gracias a que la amilosa en

presencia de yodo forma un compuesto azul-negro estable a bajas

temperaturas.

4.1.1. Estructura del almidón El almidón está realmente formado por una mezcla de dos sustancias, amilosa

y amilopéctina (figs. 1 y 2), que sólo difieren en su estructura, la forma en la

que se unen las unidades de glucosa entre si para formar las cadenas. Pero

esto es determinante para sus propiedades. Así, la amilosa es soluble en agua

y más fácilmente hidrolizable que la amilopéctina (es más fácil romper su

cadena para liberar las moléculas de glucosa).

5

Figura 1.Estructura de la amilosa. La amilosa es un polímero lineal formado por 250-300

unidades de α-D-glucopiranosa, unidas exclusivamente por enlaces (1α→4). La amilosa se

disuelve fácilmente en agua, adquiriendo una estructura secundaria característica, de forma

helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice comprende 6 unidades de glucosa.

Figura2.Estructura de la amilopéctina. La amilopéctina es un polímero ramificado, compuesto

por unas 1000 unidades de α−D-glucopiranosa. Además de las uniones (1α→4) contiene

uniones (1α→6). Las uniones (1α→6) están regularmente espaciadas (cada 25-30 residuos de

glucosa), y son los puntos por donde se ramifica la estructura. Cada rama contiene únicamente

uniones (1α→4).

6

Las propiedades de las amilosas y amilopéctinas, extraídas de distintas fuentes

de almidón, presentan variaciones, la proporción relativa amilosa/amilopéctina,

así como el peso molecular especifico de estos polímeros en el almidón,

determinan las propiedades físico-químicas y, por lo tanto, industriales del

mismo.

Se ha encontrado que el contenido de amilosa de los almidones esta

relacionado con algunas de sus propiedades, así pues, en almidones cuyo

porcentaje de amilosa es bajo, serán altamente estables y resistentes a la

retrogradación (reorganización de las moléculas de amilosa y amilopéctina en

una estructura cristalina cuando las pastas de los almidones son enfriados), en

contraste, almidones con alto contenido de amilosa sufren una retrogradación

rápida.

Las principales propiedades físico-químicas de un almidón son: composición

proximal, características del grano (tamaño y forma), naturaleza cristalina, peso

molecular, poder de hinchamiento, solubilidad, contenido relativo de amilosa y

características de la pasta que produce. El análisis de estas propiedades es

fundamental para establecer un nicho en el que ciertos procesos industriales

pueden preferir la utilización de un almidón respecto a otro.

En realidad, la estructura del almidón es muy parecida a la de la celulosa, otro

polisacárido que producen las plantas. Pero mientras el almidón es parte del

alimento de muchos animales y se descompone fácilmente por acción de las

enzimas digestivas, la celulosa es parte del tejido de sostén de las plantas y

muy difícil de digerir, algo que la mayoría de los animales aprenden

rápidamente.

4.1.2. Utilidad del almidón

El almidón es importante porque forma parte de nuestra dieta. Se encuentra en

las papas, el arroz, la yuca, las frutas, etc. En una dieta sana, la mayor parte de

la energía la conseguimos a partir del almidón y las unidades de glucosa en

que se hidroliza.

7

El almidón también es muy utilizado en la industria alimentaria (panadería,

conservas, salsas, congelados, confitería) como aditivo para algunos alimentos,

dadas sus propiedades de3:

- Viscosidad especifica (en frío o en caliente)

- Claridad, opacidad

- Tolerancia a condiciones de procesamiento.

- Retención de grasas: alta o baja

- Hinchamiento o resistente al mismo.

- Adherencia

- Cristanilidad

- Color

- Suspensión característica.

- Capacidad para estabilizar emulsiones

- Poder humectante

Los procesos de cocción a los cuales son sometidos los almidones ocasionan

su gelatinización; estos almidones gelatinizados sufren reorganización en su

estructura (retrogradación) cuando se enfrían y durante el almacenamiento, lo

que influye en la calidad y el tiempo de almacenamiento de aquellos productos

que lo contienen

Entre las múltiples funciones que tiene el almidón cabe destacar: adhesivo,

ligante, enturbiante, estabilizante de espumas, conservante para el pan,

gelificante, aglutinante, etc. (ver ANEXO A) El problema surge porque muchas

veces no se informa de su uso. Así, por ejemplo, se utiliza en la fabricación de

embutidos y fiambres de baja calidad para dar consistencia al producto

El almidón puede formar una película que es una capa delgada de material

comestible formada sobre el alimento y su propósito es inhibir el intercambio de

humedad, oxígeno y dióxido de carbono, pérdida de aromas y migración de

lípidos, esto lo hace interesante en la prolongación de la vida útil de diversos

frutos.

8

Hoy en día el almidón tiene muchas otras aplicaciones. Por ejemplo, es un

excelente agente antiadherente en múltiples usos. Pero también puede

utilizarse para todo lo contrario: como adhesivo, con procesos previos de

hidrólisis. Una utilización muy interesante del almidón es la preparación de

embalajes de espuma, una alternativa biodegradable a los envases de

poliestireno6.

4.2. FUENTES DE ALMIDÓN

En los procesos de hidrólisis enzimática para la obtención de jarabes

glucosados, las materias primas preferiblemente son aquellas que presentan

altos contenidos de almidón y bajos porcentajes de otros tipos de compuestos

tales como proteínas, cenizas y fibras. Se debe tener en cuenta que en estas,

los procesos de separación del almidón resulten económicos y que el producto

agrícola utilizado como fuente, no presente sustancias tóxicas o perjudiciales

para la salud, dado que los hidrolizados de almidón son generalmente

empleados en la industria alimenticia.

4.2.1 El Maíz

El maíz es originario de América, donde era el alimento básico de las culturas

americanas muchos siglos antes de que los europeos llegaran al Nuevo Mundo.

En España empezó a cultivarse en 1604, introducido en Asturias por el

gobernador de la Florida. Durante el siglo XVIII, el cultivo se difundió de forma

gradual por el resto de Europa. Las numerosas variedades de maíz presentan

características muy diversas: unas maduran en dos meses, mientras que otras

necesitan hasta once.

En el maíz de harina predomina el almidón blando o menos compacto, que

facilita la molienda del grano. Se cultiva mucho en los Andes sudamericanos,

en los territorios que ocupaba el antiguo Imperio inca.

El grano de maíz maduro está compuesto por 3 partes principales (ver ANEXO

B):

• Pericarpio: Capa exterior de cubierta protectora dura y fibrosa que

encierra al grano. Comprende el pericarpio la testa y la cofia, en un

9

pequeño casquete que cubre la punta del grano y protege al embrión. En

el grano ya maduro, tiene la función de impedir el ingreso de hongos y

bacterias

• Endosperma: Reserva energética, representa el 80-84% de peso total

del grano. Compuesta por 90% de almidón y 7% de proteínas,

acompañadas de aceites, minerales y otros compuestos. Funciona como

dador de energía a la planta en su desarrollo.

• Germen: En el extremo más bajo del grano ocupando el 9,5 al 12 % del

volumen total de grano. Posee dos partes destacables, el eje

embrionario (planta nueva) y el escutelo que constituye una gran reserva

de alimento. En el grano maduro el germen contiene alto porcentaje de

aceites (35 - 40%).

4.2.1.1. Constituyentes del Maíz En la tabla 1 podemos encontrar los porcentajes de cada uno de los

componentes del maíz.

Componente Contenido

Agua 13.5 %

Proteínas 10 %

Grasas 4.5 % grano entero (80% germen)

Carbohidratos 61 % de almidón (27% de amilosa), 1.4% azucares, 6%

pentosanos, fibra cruda 2.3%

Otras

Sustancias

9.6 %

Tabla 1. Constituyentes del maíz

10

4.2.1.2. Almidón del maíz

Para la obtención del almidón de maíz se realiza un proceso llamado molienda

húmeda (ver ANEXO 3) que separa algunas de las partes del maíz en sus

constituyentes químicos. Por esto, los productos primarios son: almidón,

proteína, aceite y fibra.

Los gránulos del almidón del maíz tienen forma poliédrica (fig. 3), miden entre

3-26 µm con un promedio de de 15µm, similar al de los granos del almidón de

yuca, contienen un 0.6% de sustancias grasas y 0.35% de proteína (la

proteína residual puede dar un sabor harinoso y una tendencia a producir

espuma).

El almidón de maíz gelatiniza a temperaturas relativamente bajas (60-67° C);

el pico máximo es alcanzado rápidamente, lo que implica que es un almidón

fácil de cocinar y requiere menor consumo de energía durante su cocción.

Fig. 3. Fotografía de microscopio electrónico de barrido de los gránulos de almidón de maíz

4.2.1.2.1. Usos del almidón del maíz

El almidón de maíz es un carbohidrato de elevado peso molecular, es un polvo

fino de color blanco. En productos horneados baja la fuerza del gluten, suaviza

la miga, texturiza y dora la corteza.

11

Entre los diversos usos industriales (alimenticia y no alimenticia) que se le ha

dado al almidón del maíz y a sus subproductos tenemos:

• Almidón modificado vía ácida: En confitería se utiliza para creación

de goma usado también en la industria textil.

• Ester de almidón: usado en la industria textil

• La glucosa proveniente la hidrólisis parcial del almidón es utilizada

en creación de confites, caramelos, helados.

• Dextrinas: producto de baja viscosidad se usa como insumo para

adhesivo.

• Caramelo (colorante): Producto de la tostación de la glucosa, provee

de color a bebidas alcohólicas y no alcohólicas

• Adhesivos: De la unión de glucosa, dextrina, jabón anhidro, borax.

• Maltodextrina: Producto obtenido a través de procesos enzimáticos,

sirve en alimentos para extender y dar cuerpo . Posee moderado

poder edulcorante, sabor suave.

4.2.1.3. Producción del maíz en Colombia

La producción nacional de maíz en el año 2003 fue de 1’208.595 toneladas. De

éstas, 551.782 corresponden a maíz tecnificado y 656.813 a maíz tradicional.

El área total de cultivo para el mismo año fue de 567.631 hectáreas, de las

cuales 414.678 fueron sembradas bajo el sistema tradicional de pequeños

agricultores. El promedio nacional de producción de maíz es de 1,7 toneladas

por hectárea27. La región Caribe es la zona de mayor producción en el país.

Para 2001, en esta región se cosecharon 550 mil toneladas (44.5% de la

producción nacional) y en la región Andina la producción superó las 430 mil

toneladas22 (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2003).

A pesar de las limitaciones de la producción de maíz realizada por los

pequeños agricultores, bajo las tecnologías tradicionales, las anteriores cifras

reflejan que dichos agricultores aportan un volumen cercano al 55% de la

12

producción nacional. La producción de maíz tradicional está destinada

especialmente para el consumo humano, mientras que la producción

tecnificada, en su gran mayoría, se destina a suplir la demanda de insumos de

la industria alimenticia y de concentrados para animales. Es decir, gran parte

del maíz que se requiere para alimentar a la población colombiana es

abastecida por los pequeños agricultores. La soberanía alimentaria del país

depende en gran parte de la supervivencia de ellos y de sus sistemas

tradicionales de cultivo.

El maíz crece a una temperatura ideal entre los 24 y 26 grados centígrados

( 600-1200 msnm), con una temperatura mínima de 13°C y máxima de 30°C. El

maíz difícilmente germina cuando la temperatura del suelo es inferior a 10°C,

incluso a 13°C la germinación es lenta. La precipitación pluvial o lluviosidad

debe ser superior a los 450 mm y que estén bien distribuidos durante el ciclo de

desarrollo del cultivo. En términos generales el maíz requiere de 750 litros de

agua por kilogramo de grano producido. (ver tabla 4)

En la región Caribe se concentra la mayor producción de maíz del país. Allí se

siembra tanto en tierras muy fértiles, en grandes extensiones de monocultivos

con híbridos y variedades «mejoradas»; como también en zonas marginales de

poca fertilidad y disponibilidad de agua.22

Otra región de Colombia que es de gran importancia en la producción de maíz

es la región Andina. Sus variados pisos térmicos favorecen la adaptación de

distintas variedades y razas, por tanto, allí también se cultiva ampliamente este

cereal. Sin embargo la mayor parte de la producción está en manos de

pequeños agricultores ubicados en zonas de ladera, en condiciones igualmente

limitadas respecto a fertilidad de suelos y condiciones productivas y de

mercadeo adecuadas.22

Por otro lado, en la región Andina también se siembra maíz en plantaciones de

monocultivo, especialmente en los valles interandinos de alta fertilidad y

condiciones de mecanización. Su producción se destina principalmente para

suplir necesidades de la industria de alimentos y concentrados para animales.

13

En la región de los Llanos Orientales, en la Amazonía y en el Pacífico, el cultivo

de maíz se realiza dentro del contexto de la agricultura tradicional.22

El 85% del área maicera la cultivan pequeños agricultores en forma tradicional,

generando empleo para unas 190 mil familias.

Según el Ministerio de Agricultura, durante la década del noventa el área total

sembrada con cultivos transitorios disminuyó en 800 mil hectáreas y en 2003

se importaron cerca de ocho millones de toneladas de alimentos, de los cuales

dos millones correspondieron al maíz.

4.2.2. La papa

La papa cultivada pertenece a la familia Solanaceae, pariente del tomate, ají,

pimentón, berenjena, tabaco, petunia, mandrágora, belladona, por nombrar

alguna de las mas de 2000 especies presentes en esta familia.

La papa, perteneciente al género Solanum, es americana y su distribución es

desde el sur del cañón del Colorado, en Estados Unidos de Norteamérica,

pasando por todos los países con cordillera andina, hasta los Chonos, en el sur

de Chile.

Los tubérculos de papa tienen diversos usos, así en la alimentación humana el

producto se consume fresco o procesado. Dentro de los productos procesados

se tiene papas chips (hojuelas), prefritos congelados, purés, harinas de papa,

papas deshidratadas, almidón y sus derivados como dextrinas, alcoholes.

4.2.2.1. Constituyentes de la papa

En la siguiente tabla podemos observar los diferentes componentes quimicos

de la papa.

14

C O M P O N E N T E S

R A N G O M E D IA

A g u a 6 3 .2 % - 8 6 .9 % 7 5 .0 5 %

S ó lid o s to ta le s 1 3 .1 % - 3 6 .8 % 2 3 .7 %

P ro te ín a (N itró g e n o to ta l + 6 .2 5 ) 0 .7 % - 4 .6 % 2 %

G lic o a lc a lo id e s (S o la n in a ) 0 .2 – 4 1 3 -1 0 (m g /1 0 0 g r)

G ra s a 0 .0 2 % - 0 .2 0 % 0 .1 2 %

A z ú c a re s re d u c to re s 0 .0 % - 5 .0 % 0 .3 %

T o ta l C a rb o h id ra to s 1 3 .3 % - 3 0 .5 3 % 2 1 .9 %

F ib ra C ru d a 0 .1 7 % - 3 .4 8 % 0 .7 1 %

Á c id o s O rg á n ic o s 0 .4 % - 1 .0 % 0 .6 %

C e n iz a 0 .4 4 % - 1 .9 % 1 .1 %

Tabla2. Constituyentes de la papa

4.2.2.2. Almidón de la papa

La extracción del almidón de la papa se realiza a través de un proceso similar

al de la yuca, la cual se lleva a cabo en “Rallanderias” que consiste en: lavado

y pelado, rallado (con el fin de desprender las partículas de carbohidratos),

decantación (reposado de la emulsión obtenida del rallado), extracción del

almidón decantado, secado y molienda con el fin de que el almidón obtenga la

condición de polvo suave.

Los gránulos del almidón de la papa son ovoides con un tamaño entre 5-

100 µm (promedio de 33µm), su contenido promedio de amilosa es de 24 %.

Los gránulos del almidón de papa contienen un pequeño porcentaje de

sustancias grasas (0.12%) comparadas con los almidones de cereales como el

maíz y el arroz, el contenido de proteínas es del 2%.

La temperatura de gelificación del almidón de papa es entre 58-67° C.

4.2.2.2.1. Usos del almidón de la papa

El almidón de papa es muy utilizado porque da consistencia (ligosidad), es

rendidor y de sabor agradable.

15

Entre los diversos usos que se le a dado al almidón de papa o sus derivados

tenemos:

- En la industria textil es utilizado para el engomado de las telas.

- En la industria farmacéutica y de los embutidos como excipiente.

- En las pinturas para darles finura y firmeza.

- Elaboración de chips, pegamentos y bebidas alcohólicas

- Obtención de plásticos biodegradables (partiendo de las propiedades

poliméricas del almidón)

- Como espesante, el almidón de papa añade volumen a las sopas, guisados,

salsa y cocidos.

- Debido a su sabor natural, el almidón de papa es muy utilizado en panadería

y pastelería, en la elaboración de panes, pasteles, panqués, etc. Por su

capacidad de retener agua más que otras harinas, prolonga la vida útil de los

productos de pastelería.

4.2.2.3. Producción de la papa en Colombia

El cultivo de la papa en Colombia ocupa el tercer lugar en la producción

agropecuaria nacional con 2,96 millones de toneladas (Tm) en el año 2000, el

décimo cultivo en extensión con 170.719 Ha, y el sexto lugar en valor de la

producción. En términos constantes, el valor de la producción durante el lapso

1990-2000, creció a una tasa del 1,6%, cifra superior a la registrada por el

conjunto de la agricultura sin café (1,3%). Su participación en el valor real de la

producción agropecuaria nacional, representó el 3,9%, el 4,3% del área

cultivada y el 13,2% del volumen.14

Los rendimientos por hectárea, como indicador de productividad, nos muestran

que esta se ha mantenido más o menos constante en el mundo con 16,6

Toneladas/Ha. Colombia ha pasado de 15,3 Tm/Ha en 1990 a 17,4 Tm/Ha en

16

el 2000. El incremento en los rendimientos obedece a la introducción de

variedades como la Diacol Capiro para atender las demandas de la industria y

a los avances en tecnología. Sin embargo, es posible encontrar entre

productores medianos y grandes, que usan tecnología adecuada y sistemas de

administración de cultivos, rendimientos que superan las 30 Tm/Ha, con costos

unitarios de producción inferiores a los observados en sistemas de pequeños

productores, que emplean tecnologías tradicionales.

Los cultivos de papa se encuentran diseminados en climas fríos con

temperaturas de 13º C y alturas de 2.000 msnm, hasta alcanzar zonas de

páramo con alturas cercanas a los 3.500 msnm y temperaturas de 8ºC.

Geográficamente, las unidades de producción están dispersas principalmente

en las regiones frías de la zona andina. (ver tabla 4)

Alrededor de 90.000 familias se encuentran vinculadas con la explotación

directa de este cultivo y se generan alrededor de 20 millones de jornales al año.

Es el producto de origen agrícola que demanda mayor cantidad de fungicidas e

insecticidas y el segundo de fertilizantes químicos, después del café.

Constituye así mismo la actividad que más utiliza los servicios de transporte

terrestre, con más de dos millones de toneladas al año, cifra que se incrementa

con la movilización de los insumos requeridos para su producción.14

El procesamiento industrial de la papa en el país es muy limitado, pues hay

poca existencia y disponibilidad de variedades que tengan los requisitos

fisicoquímicos y de tamaño y forma exigidos por ésta (azúcares reductores,

porcentaje de materia seca y color de pulpa y piel no adecuadas para adelantar

un eficiente procesamiento industrial).

4.2.3. LA YUCA También conocida como Mandioca o Cassava, es un arbusto originario de

Sudamérica y difundido en la actualidad en zonas tropicales de alrededor de 90

países de América, Asia y África. Ante el alto deterioro que sufren las raíces, la

principal parte comestible, la yuca se debe consumir o procesar

17

inmediatamente después de cosechada lo cual, obliga a someterla a procesos

para garantizar su protección, tales como la parafinación, la conservación en

bolsas tratadas con Tiabendazole y el secado.18

El principal valor económico del cultivo de la yuca esta en sus raíces, la raíz de

la yuca, por ser el órgano de de almacenamiento de energía, tiene diversos

usos en la alimentación humana, animal y en la extracción de almidones.

4.2.3.1. Constituyentes de la Yuca

En la tabla 3 podemos ver los porcentajes de los principales componentes

químicos de la raíz de la yuca.

Componentes Contenido (%)

Materia Seca 100%

Carbohidratos 83.2%

Proteínas 2-3%

Grasa 0.1%

Ceniza 2%

Fibra Neutra 3.4%

Fibra Acida 1.95 %

Tabla 3. Constituyentes de la yuca

4.2.3.2 Almidón De La Yuca En Colombia, la extracción del almidón se ha realizado, tradicionalmente, en

las llamadas “Rallanderías”. El proceso en estas consiste en: pelar las raíces

de yuca, en muchas partes este aún se hace manualmente, posteriormente se

“rallan”. El producto rallado, se pasa a un tambor giratorio en el cual se

18

introduce gran cantidad de agua, la cual extrae el almidón, llamado “lechada”,

después se sedimenta, sin embargo se esta tratando de adaptar una nueva

tecnología de extracción de almidón por vía seca19, la cual reduce

considerablemente el uso de agua durante el proceso, y permite un secado

mucho más eficiente. Adicionalmente, se obtiene un producto final de calidad

constante1.

El contenido de proteína del almidón de la yuca (0.1%) es muy bajo comparado

con el de los almidones de maíz y de arroz (0.35 % a 0.45%, respectivamente).

Los gránulos del almidón de la yuca contienen un pequeño porcentaje de

sustancias grasas, comparado con los almidones del maíz y del arroz, los

cuales contienen respectivamente, 0.6% y 0.8 %. Esta composición le da una

ventaja al almidón de yuca, ya que estos lípidos forman un complejo con la

amilosa, la cual tiende a reprimir el hinchamiento y la solubilización de los

granos de almidón, y por esta razón se necesitan altas temperaturas (>125° C)

para romper así la estructura amilosa-lípido y solubilizar la fracción de amilosa,

además la presencia de estos lípidos puede crear problemas por la tendencia a

ranciarse en el almacenamiento.18

Los gránulos del almidón de yuca son redondos con terminales truncados y con

un núcleo bien definido (hilo), su tamaño varia entre 5-35µm, con un promedio

de 20 µm.

Figura.4 Fotografía de microscopio electrónico de barrido de los gránulos de almidón de yuca

19

El almidón de yuca gelatiniza entre 60-67° C en agua, además tiene una

tendencia baja a la retrogradación (contenido de amilosa: 17%) y produce un

gel muy claro y estable, aunque la viscosidad de la pasta es inicialmente alta,

esta decae bruscamente con solubilización continuada y agitación por encima

de 90 ° C, con un posterior enfriamiento no hay formación de gel. Este

comportamiento lo hace conveniente tecnológicamente como sustrato para

procesos hidrolíticos.

Las propiedades de calidad de las pastas de almidón son modificadas durante

el proceso de congelación, aumentando, generalmente la exudación de agua,

lo que deteriora la estructura de la pasta. Algunos almidones nativos, como el

de la yuca han sido considerados resistentes a este proceso.

También se ha encontrado que las pastas de almidón de yuca son estables a

medios ácidos por debajo de un PH de 2.4, medio en cual hay destrucción del

granulo y del aspecto físico de la pasta, debido a una hidrólisis parcial o total

de las pastas.

4.2.3.2.1. Utilidades del almidón de yuca

El mercado de la yuca dentro del sector industrial comprende los productos

alimenticios e industriales que utilizan materias primas procesadas como el

almidón de yuca; este puede ser almidón dulce o nativo (sin fermentar),

almidón modificado y almidón agrio (fermentado), así pues los principales usos

del almidón de yuca son:

El almidón dulce o nativo se emplea en la fabricación de diversos

alimentos, aquí se aprovechan sus propiedades como espesante, relleno,

aglutinante, estabilizante y mejorador de textura.

Fabricación de productos intermedios, como maltodextrinas, maltosa, jarabe

de glucosa, dextrosa, entre otros, que son solicitados por la industrias de

confitería, panadería y bebidas gaseosas.

20

La industria textil utiliza el almidón dulce en la fabricación de colas textiles,

mientras que la industria del papel lo emplea como materia prima en bases

pegantes para productos adhesivos, en pastas y colas; estos productos se

utilizan en manufacturas de artículos desechables, principalmente, como

materia de embalaje, etiquetas, papel de envoltura y cintas para humedecer.

4.2.3.3. Producción de la yuca en Colombia

Colombia es un país altamente productor de yuca. Actualmente ocupa el tercer

lugar en producción en América Latina después de Brasil (24 millones de

toneladas de yuca al año) y Paraguay (2.6 millones de toneladas). La

producción del país en el año 2000 fue de 1.956.051 toneladas y se sembró un

área de 210.618 hectáreas. En la Costa Atlántica se sembraron 103.981

hectáreas que corresponden al 49% del área nacional. En Colombia, el

rendimiento por hectárea tiene un promedio que oscila entre 8 y 13 ton/ha,

aunque existen plantaciones cuyos rendimientos están entre 20 y 30 ton/ha.

El cultivo de la yuca presenta diferencias en cuanto al nivel tecnológico los

agricultores de bajo nivel tecnológico corresponden al 45% aproximadamente y

el 56% hacen uso de la tecnología recomendada, sin embargo los niveles

tecnológicos en promedio son medianos por cuanto no se considera una

tecnología de punta.

Actualmente se estima la yuca se cultiva aproximadamente en 61.500

pequeñas explotaciones y que genera empleo a cerca de 100.000 campesinos,

sin contar con los efectos nutricionales del autoconsumo1.

La planta de yuca crece en una variada gama de condiciones tropicales: en los

trópicos húmedos y cálidos de tierras bajas donde la vegetación está

constituida por bosques húmedos; en los trópicos cálidos de tierras bajas

donde la estación seca puede durar hasta seis meses o más; en los trópicos de

altitud media (hasta 2.000m), y en los subtrópicos con inviernos fríos y lluvias

de verano. Se adapta bien a las condiciones marginales que predominan en los

trópicos (suelos ácidos, de escasa fertilidad, con patrones de precipitación

esporádica o largos períodos de sequía)20. En estas condiciones, su potencial

de rendimiento no tiene rival alguno. La planta se desarrolla en lugares donde

21

la temperatura media en el día oscile en promedio entre 24°C y 28°C, con una

precipitación anual promedio de 800 a 2000 mm/año20 (ver tabla 4).

Los cultivos de yuca para consumo humano se localizan en áreas próximas a

los centros de consumo, en climas medios y cálidos y en suelos de todas las

características.. Las áreas de yuca con destino industrial y para alimentación

animal se sitúan en suelos menos fértiles, generalmente marginales. En efecto,

en la Costa Atlántica se produce yuca seca para producción de alimentos

balanceados para animales y yuca fresca para consumo humano; en el

departamento del Cauca, por su parte, gran parte de la producción de yuca se

destina a la industria de almidones y, en las regiones cafetera y de los Llanos

Orientales, la producción es para consumo humano.

En este momento el país está empeñado en aumentar las áreas cultivadas de

maíz amarillo y yuca , por cuanto el país necesita sustituir 1.900.000 toneladas

de materias primas importadas con esto el país se evita un gasto en divisas por

concepto de importaciones de materia prima. Igualmente se integra este cultivo

al desarrollo regional.

4.2.4. COMPARACION DE LOS PRODUCIONES DE MAIZ, PAPA Y YUCA EN COLOMBIA

De acuerdo a lo descrito anteriormente la siguiente tabla nos muestra los

principales aspectos involucrados en la productividad (producción nacional,

rendimiento por hectárea y condiciones de cultivo) de las fuentes de almidón

en el territorio colombiano.

MAIZ YUCA PAPA

PRODUCCION NACIONAL

1’208.595 Ton.

En el 2003

1.956.051 ton en el 2000 2,96 millones de Ton.

en el año 2000

RENDIMIENTO PORHECTAREA

1.7 Ton. 8 y 13 Ton, aunque existen

plantaciones cuyos rendimientos

están entre 20 y 30 Ton/ha.

17,4 Ton

22

CONDICIONES DECULTIVO

-Temperatura: ideal

entre los 24 y 26 grados

centígrados

(600-1200 msnm), con

una temperatura

mínima de 13°C y

máxima de30°C.

-Lluviosidad: En

términos generales el

maíz requiere de 750

litros de agua por

kilogramo de grano

producido.

Crece en una variada gama de

condiciones tropicales: en los

trópicos húmedos y cálidos de

tierras bajas; en los trópicos cálidos

de tierras bajas donde la estación

seca puede durar hasta seis meses

o más; en los trópicos de altitud

media (hasta 2.000m), y en los

subtrópicos con inviernos fríos y

lluvias de verano. Se adapta bien a

las condiciones marginales que

predominan en los trópicos la

Temperatura:un promedio entre

24°C y 28°C, con una precipitación

anual promedio de 800 a 2000

mm/año20.

Los cultivos de papa se

encuentran

diseminados en climas

fríos con temperaturas

de 13º C y alturas de

2.000 msnm, hasta

alcanzar zonas de

páramo con alturas

cercanas a los 3.500

msnm y temperaturas

de 8ºC.

Geográficamente, las

unidades de producción

están dispersas

principalmente en las

regiones frías de la

zona andina.

TABLA 4 Aspectos comparativos sobre la producción de maíz,

papa y yuca en Colombia

4.3. HIDRÓLISIS DEL ALMIDON.

Si un almidón gelatinizado (para romper los gránulos) se hidroliza, aparecen

monosacáridos, disacáridos (maltosa), oligosacáridos y dextrinas (cadenas

lineales o ramificadas de 50-200 unidades de glucosa). Así, por

despolimerización ácida o enzimática, se obtienen jarabes cuyo dulzor

dependiente del grado de hidrólisis se mide por los ‘equivalentes de dextrosa’

(ED = DE: porcentaje de reductores respecto del peso seco) y que suele estar

comprendido entre 20 y 95.25

Dentro de los procesos de hidrólisis del almidón mas utilizados están: la

hidrólisis acida y la hidrólisis enzimática.

4.3.1. HIDRÓLISIS ACIDA

4.3.1.1. Definición. La hidrólisis ácida es una reacción en la que se rompe un enlace covalente

entre dos subunidades de origen proteico o glúcido por medio de la adición del

23

equivalente a una molécula de agua; lo que se logra por la suma de un átomo

de hidrógeno a una subunidad y de un grupo hidroxilo a la otra, en este caso la

reacción se alcanza con la disminución del pH (empleo agentes ácidos) y el

posterior calentamiento de la mezcla.

4.3.1.2. Hidrólisis acida del almidón y sus similares

En el caso de compuestos como el almidón y de los polisacáridos en general ,

la hidrólisis ácida se efectúa por el rompimiento de enlaces glucosídicos (fig.5) ,

los cuales se llevan a cabo mediante la disociación de una molécula de agua

del medio, razón por la cual la presencia de agua en la reacción es crítica,

hecho que debe tenerse en cuenta a la hora de cuantificar los productos

generados o el hidrolizado ya que la suma de agua genera una ganancia del

10% aproximadamente a la masa producida o lo que es igual a los

oligosacáridos o monosacáridos generados. El hidrógeno del agua se une al

oxigeno del extremo de una de las moléculas de azúcar; el OH se une al

carbono libre del otro residuo de azúcar. El resultado de esta reacción, es

la liberación de un monosacárido y el resto de la molécula que puede ser un

monosacárido si se trataba de un disacárido o bien del polisacárido restante si

se trataba de un polisacárido más complejo, por consiguiente la hidrólisis total

depende del tiempo y cantidad del reactivo ácido suministrados.

Figura5. Obsérvese los puntos atacados en la hidrólisis ácida del almidón los cuales pueden

ser de dos tipos dependiendo de la naturaleza del enlace.(α1,6/α1,4).

24

4.3.1.2.1. Ácidos empleados en los procesos de hidrólisis.

4.3.1.2.1.1 Hidrólisis acida con h2so4.

El polisacárido a hidrolizar se calienta con H2SO4 al 10% a 95° C

aproximadamente durante un periodo de 12 horas, la solución resultante debe

neutralizarse con carbonato de benceno, posteriormente se filtra el precipitado

de sulfato y luego se concentra el filtrado por sequedad. La comparación por

cromatografía permite la identificación de azúcares conocidos (glucosa, xilosa.

etc.)

4.3.1.2.1.2. Hidrólisis acida con Hcl.

La hidrólisis del polisacárido se consigue calentando a 150º C (autoclave) una

suspensión acuosa de almidón a la que se ha añadido HCl muy diluido (2N), la

mezcla luego se somete a reflujo por una hora, la fase acuosa es extraída para

la investigación de azucares de interés.; el principal problema es que si el

tratamiento se prolonga, se degrada y pardea.

Sin embargo este proceso de obtener jarabes glucosados, ha sido

prácticamente desplazada en los últimos años por la hidrólisis enzimática, que

permite obtener un jarabe de glucosa de mucha mayor calidad y a un costo

muy competitivo

4.3.2. HIDRÓLISIS ENZIMATICA

4.3.2.1. Tecnología enzimática

La tecnología enzimática tiene como objetivo la superación de todos aquellos

inconvenientes que parecen retrasar la aplicación de las enzimas en estos

procesos a escala industrial, las enzimas son proteínas cuya función biológica

es catalizar las reacciones que suceden en las células. Esta área tiene

25

aplicaciones desde tiempos remotos como la fermentación, actualmente en

diferentes industrias a diferentes niveles, ya que implica la utilización de

sistemas enzimáticos diversos que optimizan el procesamiento en la obtención

de detergentes, aditivos alimenticios (jarabes glucosados), productos químicos

y farmacéuticos. La tecnología enzimática se presenta como alternativa

biotecnológica basada en que las industrias desarrollen productos de calidad

homogénea, aprovechen óptimamente sus materias primas, aceleren sus

procesos de producción, minimicen desperdicios y disminuyan el deterioro del

medio ambiente.21

Durante la hidrólisis enzimática del almidón para la obtención de jarabes

glucosados, se utilizaran dos tipos de enzimas conocidas como carbohidrasas:

• α-Amilasa (1,4-α-Glucan-glucanohidrolasa): Se hallan en las glándulas

salivales, el páncreas, hongos, bacterias y la malta, que las contienen en

abundancia. Se encargan de hidrolizar los enlaces α-1,4- glucosídicos,

descomponiendo los almidones y el glucógeno en dextrinas y disocian

lentamente las dextrinas en maltosa y cantidad mínima de glucosa.

Destruyen la estructura en cadenas ramificada del almidón (amilopectina)

y el glucógeno. Con el tiempo pueden efectuar la destrucción casi total

del almidón. La -amilasa utilizada en el proceso de la hidrólisis

enzimática es una enzima termoestable al proceso, puede ser obtenida

del Bacillus licheniformis Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus

amyloliquefaciens, Bacillus coagulans,Bacillus polymixa, Micrococus,

Pseudomonas, Arthrobacter, Escherichia, Proteus, etc 4,10

• Amiloglucosidasa: Es utilizada en el proceso de sacarificación, es

obtenida del Bacillus subtilis.

4.3.2.2. Procedimiento de la hidrólisis enzimática. La hidrólisis enzimática consta de dos etapas: licuefacción y sacarificación

(Ver ANEXOS G Y H). Durante la primera etapa se mezcla una suspensión de

almidón entre el 30-40 % (peso/ volumen) con la enzima α-amilasa en

presencia de Ca2+ como activante, la cual cataliza la hidrólisis de los enlaces α-

26

1-4 de la amilosa, uno de los polisacáridos que componen el almidón; de esta

ruptura se obtiene una maltodextrina compleja que solo alcanza a ser

ligeramente dulce. Este proceso se lleva a cabo a una temperatura de 80-

110°C y un PH de 5.0-5.5. La maltodextrina es el sustrato para la siguiente fase

hidrolítica llamada sacarificación. La suspensión de dextrinas debe ser enfriada

y acidificada para lograr condiciones optimas de trabajo para la

aminoglucosidasa (AMG) enzima empleada como biocatalizador en esta etapa.

Como lo que se desea producir es jarabes de glucosa se emplea una AMG

pura, con lo cual se logran altos rendimientos del jarabe en condiciones

adecuadamente controladas. La sacarificación se lleva a cabo a una

temperatura entre 55-65°C y un pH entre 4.0-50. El tiempo de reacción

necesario es entre 32-72 h. Al final del proceso es posible alcanzar un

equivalente de dextrosa (ED) del orden de 95-97%, que corresponde a un 90-

95% de glucosa, el porcentaje restante corresponde a maltosa, maltriosa y

oligosacáridos24 (Ver ANEXO E).

4.4. JARABES GLUCOSADOS

La glucosa es un jarabe cristalino y viscoso; es una mezcla de varias

cantidades de glucosa, maltosa y complejos de glucosa. Este jarabe es

obtenido por hidrólisis ácida o enzimática del almidón de maíz, yuca o papa.

Se le emplea en conjunto con la sacarosa (azúcar) en caramelería (50%), dulce

de leche, dulces y mermeladas (10%), helados (10%), productos lácteos (10%),

panificación y galletería (10%).

Las propiedades fundamentales en las que se basa su utilización, se relacionan

con su poder anticristalizante, higroscopicidad, cuerpo, textura y poder

humectante.

El poder edulcorante del jarabe de glucosa es de 0.7, el cual es relativamente

bajo si se compara con el poder edulcorante de la sacarosa que es de 1.0, mas

sin embargo, sigue siendo una buena alternativa como endulzante natural,

27

pues los costos de producción no llegan a superar a los de la sacarosa,

además de lo anterior a partir del jarabe de glucosa se puede obtener por

isomerización el jarabe de fructosa con un poder edulcorante mayor que la

sacarosa y el costo aun menor que la producción de sacarosa (Departamento

de agricultura de los EEUU, 2001).

A partir de los jarabes de glucosa se puede obtener etanol carburante a través

de un proceso de fermentación, este etanol es un compuesto orgánico líquido

de naturaleza diferente a los hidrocarburos. Se usa como un ingrediente para

mezclar con la gasolina o solo para producir un combustible de alto octanaje en

los automotores. Al mezclarse la gasolina con el etanol se produce una

combustión más limpia en los motores, disminuyendo así las emisiones de

dióxido de carbono.

4.4.1. Jarabes glucosados en Colombia

Las importaciones colombianas de jarabes glucosados presentan una serie de

altibajos a lo largo del período 1995-2002. En el caso de las importaciones de

jarabes de alta fructosa (JAF), se observa un decrecimiento durante los años

2000-2001 y 2002 hasta llegar a un nivel de cero en los dos últimos años32.

Algo similar ocurre con el jarabe de glucosa con un contenido de fructosa

superior a 50%, que mantuvo un nivel de demanda relativamente estable desde

1995 hasta el 2000. Es notable la caída en la importación del producto en el

año 2001 y a su vez el incremento desmesurado en la importación de glucosa

con nivel de fructosa inferior a 20% en el mismo año32.

Importación 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

Jarabe de glucosa con un contenido inferior a 20% de fructosa

851 826 472 252 507 643 1503

Jarabe de glucosa con un contenido de fructosa entre 20 y 50%

16 0 0 0 0 46 55

Jarabe de glucosa, con un contenido de fructosa superior al 50%

14 21 28 39 28 18 0

28

Total 881 847 500 291 535 707 1558

Tabla 5. Importaciones Colombianas de Jarabes Glucosados y Fructosados Período 1995-2001 (miles de dólares CIF) Fuente: ALADI

En el caso de las exportaciones de jarabes glucosados, se presenta un claro

incremento en el valor de las ventas, desde 1995 hasta 2002. El incremento en

las exportaciones puede deberse al aumento en el número de empresas

productoras de jarabes glucosados, ya que la demanda de endulzantes

diferentes al azúcar es la tendencia que se impone en el mercado32.

Exportación 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002*

Jarabe de glucosa con un contenido inferior a 20% de fructosa

247 1017 2729 5282 5518 5796 5442 5699

Jarabe de glucosa con un contenido de fructosa entre 20 y 50%

0 0 0 0 0 0 0 0

Jarabe de glucosa, con un contenido de fructosa superior al 50%

0 0 0 0 0 0 0 0

Total 247 1017 2729 5282 5518 5796 5442 5699

Tabla 6. Exportaciones colombianas de jarabes glucosados y fructosados período 1995-2002 (miles de dólares CIF) *corresponde al acumulado de 11 meses

Fuente: ALADI

De acuerdo al anterior panorama comercial de los jarabes glucosados en

Colombia, se puede afirmar que si se potencia la producción de estos a través

del apoyo a investigaciones, políticas económicas, entre otros factores. Se

estaría dando un gran avance en materia económica, dado que hay una

demanda por satisfacer.

4. CONCLUSIONES • Los bajos porcentajes de grasas y proteínas del almidón de yuca (0.1%

y 0.2% respectivamente) con respecto a los del maíz (0.6% y 0.35%), y

el mayor contenido de almidón (83.2%) frente al de la papa(21.9%), lo

sitúan como el de mejor elección para la producción de jarabes

29

glucosados en cuanto productividad, costo y calidad, ya que lo altos

porcentajes de proteínas disminuyen la pureza del almidón y las grasas

forman un complejo con la amilosa, la cual tiende a reprimir el

hinchamiento y la solubilización de los granos de almidón además del

ranciamiento del mismo.

• En términos de rendimiento de la producción , el cultivo de yuca tiene

una potencial ventaja respecto a los cultivos de papa y maíz, dadas las

condiciones en las cuales crece el producto y los costos , pues la yuca

se puede cultivar en lugares con condiciones mas adversas (suelo acido

y seco) que los del maíz y la papa, además el rendimiento por Ha de la

yuca es mas alto que el del maíz (13 ton/Ha frente a 1.7 ton Ha),pero

mas bajo que el de la papa (17.5 Ton/Ha), sin embargo el costo de

producción de la yuca es mas bajo que el de la papa ( en Colombia es el

cultivo que demanda mayor cantidad de fungicidas e insecticidas y el

segundo de fertilizantes químicos, además de los gastos de transporte),

lo cual equilibra las cargas, esta situación puede representar para

efectos de la producción de jarabes glucosados que el cultivo de la yuca

pueda satisfacer la demanda industrial de los jarabes glucosados y junto

con las propiedades propias de su almidón, se situé como la materia

prima de elección en Colombia para la producción de dichos jarabes.

• La hidrólisis enzimática del almidón, para la obtención de los jarabes

glucosados es la mas recomendable si estos van a ser utilizados en la

industria alimenticia ya que las materias primas se aprovechan

óptimamente, se minimizan los desperdicios y disminuye el deterioro del

medio ambiente, si se tiene en cuenta los desperdicios generados por los

ácidos utilizados en la hidrólisis acida, los cuales pueden representar un

riesgo para la salud del consumidor.

• El jarabe glucosado se postula además como la materia prima para la

obtención de otros productos, tales como: jarabes fructosados (de mayor

30

poder endulzante) y etanol carburante, a través de procesos

biotecnológicos como son: la isomerización (utilizando la enzima glucosa

isomerasa) y la fermentación, respectivamente. De acuerdo a esto, se

genera entonces un mayor valor agregado a los productos agrícolas

ricos en almidón.

31

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12. ULTIMATE BOLETÍN BOARD. Almidón de la papa para uso industrial.2003 http://redepapa.org/ubb/Forum27/HTML/000003.htmlConsulta Jul. 11 de 2005 13. SIERRA, H. Una propuesta para el aprovechamiento y manejo integral del agroecosistema productivo del tubérculo de papa en el departamento de Caldas. Manizales 2004. Universidad Nacional de Colombia. 14. MINISTERIO DE COMERCIO EXTERIOR. Perfil de la papa. http://www.colombiacompite.gov.co/archivos/PERFIL%20PAPA.pdf Consulta Ago. 21 de 2005

15. ARAUJO, C. et al. Caracterización del almidón nativo de Dioscorea bulbifera L. ALAN, jun. 2004, vol.54, no.2, p.241-245.

16. ALARCÓN, F. y Dufour, D . Almidón agrio de Yuca en Colombia. Publicación CIAT- CIRAD N° 268.Diciembre 1998.Cali Colombia 17. GRUPO DE INVESTIGACIÓN APLICADA Y ADAPTATIVA Y DE DESARROLLO AGROINDUSTRIAL. Evaluación de los jarabes de glucosa obtenidos de tres variedades de yuca en el sistema de conversión enzimática de glucosa a fructosa. http://200.13.202.26:90/pronatta/proyectos/pdf/public/201681143TESIS.pdf Consulta Sep 06 de 2005

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18.CEBALLOS, H. y De la Cruz, G. Taxonomía y Morfología de la Yuca www.clayuca.org/PDF/libro_yuca/capitulo02.pdf Consulta Jun 28 de 2005 19. ARISIZABAL, J. Nueva tecnología para la producción de almidones modificados por vía seca. 2004 http://www.clayuca.org/clayucanet/produccion_dextrinas.htmConsulta Ago.21 de 2005 20. ACUÑA, M.y Murillo, O. Ficha técnica procesamiento de la yuca http://www.lincos.net/infocomm/webpages/ agricultura/agroindustria/yuca.html 21. ARIAS, E. y Lastra, J. Biotecnología - Tecnología Enzimática http://www.ilustrados.com/publicaciones/EpZyVkFplAsVKUuxgR.php#UNO Consulta Jul 17 de 2005

22. SALGAR, L. El cultivo de maíz en Colombia. http://www.semillas.org.co/articulos.htm?x=46067&cmd%5B111%5D=c22 Consulta Jul 23 de 2005

23. Boletín CCI: SIM. Perfil de Producto. No. 6. Octubre -diciembre 1999 http://www.cci.org.co/publicaciones/Perfil%20de%20producto/perfilyuca6.htm# Consulta Ago. 03 de 2005

24. ROJAS, L. y Mazo, J. Isomerización de glucosa a fructosa a nivel de laboratorio, a partir de glucosa isomerasa inmovilizada. Medellín, 2002. Tesis (Ingeniero Químico). Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería. 25. ROMERO, F. Industria azucarera. Aditivos edulcorantes.2004 http://www1.us.es/pautadatos/publico/personal/pdi/1103/6202/MODULO3-0405.PDFConsulta Jul. 30 de 2005 26. Alcohol orgánico: otra alternativa de diversificación. http://www.monografias.com/trabajos20/alcohol-organico/alcohol-organico.shtml#intro Consulta Jul. 12 de 2005 27. TÉLLEZ, L. Álvarez, G. y Roa, A. Diseño y puesta en marcha de un "sistema semicontinuo en dos etapas: hidrólisis - fermentación" para la producción de etanol a partir de almidón de papa usando simultáneamente Aspergillus níger Saccharomyces cerevisiae. En: Revista Colombiana de Química. Volumen 26, No. 2 de 1997

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28. Aumentan siembras de maíz en zona cafetera.2003 http://www.presidencia.gov.co/cne/2003/diciembre/10/04102003.htm Consulta Ago.24 de 2005

29. FERRER, J. et al. Cinética de la hidrólisis ácida de bagacillo de caña de Azúcar. 2002 http://www.revfacagronluz.org.ve/PDF/enero_marzo2002/ra1021.pdf Consulta Ago. 04 de 2005

30. SECRETARIA DE INTEGRACIÓN ECONOMICA CENTROAMERIACANA. Informe de la utilización del jarabe de glucosa en Centroamérica. http://www.sieca.org.gt/Publico/IntegracionEcoCA/InformesSolicitados/Inf_sobre_utilizacion_del_jarabe_de_glucosa_en_CA.pdfConsulta Ago. 06 de 2005 31. MONTOYA, M. et al. Determinación del contenido de almidón en distintas variedades de papa y su relación con la textura de la papa cocida. http://www.inta.gov.ar/balcarce/info/documentos/agric/hortic/papa/cal/posteralmidon. Consulta Ago. 02 de 2005 32. INSTITUTO INTERAMERICANO DE COOPERACIÓN PARA LA AGRICULTURA, IICA, Diseño de proceso de una planta piloto para la obtención de alcohol carburante a partir de jarabes glucosados producidos del almidón de yuca estándar de la región del Urabá Antioqueño. Medellín.2004

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ANEXO 1.USOS DEL ALMIDÓN

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ANEXO 2. CORTE TRANSVERSAL DE UN GRANO DE MAIZ

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ANEXO 3. EXTRACCIÓN DEL ALMIDON DEL MAIZ

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ANEXO 4. EXTRACCIÓN DEL ALMIDÓN DE LA PAPA

Lavado y/o pelado

Agua

Rallado

Tinas de decantamiento Secado Molienda

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ANEXO 5. EXTRACCIÓN DEL ALMIDÓN DE LA YUCA

Agua Afrecho húmedo

Secado al sol

Lavado y pelado (descascarillado)

Rallado

Agua residual

Cascarilla

agua

agua

Extracción

Escurrimiento

Tamizado

Sedimentación

Lechada de almidón

Residuos (Fibra fina)

Afrecho seco

Secado al sol

Almidón

Agua sobrenadante

Sedimentación

Subproducto húmedo

Agua residual

Agua

Mancha (fracción proteica)

Secado al sol

Raíces

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ANEXO 6. HIDRÓLISIS ENZIMATICA

Pesar la cantidad de almidón requerido para una concentración entre el 30-40 % w/v

Llevar hasta el volumen deseado y agitar hasta

completa dilucion

Transferir la mezcla al reactor de licuefacción

Adicionar 10 ppm de Ca2+

Ajustar pH a 5.5 con acido cítrico

Adicionar 0.5ml/L de α-amilasa a T:55° C

Mantener agitación constante de 600 rpm

Llevar la temperatura de reacción hasta un valor de 85 ° C por un tiempo de 2.5 h

Medir el % ED el cual no debe ser inferior al 30%

Transferir las maltodextrinas al reactor

de sacarificacion

Ajustar pH a 4.5 con acido cítrico

Llevar la T° de reacción hasta 55°C

Adicionar 10 ppm de Ca2+

Adicionar 1.33 ml/L de enzima AMG y dejar reaccionar por un tiempo de 12 h

Medir el % ED el cual no debe ser inferior al 95 %

Retirar el jarabe producido con una bomba peristáltica, dejar decantar por 12 h y pasar el jarabe claro por la membrana

de ultrafiltración

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ANEXO 7. REACTOR EN EL CUAL ES LLEVADO EL PROCESO DE LICUEFACCIÓN

Descripción del equipo • Material de construcción: Recipiente enchaquetado de acero inoxidable. • Volumen de diseño: 10 L • Volumen de operación: 8 L • Sistema de agitación: Mecánica ( 40-2000 rpm) • Turbina: tipo propela marina

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ANEXO 8. REACTOR EN EL CUAL ES LLEVADO EL PROCESO DE SACARIFICACIÓN

Descripción del equipo • Tipo: Tanque agitado de la firma B Braun, modelo 8840334

• Material de construcción : Recipiente enchaquetado de vidrio (borosilicato), la tapa superior es de acero inoxidable tipo 316.

• Volumen de diseño: 5 L • Volumen de operación: 4 L • Sistema de agitación: Mecánica (50-1200rpm) • Turbina: Tipo alabe plano • Sistema de control: Posee controladores PID, para nivel, temperatura, pH, agitación , oxigeno disuelto y espuma

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