Graph Oriented Programming

3.1 ELECCIÓN DE LA BEBIDA A FORMULAR

Tomando en cuenta la extensa bibliografía [10][15][26] que existe acerca de las propiedades y beneficios que otorga el uso del Aloe vera, se ha decido ubicar el producto obtenido dentro del grupo de los alimentos funcionales, ya que como éstos, sus ingredientes cumplen funciones específicas en el organismo.

La dificultad de encontrar información de mercado sectorizada respecto a este tipo de productos, hace que sea imposible realizar una selección de una forma diferente a la antes mencionada. Sin embargo, esta decisión no afecta el tipo de mercado hacia el cual está enfocado y por tanto las cifras que se presentan en la fase del estudio del análisis de mercado (anexo G) acerca de la realidad de la comercialización de productos de Aloe vera son pertinentes.

3.2 ETAPA EXPERIMENTAL

3.2.1 Caracterización taxonómica de la planta

Para el desarrollo del estudio se realizó una caracterización del material vegetal utilizado en el proceso, mediante una identificación taxonómica llevada a cabo por el Herbario Nacional Colombiano dando como resultado plantas de Aloe del tipo vera (L.) Burn. f. de la familia Asphodelaceae que según la literatura corresponde a la especie propuesta (Aloe barbadensis miller). [11]

Se realizó una identificación de la estructura de la planta por medio de microscopía diferencial de barrido y microscopia óptica utilizando técnicas de contraste de fase, transiluminación y polarización.

La cutícula es una sustancia grasa que se ubica sobre la superficie exterior de las células de la epidermis y limita la transpiración de la planta. En las figuraS 19 y 20 se puede observar su localización ya que presenta una coloración morada gracias a la reacción con el colorante azul de toluidina usado para poder identificarla.

Figura 19. Corte trasversal de la corteza Figura 20. Corte transversal del extremo de la hoja

tomado con microscopio óptico tomado con microscopio óptico

La epidermis es un grupo de células que forman una capa continua sobre la superficie de la planta y junto con la cutícula son las encargadas de ofrecer la resistencia mecánica y limitar los procesos de transpiración y aireación de las hojas. En las figuras 21 y 22 se puede observar la superficie de la hoja así como su distribución celular.

Figura 21. Corteza de la hoja tomada con Figura 22. Corteza de la hoja tomada con

microscopio óptico. microscopio electrónico de barrido.

Los estomas son aberturas en la epidermis a través de las cuales se produce el intercambio gaseoso de la planta con el medio. Están rodeados por dos células oclusivas las cuales se encargan de controlar su grado de apertura dependiendo de las condiciones del medio. En la figura 23 se observa el corte transversal de una de estas estructuras y en la figura 24 se pueden identificar las células oclusivas desde una vista superior.

Figura 23. Corte transversal de un estoma Figura 24. Estoma de la hoja tomado con

tomado con microscopio óptico. microscopio electrónico de barrido.

El parénquima constituye el tejido fundamental de la planta, ya que es en esta zona donde se desarrollan los procesos de fotosíntesis, almacenamiento de sustancias, cicatrización y regeneración de las heridas. Las células parenquimáticas conforman las estructuras encargadas del flujo y distribución de los fluidos dentro de la hoja (xilema y floema). En la figura 25 se identifica todo el parénquima fotosintetizador por su coloración verde y se puede apreciar que constituye una capa intermedia entre la epidermis y la médula (filete) de la hoja, en la figura 26 se observan los cloroplastos, organelos directamente relacionados con la clorofila.

Figura 25. Corte trasversal de la hoja tomado Figura 26. Corte transversal del parénquima

con microscopio óptico. tomado con microscopio óptico.

Los haces vasculares constituyen una parte de gran importancia del parénquima ya que estos son los encargados de distribuir los nutrientes a lo largo de la planta (xilema y floema). La forma en que estos haces se encuentran distribuidos es característica del tipo de planta al que pertenecen. En la figura 27 se observa que la región en el cual se encuentran ubicados estos conductos es la interfase entre el parénquima fotosintético y el parénquima de reserva, en la figura 28 es posible diferenciar el xilema (cavidades grandes) y el floema (cavidades pequeñas),

además de su distribución (el floema rodea el xilema) la cual es propia de plantas monocotiledóneas.

Figura 27. Corte transversal de la zona donde se Figura 28. Corte transversal del xilema y

ubican los haces vasculares tomado con floema tomado con microscopio microscopio óptico. electrónico de barrido.

En esta región se encuentra la mayor concentración de glicósidos antraquinónicos como la aloína, aunque ésta se encuentra presente en todas las células tanto del parénquima fotosintético como de reserva.

El parénquima de reserva, mejor conocido como filete o cristal, constituye la región en la cual se ubican las reservas de nutrientes de la planta, es allí donde se encuentra en altas concentraciones polisacáridos como el acemanano y diferentes minerales. Estas células son de mayor tamaño que las del parénquima fotosintetizador, carecen de cloroplastos y no poseen una alta resistencia mecánica. En la figuras 29 y 30 se observan células con distintas coloraciones debido al tipo de colorante utilizado (azul de toluidina y Lugol respectivamente) donde se alcanzan a diferenciar los núcleos de las células.

Figura 29. Corte transversal del filete coloreado Figura 30. Corte transversal del filete coloreado

con azul de toluidina y tomado con microscopio con lugol y tomado con microscopio óptico.

óptico.

Ya que las plantas depositan en sus tejidos la mayoría del material inorgánico, es posible encontrar con frecuencia sales de calcio y anhídridos silícicos. Una de las sales de calcio más frecuentes es el oxalato de calcio, que puede presentarse tanto en forma de sales de dos o tres moléculas como en formas cristalinas (octaedros y hexaedros). Estos cristales son denominados arena cristalina y pueden aparecer unidos formando estructuras compuestas. En las figuras 31 y 32 se observa una de éstas llamadas ráfides, que se caracteriza por ser cristales alargados que se encuentran agrupados en haces.

Figura 31. Cristales de oxalato de calcio tomados Figura 32. Cristales de oxalato de calcio

con microscopio de óptico polarización tomados con microscopio electrónico de barrido.

Este estudio es el primero que se realiza en cuanto a la caracterización estructural a nivel microscópico de la planta de sábila colombiana.

Con ayuda del microscopio electrónico de barrido se determinó la presencia de metales en las diferentes partes de la hoja obteniéndose como resultado los datos reportados en la tabla 10.

Tabla 10. Porcentajes en peso en base húmeda de los principales minerales del

Aloe vera

% Mg % K % Ca

Corteza 0,03 0,74 0,32

Interfase 0,61 3,31 2,30

Gel 0,29 0,46 0,43

Se observa que la mayor concentración de minerales se encuentra en la interfase del parénquima de fotosíntesis y el parénquima de reserva, zona en la cual se encuentran ubicados los haces vasculares, que como se mencionó con anterioridad conducen los nutrientes de la planta, por tanto este resultado esta de acuerdo con lo esperado, dando a esta zona una importancia particular para su aprovechamiento dentro de la formulación de la bebida

Finalmente se llevó a cabo un análisis proximal al gel del cual se obtuvieron los datos reportados en la tabla 11.

Tabla 11. Análisis proximal del gel en base seca % Grasa 2,26 Proteína 1,50 Fibra 3,01 Carbohidratos 81,77 Cenizas 11,46

3.2.2 Selección de la materia prima

En esta etapa se determinó que las plantas deben tener aproximadamente dos años edad y haber sido cultivadas en suelos con buena humedad para que sus hojas sean aptas para el proceso y su gel no tenga un sabor amargo, entre sus características se debe tener en cuenta que tengan entre 40 y 60 cm de largo, de 2 a 4 cm de espesor, no deben tener hongos, ni presentar magulladuras o lesiones ya que en estos puntos se degrada el gel con mayor facilidad.

Para llevar a cabo esta etapa se realizó una caracterización preliminar de la hoja de sábila en la cual se pretendió establecer las cantidades aproximadas de cada una de sus partes principales como se muestra en la tabla 12 donde se reporta el porcentaje en peso de la corteza, gel y savia.

Tabla 12. Caracterización de la hoja de Aloe vera

Parte de la hoja %p/p

Corteza 40,68 Gel 56,50

De mediciones adicionales se pudo determinar que la cantidad de savia que logra ser drenada de la hoja por gravedad equivale al 2.26% del total dentro de la hoja.

3.2.3 Despencado

Mediante una caracterización hecha sobre el total de la planta se determinaron los porcentajes promedios de hojas aptas, hojas no aptas y raíz, según las condiciones con que se encuentran en el comercio, los resultados se muestran en la tabla 13.

Tabla 13. Caracterización de la planta de Aloe vera

Parte de la planta %p/p Hojas aptas 85,21 Hojas no aptas 12,78 Raíz 2,01

En esta etapa se compararon tres formas de corte longitudinal entre las cuales se hizo variar el número de incisiones hechas en la parte blanca de la hoja, también se realizaron tres cortes transversales, entre los cuales se modificó la distancia desde el final de la coloración verde de la hoja.

Se determinó, como se muestra en la tabla 14, que la forma más adecuada para retirar las hojas de la mata es realizar un corte longitudinal en la parte blanca con el fin de poder retirar la hoja del resto de la planta, seguido de un corte transversal a 2 cm, permitiendo que gran parte de la savia amarilla sea drenada.

Tabla 14. Volumen de savia drenada dependiendo de la forma del corte

Corte Característica Resultado (ml savia/kg hoja)

1 corte 0,15 2 cortes 0,22 Longitudinal 3 cortes 0,29 1 cm Cristal expuesto 2 cm 0,66 Transversal 3 cm 0,37 3.2.4 Lavado

En la etapa de lavado se compararon varias alternativas que fueron remojo, cepillado y aspersión. La tabla 15 muestra los resultados para cada técnica de lavado.

Tabla 15. Comparación de técnicas de lavado

Técnica de lavado Agua de lavado utilizada (l/kg hojas) Suciedad removida (g suciedad/kg hojas) Tiempo de operación (min/kg hoja) Efectividad (g suciedad retirada/l min) Remojo 1,15 22 40 0,48

Remojo con agitación 1,15 41 25 1,43

Cepillado 1,15 153 8 16,63

Aspersión 3,06 74 0,5 48,37

Se puede observar que la mejor opción es la aspersión, sin embargo se decidió trabajar con el cepillado ya que el número de hojas a procesar era bajo y además existe una capa de suciedad sobre la corteza que no es posible quitarla sin someterla a fricción, esta técnica permite retirar gran cantidad de impurezas

usando el mismo volumen de agua de los métodos anteriores, lo que mejora las condiciones sanitarias de la hoja y hace que en la etapa de desinfección, sea posible usar bajas concentraciones de desinfectante y finalmente obtener un recuento microbiológico más bajo.

3.2.5 Desinfección

Los resultados de las pruebas microbiológicas son reportados en la tabla 16.

Tabla 16. Recuentos microbiológicos en el proceso de desinfección

Producto Concentración Recuento de mohos y levaduras (ufc/cm2)

Recuento de bacterias (ufc/cm2)

Hoja sin lavado - 34000 25000

Hoja lavada - 6200 400 Hojas desinfectadas 150 ppm 72 23 200 ppm 8 12 TIMSEN 300 ppm 26 2 100 ppm 0 0 200 ppm 0 17 Hipoclorito de sodio 400 ppm 0 0

Del análisis de los resultados se puede determinar que la mejor opción de desinfección es el hipoclorito de sodio a 100 ppm ya que presenta los menores recuentos microbiológicos y es el más económico.

3.2.6 Escaldado

De las pruebas realizadas en esta etapa se obtuvieron los resultados que se muestran en la tabla 17.

Tabla 17. Resultados obtenidos en la etapa de escaldado

Método de escaldado Condiciones de operación Degradación del color

- Ambiente 2 Semanas

Vapor P = 20 psi t = 6 min 2 Semanas

En agua sin corte Tagua = 80°C t = 5 min 6 Semanas

En agua con corte Tagua = 80°C t = 5 min 3 Semanas

Se determinó que la cantidad de aloínas presentes en el agua de escaldado representa el 0.1% del total presente en la hoja, por tanto no influye de manera significativa en el proceso.

A partir de estos datos es posible concluir que los mejores resultados se obtuvieron al escaldar en agua sin cortar la hoja.

3.2.7 Procesos de extracción del gel de Aloe vera

Para la extracción del gel se planteó un método de extracción por rodillos que no requiere el retiro de los bordes de la hoja buscando aprovechar el material ubicado cerca a los haces vasculares, en esta etapa solo se realizaron cortes a lo largo de la hoja buscando que el gel pudiera salir fácilmente al pasar por el equipo de rodillos, el cual permitió extraer casi la totalidad del gel como se evidencia en la tabla 18, sobrepasando la cantidad obtenida por el fileteado a mano y en un tiempo aproximadamente diez veces inferior, ya que por este método manual solo se logra extraer el 71.2 % del total de gel en la hoja en un tiempo cercano a 70 minutos. El equipo utilizado para este procedimiento fue un intercambiador de calor provisto de rodillos para deshidratación, el cual fue adaptado para que fuese aplicable al proceso.

Tabla 18. Rendimientos del proceso de extracción % Gel extraido Velocidad Revoluciones (rpm)

Apertura 1,1 mm Apertura 1,4 mm Apertura 1,7 mm

2 3,16 97,03 96,62 93,56

4 8,57 96,8 96,41 93,54 6 12,00 96,2 96,51 93,45 8 17,14 97,01 96,64 93,6

Rendimiento (kg gel extraido/min) Velocidad Revoluciones (rpm)

Apertura 1,1 mm Apertura 1,4 mm Apertura 1,7 mm

2 3,16 0,077 0,110 0,108

4 8,57 0,072 0,108 0,103

6 12,00 0,070 0,105 0,080 8 17,14 0,070 0,101 0,063

Tiempo de operación (min/kg hoja) Velocidad Revoluciones (rpm)

Apertura 1,1 mm Apertura 1,4 mm Apertura 1,7 mm

2 3,16 12,56 8,78 8,7 4 8,57 13,41 8,96 9,12 6 12,00 13,84 9,17 11,72 8 17,14 13,92 9,53 14,84

Los ensayos realizados permitieron identificar, como indican las gráficas 1 y 2, que las mejores condiciones para llevar a cabo el proceso de extracción son usando el equipo de rodillos con una apertura de 1.4 mm y una velocidad de 3.16 rpm correspondiente a la velocidad número dos de éste.