Efecto de la configuraci6n del tornillo del extrusor sobre la temperatura final y las caracteristicas fisicas y quimicas de la soya integral C Proyecto especial presentado como requisito parcial para optar a1 titulo de Ingeniero Agr6nomo en el Grado Acaddmico de Licenciatura. 3 0 1 1 1 3 presentado por BelCn Prado Ldpez FECHA : Zamorano, Honduras Diciembre, I 999 El autor concede a Zamorano permiso para reproducir y distribuir copias de este trabajo para fines educativos. Para otras personas fisicas o juridicas se reservan 10s derechos de autor. Zamorano, Honduras Diciembre, 1 999 DEDICATORIA A Jeds, el Cnico que conoce mis metas y le da sentido a mi vida. A m i s padres y mi abuelita, quienes con dedicaciun han mantenido su familia unida. A mi f d a querida. A mis tias Maria hes, Marta y Gloria. AGRADECIMIENTOS Agradezco a todas las personas que hicieron posible la elaboraci6n de este documento. A Jesris por ser mi amigo y permitirme realizar este trabajo. A mi asesor Francisco Bueso por darme la oportunidad de aprende~ de extmsibn, por el tiempo que me dedic6 y por pensar en lo que me convenia. , A la Lic. Gladys Fukuda por guianne pacientemente, por sus correcciones y por su papel en el cambio de tesis. A la Dra. Claudia Garcia por ser entusiasta, activa, comprensiva y muy entregada a la gente y a su trabajo. Al Lic. Berlioz por estar dispuesto siempre a ayudarme. Al Ing. Asterio Diaz por el tiempo brindado y sus buenas ideas. Al Ing. Luis CaSias por ensefiarme paciente e incondicionalrnente. A mi mami y papi por sus consejos y amor. A mi abuelita por estar siempre presente. A Victor y Lidia por su creatividad e ingenio. NO se imaginan cdmo me han ayudado! A Verbnica, Daniel, Beatrk, Flavia, Gisela, Hazel, Andrea y M6nica por brindarme su amistad y carifio. Al Ing. Joost Teuben, Varinia Garcia, David Landa, E-fi-ah Banegas, Marvin Ftinez, I v h Maradiaga, por su colaboraci6n. A1 personal de CITESGRAN, Proyecto de Investigaci6n del Frijol y Maquinaria Agricola por su ayuda desinteresada. A las personas que me han brindado su amistad en Zamorano y especialmente a1 grupo PIA-Tecnologia de Alimentos. AGRADECIMJENTO A PATROCINADORES Al Programa INTSORMIL (Programa Internacional de Mejorarniento de Sorgo y Mijo), a1 Ministerio de Agricultura de Honduras y a1 Fondo de Monitores de Zamorano por la ayuda econ6mica brindada para realizar mis estudios del Programa de Ingenieria Agronbmica. A la DSE (Bundaci6n Alemana para el Desarrollo Internacional) por la ayuda econ6mica para realizar mis estudios del Programa Agr6nomo. RESUMEN Prado, Belea 1999. Efecto de la Configuraci6n del Tornillo del Extrusor sobre la Temperatura Final y las Caracteristicas Fisicas y Quimicas de la Soya Integral. Proyecto Especial del Programa de Ingeniero Agr6nom0, Zamorano, Honduras. 64p. La soya es una leguminosa demandada por sus propiedades medicinales, funcionales y nutricionales. Requiere un 6ptimo proceso de cocci6n para destruir factores antinutricionales como inhibidores de tripsina, lectinas, alergenos y lipoxigenasa. El objetivo de este trabajo fue obtener un extruido de soya integral comercializable con caracteristicas Bsicas y quimicas aceptables. Se utiliz6 un e m o r que generd altas temperaturas de cocci6n del fiijol soya. El tornillo del extrusor se configur6 con anillos de fiicci6n que restringian el paso de la soya. Se evalwon tres dihetros de anillos de ~ c c i 6 n (92192192192, 89192192192 y 89189/92/92 mm). La temperatura del proceso no fue diferente (P>0.05) entre tratamiento s. To do s lo s tratamiento s disminuyeron 10s inhiiidores de tripsina, la actividad ureAsica y la solubilidad de nitr6geno de la soya cruda a niveles aceptables quimicamente. Debido al error experimental, el modelo estadistico no explic6 las diferencias en las caracteristicas fkicas del extruido. Se concluye que 10s tratamientos produjeron una soya integral comercializable con caracteristicas quimicas aceptables. Se recomienda incrementar el volumen de materia prima por tanda de extrusi6n y comprar soya de alta calidad a menor precio. Se debe instalar la bomba de agua en el extrusor para mayor control de la temperatura del proceso. Palabras claves: extrusi6q anillo de fkicci6q &'bidores de tripsina, actividad uregsica, indice de solubilidad de nitr6geno. Nota de Prensa iESTAMOS DISPUESTOS A APROVECHAR LA SOYA? La soya es un aliment0 muy nutritive, porque combinada con el maiz y otros cereales, provee la proteina y energia necesarias para el desarrollo humano y animal. Su aceite es insaturado y contiene isoflavinas que previenen y tratan enfermedades cr6nicas como el chcer o que afectan el coraz6n, 10s huesos y 10s rifiones. Tiene algunos factores daiiinos para la digesti6n cuando no se cocina adecuadamente. Zarnorano ahora cuenta con un extrusor que es especifico para obtener m a soya cocida de alto valor nutricional. Por ello, este aiio se empez6 a probar de quC manera se logra la temperatura y el tiempo 6ptimo para cocer la soya. El extrusor es una m8quina con un tornillo seccionado que bajo presi6n transports, muele y cocina la soya. En la Planta de Procesamiento de Granos de Zarnorano se evalu6 la disposici6n y tamafio de las secciones que conforman el tornillo del extrusor para eliminar 10s compuestos que afectan la digesti6n. La harina de soya cocida con el extrusor se present6 a 10s avicultores y porcicultores vecinos de Zarnorano. Ellos se mostraron muy interesados en adquirirla. Zamorano podria asesorar a 10s productores que deseen utilizar esta tecnologia para obtener un concentrado con ingredientes de mayor calidad. Una de las mayores limitantes de extruir soya es que en Honduras se produce poca cantidad de grano. Es posible que 10s agricultores incrementen su producci6n si obtienen buenos precios por la misma. Caso contrario, se podria importar mientras 10s precios internacionales de la soya sigan bajos. De todas maneras, la soya extruida sigue siendo costosa para alimentar a 10s animales ya que existen sustitutos m8s baratos. En Honduras la aceptaci6n de la soya para alimentaci6n hurnana se debe a que se ha incentivado su consumo mediante proyectos respaldados por Organizaciones No Gubernamentales y el Ministerio de Agricultura de Honduras desde 1972. Pr6ximamente, Zarnorano profundizar8' m8s en la extrusi6n de soya integral y desarrollarh recetas que gusten a 10s consurnidores y tengan un alto valor nutricional. El consurnidor es el que debe decir si est8 dispuesto a incluir la soya en su dieta. Portaddla ............................................................................. ................................................................................ Autoria .................................................................. Pagina de firmas .......................................................................... Dedicatoria Agradecimientos .......................................................... --- ...... .................... ............ Agradecimientos a patrocinadores ........ Resumen ............. .. ............................................................ Nota de prensa ..................... .. ......................................... ............................................................................ Contenido Indice de Cuadros ................ .. ............................................ Indice de Anexos .............................................................. INTRODUCCION ....................... ... .............................. ............................................................ GENERALIDADES HlPOTESIS ........................................................................ .............................. LIMITACIONES DEL ESTUDIO ... .. ........................................ REVISION DE LITERATURA ......................... ASPECTOS GENERALES DE LA SOYA .................................................................. Estructura fisica . - ? I . ..................................... Composic~on qumca ............. .. .. , ............................................................................ Humedad ............................................................................... Prot eina Carbohidratos ................................... ..... ............................ ............................................................................ Minerales ............................................... .......................... Fibra .... Vitaminas ............................................................................ Factores antinutricionales de la soya .................................... ........... ........................................... Inhibidores de tripsina .. .................................................................. Hemaglutininas Goitr6genos ...................................................................... . . ................................................................................... Fitma ....................................................................... Lip oxigenasa Alergenos ................................. , ....... .. ........................ Saponinas ............................................................................ Produtos de la reacci6n Maillard ..................... . . ........... .............. Propiedades nutraceuticas ... ................................. 1 . . ll ... I l l iv v vi vii ... vlll ix ... XU1 xiv ...................................................................... EXTRUSION Historia ........................ ...... .............................................. ........................... El extrusor INSTA-PRO 6 0 0 M ....... ...... ...................................................... Funciones del extrusor .................................. EXTRUJD 0 DE SOYA INTEGRAL ............................................................. Extrusion de la soya . 7 Categorias de extrusion ..................................................... . Proceso 1 ...................... ... ................................................ Proceso 2 ............................................................................ Proceso 3 .............................. .. .......................................... ................... .......... EFECTO DE LA EXTRUSION ....... .................................. Aspectos quimicos -- ........................... Efecto en la proteina ........... .. ............................................. .................................................. Efecto en 10s carbohidratos Efecto en 10s lipidos ................ ... ...................................... .................................... Efecto en 10s minerales y vitaminas UTILIZACION DEL EXTRUIDO DE SOYA INTEGRAL ............................................................ Aliment acion animal .......................................... ............................ Aves .. .... --- --- .. Cerdos ...................... .... ................................................... ................................................................................... Peces .......................... .............................. Rumiantes .. ., .............. ., ........................................................ Alimentac~on humana -- . CALIDAD DEL EXTRUIDO ............................................. ........ Inhibidores quimicos de la calidad del extruido de soya . . hlxbidores de tripsina .......................................................... .......................................... Prueba de ureasa ................ .... ...................................... Indice de solubilidad de nitrogen~ ....................... ........ ............ Lisina disponible ..... .-.-. ........... Indicadores fisicos de la calidad del extruido de soya Color. olor y sabor .............................................................. ..................................................... D ensidad aparente ................................................................... EL MERCADO ....... Investigation de mercado para la planeaci6n estratigica . . ., ..................................................... Precomerc~ahacion ... .. ........................................................................ Crecimient o ............................................................................ Madurez . . . ......................................................................... Declmacion - 7 ............................ ............... S egmentacion del mercado .. .................................................. Estimaci6n de la demanda ........................................................... La demanda actual .......................................... Pronbstico de la demanda futura . 7 ........................................................ Canales de distribuc~on ........................................................... .......... Transporte ... ........................................... ..................... Almacenamiento --- . . ............................................................... Fljacion de precios ........................ ......................... Mercado actual de la soya .-- ......................................... MATERIALES Y METODOS ...................................................................... UBICACION ............................................................................. EQUlPO ..................................... Extrusor INSTA-PRO 600JR@ ...... .................................................... Secadora-enfriadora . ... MATERLALES ................................................................... ......................................... D I S E ~ ~ O DEL EXPERlMENTO ............................................................ Montaje del extrusor ., ...................................................... Operation del extrusor ...................................... .................... Disefio experimental .-- ................................................ TRATAMIENT 0 S .. ............ Configuracion del t o r d o .................................................... ............................................................................ Muestreo ..................................................... VARIABLES A MEDlR ........................................ Variables fisicas .-.-. ....................... Temperatura .......... .. ................ .. ...................................... Densidad aparente .......................................................... ..................................................................... Granulometria .............................................................. Variables quimicas .................................................. Materia seca .................... : Proteina cruda ................................................................... Extracto libre de nitr6geno (ELN) ..................................... .. ................................................................................. Grasa., ......................................................................... Fibra cruda Ceniza .......................... .... ............................................. . . . . Itdubidores de tnpsma ...................................................... ............................................................... Actividad uregsica ........................................ Indice de solubilidad de nitrogen0 .......................................................... Variables econ6micas Costos totales .................................................................. .... ........................ Ingreso bruto ...... ................................... ........................... .............................. Ingreso net0 .... .. .... ..................................................... Relacion beneficio-costo ........................ Cantidad minima de equilibrio ... ................ ................................................................... EL MERCADO ................................................ ANALISIS ESTADISTICO ....................................... RESULTADOS Y DISCUSION CALIDAD DEL GRANO .................... .. ........................... ....................................................... VARIABLES FISICAS .................... ....... ..................... Pr-ebas cuantitativas .-. ..-... ................................... ..................... ........... Temp eratura -- --- ............................................................... Densidad aparente Granulometria antes de agtacion ......................................... ..................................... @mulometria despues de agitacibn .................................................. VARIABLES QUIMICAS . . ......................... ...... ....*.....................* Anasis proximal -.-. .-- ......................................... .......................... Materia seca .---. ............................................................................. Proteins.. .................................................................... Carbohidratos Extracto etereo .................................................................... Fibra cruda ...................................................................... ........................................... ................................... Ceniza ... Grado de tratamientos tennico ........................................... . . Inhibidores de tnpsma ......................................................... ............................................................. Actividad ureiisica ........................................ Indice de solubilidad de nitrogen~ ............................................ VARIABLES ECONOMICAS ................................................ Estimation de la rentabilidad Mercado potencial en estudio: productores de aves y cerdos ............................................................ Productos sustitutos ............................................................. CONCLUSIONES ............................................................................ ANEXOS INDICE DE CUADROS Cuadro 1. Composici6n de aminoacidos esenciales en la soya ........................ 5 2. Correlacibn entre la actividad ureasica e inhibidores de tripsina en la harina de soya desgrasada ......... ...... ............................................ 17 3. Configuracibn del tornillo: dihetros de 10s anillos de fiiccibn en secuencla.. ....................................................................................... 26 4. Temperatura de extrusi6n y densidad aparente de la soya cruda y de la extruida .................................................................................. 3 2 5. Distribucibn porcentual del tamaiio de particula de la soya extruida -, antes de la agitac~on ....................................................................... 33 6. Distribuci6n porcentual del tarnaiio de particula de la soya extruida ., despuks de la agitation ................................ .... ......................... 33 7. Composici6n quimica de la soya cruda y del extruido de soya inte- gral ................................................................................................. 3 5 8. Efecto de la configuraci6n del tornillo en la reducci6n de 10s facto- res antinutricionales presentes en la soya cruda .............................. 3 6 9. Producci6n maxima del INSTA-PRO 600JR seghn el tiempo diario de fincionarniento ........................................................................... 37 10. Estado de resultados proyectado de la producci6n de 522.63 TMfaEo de soya extruida de acuerdo a la duraci6n de la tanda ...................... 37 11. Irnpacto de 10s precios de la soya cruda en la utilidad de la produc- ci6n continua de extruido de soya integral (1567.88 TMlaiio) ($US) 3 8 INDICE DE ANEXOS Anexo 1. Glosario de terminos asociados a la estructura del extrusor .............. 2. Requisitos de la harina de soya integral - Departamento de Agricul- ................................................................... tura de Estados Unidos ............................... 3 . Estructura del extrusor INSTA-PRO 600JR8 ................. 4. Modelo de registro de costos para la planta de extrusi6n 5. Modelo de la encuesta a avicultores y porcicultores ................... .... 6. Anasis de varianza de las variables fisicas y quimicas del extruido ............................................................................. de soya integral Encontrar un aliment0 que provea economicamente 40% de proteina balanceada y 20% de aceite insaturado es inusual y finico. La soya es un fiijol que tiene estas caracteristicas; por lo cual, actualmente se combina con cereales para suplementar la proteina y en algunos casos la energia de sectores con menor poder adquisitivo. Incluso aquellos con mayores ingresos han incrementado su consumo de soya porque esta tiene propiedades nutrac6uticas que reducen las enfermedades como chcer, osteoporosis y 10s niveles de colesterol. La soya es atractiva para la industria de alimentos por la fkncionalidad de su proteina. A pesar de todas sus ventajas nutricionales y funcionales, la soya requiere un 6ptimo proceso de coccion para destruir 10s factores antinutricionales como inhibidores de tripsina, lectinas, estrhgenos y saponinas; ademas de evitar la degradaci6n de las grasas, optimizar la digestibilidad, y asegurar su funcionalidad como ingrediente. El grano cocido se utiliza a nivel industrial, tanto para consumo animal como humano. Los productos derivados de soya mas utilizados son la harina y la semola desgrasada, la harina extruida de soya integral, la harina y semola prensada baja en grasa, el concentrado y aislado de proteina y la soya texturizada. Estos productos se combinan con otros ingredientes para obtener alimentos fortificado s. La harina de soya integral se puede obtener a1 hervir, cocinar con vapor bajo presidn, cocinar con radiaci6n infiarroja, tostar o extruir la soya (Cheong Yock Loon, 1997). El exiruido de soya entera tiene mayor valor nutritivo que el product0 de otros metodos de coccibn, siempre y cuando las condiciones de temperatura y tiempo de cocci611 Sean adecuadas. En el extrusor, la soya es transportada por un tornillo dentro de un barril, en donde se somete a alta presibn, en una atm6sfera libre de oxigeno. En estas condiciones, el contenido de energia, proteina y vitaminas es levemente alterado; las enzimas y 10s factores antinutricionales se inactivan; la digestibilidad aumenta; 10s microorganismos se destruyen; y la humedad de la soya es removida parcialmente. La optimizaci6n de un extruido de soya es el inicio de trabajos con extrusi6n que se realizarhn en Zamorano. Dado que las temperaturas de cocci6n en un extrusor dependen de mfiltiples variables, en este trabajo se ha probado el efecto del cambio de la configuraci6n del tornillo del extrusor en la coccion de la soya, lo que redunda en el vaAor nutritional y las caracteristicas fisicas del extruido. La harina de soya integral extruida tiene un gran potencial de consumo en Honduras. Los avicultores y porcicultores podrian utilizarla como suplemento proteico y energ6tico de sus raciones. Para el consumidor detallista, especialmente en las regiones que han recibido informaci6n acerca de las propiedades nutricionales de esta oleaginosa, la soya se podria utilizar para elaborar la leche de soya que es muy apetecida por 10s consumidores. Para Zamorano, la extrusi6n de soya puede contribuir a1 desarrollo de productos en la linea de alimentos nutricionales. La soya extruida puede ser un campo atractivo de inversi6n porque su comercializacibn puede generar alta rentabilidad. El objetivo principal de este trabajo es obtener por extrusi6n una harina de soya integral con caracteristicas quimicas y fisicas aceptables. Para ello, se debe determinar la c0~gurac i6n del extrusor que produzca una soya integral extruida comercializable, evaluar el valor nutritional del extruido de soya, evaluar las caracteristicas fisicas del producto extruido, indicar 10s mercados potenciales de la soya integral producida en la planta de extrusi6n de Zamorano y establecer el costo de la extrusidn del grano de soya entera en Zamorano. Los resultados obtenidos en este estudio semirh para que en trabajos futuros Zamorano pueda incursionar en la linea de alimentos altamente nutritivos derivados de soya, con un efecto positivo en la nutrici6n humana y animal de la zona. Por otro lado, se incrementark la investigaci6n en el kea de utilizaci6n de granos bksicos mediante el uso adecuado del extrusor disponible en Zamorano. 1.2 HIPOTESIS Hip6tesis nula: Ninguna configuraci6n del tornillo del extrusor altera significativamente el grado de cocci6n de la soya entera o las caracteristicas quimicas y fisicas de la soya extruida; por lo cual no incide en el valor comercial del producto. Hip6tesis alternativa: A1 menos una configuraci6n del tornillo del extrusor optimiza el grado de cocci6n de la soya entera para obtener caracteristicas quimicas y fisicas de la soya extruida atractivas comercialmente. 1.3 LIMITACIONES DEL ESTUDIO Los factores que condicionaron este estudio y que pudieron afectar 10s resultados son 10s siguientes: a Las cantidades de grano de soya eran limitadas, por lo cual se realizaron s610 dos repeticiones por cada tratamiento. . La demanda potencial de productos derivados del extruido de soya integral no pudo ser totalmente determinada debido a la escasez de recursos econ6micos y tiempo. 2. REVISION DE LITERATURA 2.1 ASPECTOS GENERALES DE LA SOYA La soya, Glicine nzax L., Menill, es la legurninosa de grano mas importante por su producci6n total e intercambio intemacional (Rosas, 1998). Estados Unidos es el mayor productor seguido de Brasil, China, Argentina e India. La soya es originaria del este asiktico. Se domestic6 en el Siglo XI A.C. y se dispers6 por el Sur de China, Corea, Jap6n (Rosas, 1998). En China era recomendada como medicina y como sustituyente de la proteina de la came (Smith y Circle, 1972). En Europa se conocia desde 1712, per0 su dispersi6n no fbe exitosa (Rosas, 1998). La soya se empez6 a comercializar en Estados Unidos alrededor de 1920, cuando se incentiv6 la produccion mediante la construction de plantas extractoras de aceite (Smith y Circle, 1972). Tsao Chen (1997) menciona que las formas occidentales de procesamiento han sido muy diferentes a las orientales. La industria de extraction de aceite inicialmente utilizaba prensas hidraulicas y de tornillo; en 1934, se introdujo la ext-raccion con solventes que eventualmente ha desplazado la extracci6n mecanica en paises desarrollados. La torta de soya desgrasada, subproducto de la industria aceitera, fbe utilizada para la alimentaci6n de pollos y cerdos por su alto valor proteico. La proteina de la soya se aisl6. Posteriormente, con la extrusi6n se texturiz6 la harina de soya para elaborar anklogos de carne. En 1980 se desarrollaron 10s concentrados de proteina (Tsao Chen, 1997). La produccion de soya en Honduras se inici6 en 1972. Se desarrollaron variedades adaptadas a las condiciones imperantes en Olancho, El Paraiso y Comayagua. Rosas (1998) expresa que la soya no ha tenido kxito porque 10s productores no recibieron incentives. Actualmente la utilizaci6n de la soya esta relacionada a programas de desarrollo. 2.1.1 Estructura fisica El grano de soya es esfkrico y de tamafio variable. El cultivar y la condiciones de crecimiento afectan la composici6n quimica y las caracteristicas fisicas del grano (Smith y Circle, 1972). El grano es dicotiled6neo y consta de 8% de testa, 90% de cotiledones y 2% de germen. La testa o corteza puede ser amasilla, nega, verde, cafe o bicolor se@n el cultivar. La corteza tiene un complejo de dlulas en empalizada -responsables de la imbibicibn de agua- y celulas del parenquima. Cuando el frijol soya es expuesto al calor y condiciones secas durante su maduracidn, se obstruyen las c6lulas en empalizada evitando la imbibicibn de agua y el frijol no germina o no se cocina adecuadamente (Wijeratne, 1995). Este fenbmeno se conoce como endurecimiento del gano. La soya contiene bajas cantidades de almidbn. De hecho, la coccidn ablanda el grano porque destruye 10s enlaces del acido pectic0 que se encuentra intercelularrnente. Las paredes celulares e s th formadas de celulosa, hemicelulosa y lignina. Los cotiledones contienen cuerpos de lipidos adheridos a cuerpos de proteina o paredes celulares. Los cuerpos de proteina miden de 2 a 20 micrones y 10s de lipidos, 0.05 a 0.5 micrones de dihetro (Wijeratne, 1995). 2.1.2 Composici6n quimica A continuaci6n se presentan las caracteristicas quimicas de la soya en sus valores promedio. 2.1.2.1 Humedad. La humedad es una caracteristica importante para determinar la . energia necesaria para secar y almacenar, o para evitar la ruptura del frijol al manejarse. Tanto el alto como el bajo contenido de humedad aceleran la oxidacidn de las grasas. La humedad bptima de almacenamiento es de 12% (Wijeratne, 1995). Cheong Yock Loon (1997) afirma que el procesamiento de la soya a 9-10% de humedad favorece la oxidacibn y a 12% favorece la rancidez hidrolitica. Por ello, 61 recomienda utilizar antioxidantes (como etoxiquina, BHA y BHT), antimohos y antibacterias. 2.1.2-2 Proteina. La soya contiene 40% de proteina en base seca aunque varia segiin el cultivar y el ambiente (Wijeratne, 1995). La mayor parte de las proteinas son globulinas, las cuales mediante centrifugacibn se separan en cuatro fiacciones designadas como 2s, 7s, 11s y 15s (s = Svedberg, constante de sedimentation de las fkacciones a 20 "C). La fiaccibn 2s est6 constituida por inhibidores tripticos y el citocromo-c, que conforman el 20% del total de la proteina. La fiaccion 2s se denaturaliza a 100 "C con alta humedad y la proteina se precipita. La fraccibn 7s esta constituida por hemaglutininas, lipoxigenasas, beta-arnilasas y globulinas 7s. Las globulinas 7s son tres subunidades que se dimerizan en un medio acuoso con baja actividad idnica. Las globulinas 1 1s son dos trimeros que tienen tres cadenas de polipeptidos acidos y tres de polipeptidos basicos. Las cadenas de polipeptidos e s t h unidas por enlaces disulfuro y de hidr6geno que son rotos por acidos fuertes, bases fbertes y calor (Wijeratne, 1995). La 15s es un polimero de globulinas llamadas glicininas que tienen enlaces de hidrbgeno y disulfuro (FAO, 1992). La proteina de la soya tiene diversas propiedades kncionales en 10s alimentos, como ser: Retener y absorber agua. Espesar. Imitar las caracteristicas de la carne. Adherirse, cohesionarse y proporcionar elasticidad. Absorber grasa y emulsificar. Formar espuma. Controlar el color del aliment0 cocido. Cuando la proteina se torna levemente insoluble, estas propiedades funcionales se pierden (Tsao Chen, 1997). El valor nutricional de la proteina depende tanto de la digestibilidad como de la cantidad y distribucicin de aminoacidos. Los aminoacidos son las unidades que constituyen las proteinas. La carencia de ciertos aminodcidos afecta la salud del individuo porque no puede sintetizar todos 10s aminoacidos; por esto se les llama esenciales. Lin y Kung (1997) mencionan que el 47% de la proteina cruda de la soya esta constituida por aminoacidos esenciales, En el grupo de 10s esenciales, de acuerdo a1 patrbn de requerimientos nuticionales para humanos de la FA0 (Cuadro I), la metionina es el aminoacido mds limitante de la soya. Por otro lado, la soya provee suficiente lisina, triptofano y treonina para suplir las deficiencias de las dietas de bajo costo basadas en cereales, que comhnmente predominan en paises en desarrollo (Wijeratne, 1995). Cuadro 1. Composicibn de aminoacidos esenciales en la soya (g/16g N). Aminoicidos esenciales Isoleucina 2.1.2.3 Lipidos. La soya contiene 20% de lipidos en base seca (el porcentaje varia seghn el cultivar y ambiente). El 96% de 10s lipidos son trigliceridos, que en un 80% e s t h compuestos de cadenas insaturadas de acidos grasos. Los trigliceridos mds abundantes son el dcido oleico (24%) y el linoleico (50%). El contenido de hcido linol6nico es de 7 a Leucina Lisina Metionina Cistina Fenilalanina Treonina Triptofano Valina Histidina - soya1 5.10~ FAO' 6.4 Fuente: 'smith y Circle (1 972) 2 Patrbn de Referencia FAO, s e a Wij eratne (1 9 3 Aminoacido s Limitantes. 7.72 6.86 1.56~ 1 .583 5.01 4.3 1 1.28 5.38 2.55 4.8 4.2 2.2 4.2 2.8 2.8 1.4 4.2 ---- 9%, cuya oxidaci6n confiere a1 aceite un sabor desagradable. Comercialmente, el aceite se hidrogena para reducir la oxidacibn (Wijeratne, 1995). El nivel de lipidos de la soya afecta la textura y la cohesividad del producto (Wijeratne, 1995) y la cantidad de energia mecsinica generada por el producto a1 extnxirse, El aceite crudo de la soya contiene 3% de fosfolipidos, que a1 ser removidos del aceite constituyen la lecitina, que es utilizada en la industria y como ingrediente en alimentos (Wijeratne, 1995; Smith y Circle, 1972). Holmes (1988) sefiala que 10s tocoferoles o fosfolipidos previenen la oxidacibn, en el mismo grado que 10s antioxidantes naturales, hasta quince semanas de almacenamiento a 45 "C. Sin embargo, Bookwalter et al. (1971) indican que el uso de antioxidantes es recomendable dependiendo de la intensidad del tratamiento t&mico a1 que la soya es sometida, ya que altas temperamas pueden destruir 10s tocoferoles. 2.1.2.4 Carbohidratos. La soya contiene hasta 34% de carbohidratos, en base seca. Los carbohidratos solubles como sucrosa, rafinosa y estaquiosa constituyen el 10% de la materia seca El 24% de carbohidratos restantes e d compuesto de celulosa, hemicelulosa y otros &cares. La rahosa y la estaquiosa son polimeros de galactosa que contienen enlaces alfa-1-6. Los humanos no pueden metabolizar estos carbohidratos, por lo cual la flora microbiana del intestino grueso provoca flatulencia a1 transformar 10s carbohidratos en di6xido de carbono, hidr6geno y metano. Para remover estos carbohidratos se hierve la soya o se afiade 0.5% de bicarbonato de sodio (Weingartner, 1995). 2.1.2.5 Minerales. La presencia de minerales, medida en forma de cenizas, es de 5% en base seca. Los minerales mfis comunes son el calcio, el fbsforo, el magnesia, el zinc y el hierro (Wijeratne, 1995). El calcio, el hierro y el zinc no se encuentran del todo disponibles porque se unen a1 6cido Etico (Weingartner, 1995). Sin embargo, el hierro estA mfis disponible en la soya que en otras plantas con menor contenido de fitatos (Tsao Chen, 1997). 2.1.2.6 Pibra. La fibra dietktica estA compuesta por polisac5lsidos no digestibles (como hemicelulosa, celulosa, pectinas, hidrocoloides) y lignina. 2.1.2.7 Vitaminas. La soya contiene casi todas las vitaminas. La tiamina, piridoxina y el Acido f6lico se encuentran en mayor proporci6n. Las vitaminas C y D no e s t h presentes. Los tocoferoles favorecen la actividad de la vitamina K y tienen propiedades antioxidantes (Wijeratne, 1995). 2.1.3 Pactores antinutricionales de la soya S e g b Swick (1994) la soya contiene factores toxicos o antinutricionales que reducen el valor alimenticio a1 interferir con la disponibilidad o metabolismo de 10s nutrientes. A continuation se describen algunos de estos factores: 2.1.3.1 hhibidores de tripsina. Los inhibidores de tripsina (IT) son proteinas inhibidoras de proteasa que reducen el crecimiento, debido a que ligan e inactivan la enzima tripsina y quimotripsina del pancreas. Tambien reducen la digestibilidad de proteina y aumentan 10s requerimientos de aminoacidos ya que la tripsina y la quimotripsina son enzimas ricas en aminoacidos azufiados. El phcreas incrernenta la production de tripsina para que la digesti6n siga siendo optima, lo cual produce un increment0 en el tamafio del mismo de hasta 50% . Los IT son de dos tipos principales: 10s inhibores Kunitz y 10s Bowman-Birk. Los IT Kunitz tienen un peso molecular mayor que 10s inhibidores Bowman-Birk (20,000 a 25,000 vs. 5,000 a 10,000). Ambos inhiben la tripsina y el segundo inhibe tambidn a la quimotripsina (FAO, 1982). Los IT son 10s factores antinutricionales con mayor resistencia a ser destruidos por el calor. La cocci611 en hhmedo, la extrusion y el tostado inactivan 10s inhibidores (Wijeratne, 1995). S e g b Weingartner (1995) si se hierve la soya en agua por veinte minutos se pueden destruir 10s inhibidores de tripsina. Estas condiciones de procesamientos son igualmente efectivas contra las hemaglutininas. 2.1.3.2 Hemaglutininas. Las hemaglutininas o lectinas aglutinan 10s glcibulos rojos de la sangre y son muy toxicas para 10s animales. Cuando las lectinas se omb bin an con celulas intestinales disminuyen la absorcion de nutrientes (Swick, 1994). Se destruyen con el calor y asi no tienen un efecto adverso en la calidad nutritional de la proteina de la soya (Wij eratne, 1995). 2.1.3.3 Goitr6genos. Los goitrogenos son compuestos de tipo desconocido que provocan el crecirniento de la glandula tiroides, tanto en animales como en humanos. Para contrarrestar este efecto, se aiiade yodo a 10s alimentos con soya (Wijeratne, 1995). 2.1.3.4 Fitina. La soya entera contiene de 2 a 3% de fitina (hexafosfato ester de inositol) que se enlaza con proteina y con cationes divalentes como calcio, zinc y hierro (Swick, 1994), limitando la disponibilidad de 10s mismos. Se puede compensar la pdrdida de minerales con suplementos. A pesar de la presencia de fitatos, Tsao Chen (1997) menciona que la cantidad apropiada de calcio promueve la disponibilidad de hierro y zinc. 2.13.5 Lipoxigenasa. La lipoxigenasa es la enzima que cataliza la oxidaci6n de 10s lipidos de la soya (Swick, 1994), reacci6n que resulta en un sabor y olor desagradable (Nelson y Wei, 1995). Tiene un efecto antivitaminico pues destruye 10s carotenoides. La lipoxigenasa se encuentran separada de 10s lipidos, por lo cual la reacci6n ocurre cuando 10s tejidos se rompen y existe suficiente humedad. 2.1.3.6 Alergenos. Las proteinas de la soya 11s y 15s llamadas glicinina y conglicina son inmunoreactivas en animales pequeiios. Los animales hipersensitivos tienen crecimiento reducido, poco desarrollo de la vellosidad intestinal y alta respuesta de anticuerpos. Estas proteinas son mas resistentes a1 calor que 10s IT, per0 no afectan a pollos ni a cerdos adultos (Swick, 1994). 2.1.3.7 Saponinas. Las saponinas son gluc6sidos con propiedades detergentes fuertes. Tienen un sabor amargo, irritan mucosas, aumentan el nivel de colesterol y la depresion (Swick, 1994). Por el contrario, Yeong Boon Yee (1994) seiiala que contribuye al efecto hipolipidemico. La FA0 (1982) indica que reduce el nivel de colesterol. Aunque no se destruyen con el calor, no se encuentran en grandes cantidades en la soya. 2.1.3.8 Productos de la reaccihn Maillard, Cuando la soya se calienta, el grupo aldehido de un &car reductor se une al grupo amino de una proteina. En la c6lula ocurren rearreglos hasta formar el cTroducto de Amadori". Este grupo puede estar compuesto de 10s aminoacidos lisina, arginina, histidina y triptofano, 10s cuales no podrb formar mas proteina (Swick, 1994). 2.1.4 Propiedades nutracCuticas La soya tiene un rol fundamental en la nutrici6n porque provee proteina complementaria, proteina suplementaria y energia. Las propiedades nutrac6uticasde la soya la hacen a h mas atractiva porque previene enfermedades. Se caracteriza por contener isoflavonas, las cuales inhiben muchas reacciones enzimaticas y acthan como antioxidantes; reducen las enfermedades cardiovasculares, el nivel del colesterol de baja densidad @DL) y del suero, el cbcer mamario y la osteoporosis; disminuyen la producci6n de gonadotropinas y prolongan el period0 menstrual (Anderson, 1995). Yeong Boon Yee (1994) sugiere que la prevenci6n de enfermedades cardiovasculares tambikn es influenciada por la fibra, el acido fitico, 10s minerales y las saponinas de la soya. Para reducir significativarnente el nivel de colesterol el consumo de proteina debe ser de 17 a 25 g diarios. f', El acido linolenico de la soya es un precursor de 10s acid05 grasos de cadena larga, omega-3, que tiene funciones hipolipidc5micas. Incluso es precursor de las prostaglandinas, las cuales forman parte de las membranas celulares. Holmes (1988) indica que 10s tocoferoles del aceite de la soya contribuyen a su aigestibilidad. La lecitina reduce la coagulation de la sangre en las plaquetas y contribuye a1 sistema inmune (Yeong Boon Yee, 1994). 2.2 EXTRUSION INTSOY (1999) define a la extrusibn como 'hn proceso continuo en el que materiales hfimedos, expandibles, almidonosos ylo proteicos son plastificados y cocinados mediante una combinacihn de humedad, presion, temperatura y energia mecimica". A pesar de que actualmente la extrusi6n es un proceso altamente tecnificado, el extrusor bhicamente es un tornillo que rota dentro de un barril (Wijeratne, 1995). El aliment0 se transforma fisica y quimicamente cuando es expuesto a la presi6n y a la temperatura generada al transportar ingredientes por el tornillo. Con la extrusion se ha obtenido una amplia gama de productos suplementarios, boquitas, texturizados proteicos y confitados para el hombre y alimentos para mascotas y animales de producci6n; 10s cuales requieren procesos con peculiaridades tkcnicas y economicas. 2.2.1 Historia La extrusi6n no es un proceso muy nuevo en la industria ya que desde 1869, en Alemaaia, se utilizaban extrusores de doble tornillo para elaborar salsas. Estos extrusores pasaron a la industria plhstica en 1930 y hasta 1970 se reintrodujeron en la industria de alimentos (Lusas, 1999). Desde 1873 10s extrusores de un tornillo procesaban alimentos a un costo menor por tonelada que el de otros mktodos de cocci6n. A partir de 1930 se utilizaron para elaborar pastas; General Mills extruyo una masa precocida de la cual elaborb hojuelas y expandi6 cereal. En 1940, se disefiaron extrusores de un tornillo de baja capacidad y bajo costo relativo que operaban con cereales granulados, 10s cuales contenian menos de 20% de humedad. En 1946, se introdujo el extrusor "collet" de barril corto y alta Ecci6n para elaborar boquitas. En 1960,los extrusores aumentaron su capacidad de proceso, lo que permiti6 ampliar el rango de productos procesados (Lusas, 1999). Ademas se mejor6 la metalurgia de 10s extrusores y se diseiiaron accesorios y dados para desmollar nuevos productos. En 1969 aparecieron 10s extrusores INSTA-PRO@ y el GEM ROASTER, 10s cuales tienen la hegemonia de la extrusibn de soya entera. Lusas (1999) indica que a finales de 10s afios sesenta y a lo largo de 10s setenta, la Agencia International de 10s Estados Unidos para el Desarrollo (USIUD) y la Organizaci6n de la Naciones Unidas para la Alirnentaci6n y la Agricultura (FAO) invirtieron en extrusores de bajo costo para procesar soya y cereales, con el objetivo de aliviar el hambre y la malnutrici6n en paises no desarrollados. El extrusor INSTA-PRO@ sobrevivi6 esta epoca y continfia vendiendose comercialmente. La Planta de Granos de Zamorano cuenta con el extrusor INSTA-PRO 600 JR8, el cual ha sido utilizado para realizar este trabajo. En 1970 se recurrib a la coextrusion para prducir alimentos rellenos. Por filtimo, se introdujeron 10s extrusores de doble tornillo en la industria alimenticia, 10s cuales han sido m8s ampliamente utilizados porque mezclan mejor, manejan el alimento m8s uniformemente a temperamas controladas que pueden ser m8s bajas que las del tornillo simple (Harper, 1989). 2.2.2 El extrusor INSTA PRO 600 JR8 El extrusor INSTA-PRO 600JR8 es un extrusor en seco de un solo tornillo (Glosario en Anexo I), diseiiado en 1969 para extruir soya. Tambikn se utiliza para elaborar pellets para peces y canes. Este extrusor se caracteriza por procesar alimentos con bajo contenido de humedad y no inyectar vapor. El calor se genera cuando el alimento es transportado entre el tornillo y el barril del extrusor bajo alta presidn, debido a que el espacio entre el tornillo y el b a d es de 5 mm en promedio; existen anillos de fi-iccidn que reducen m8s el espacio de trhsito del alimento. A1 haber alta presidn y movimiento, la fi-iccidn entre particulas genera energia mechica o de conversidn que cocina 10s ingredientes, hasta que kstos salen por el dado del extrusor. El tornillo del extrusor est8 seccionado en cinco segmentos que e s t h colocados dentro de un barril, que tiene una seccidn de alimentacidn y tres camisas. En la seccidn de alimentacidn existe una entrada de agua por bombeo y cada camisa del barril tiene un termopar con lectura digital de la temperatura. A1 final del tornillo se encuentra una tapa final que contiene un agujero de salida o dado (Wijeratne, 1998). El tomillo tiene 93.66 mm de dihetro (incluye el alto de la rosca) y sus segrnentos se intercalan con 10s anillos de hiccidn, que regulan el espacio que tiene el alimento para moverse entre el tornillo y el barril. Los anillos tienen 10s siguientes dihetros: 82 m, 89 m, 92 mm y 95 mm (INSTA-PRO@, 1997). La seleccidn de estos dihetros depende de la temperatura que se quiere generar, ya que un dihetro mayor genera m8s temperatura porque produce mayor oposicidn a1 paso del material y genera alta fi-iccidn. El barril es largo y tiene segrnentos con surcos internos longitudinales, que tambien generan mayor hiccidn en el interior. El barril tiene cuatro zonas de proceso, que son: alimentacidn, amasado, coccidn y moldeado. La zona de alimentacidn transporta y precalienta el alimento, sometiendolo a una presidn minima. La zona de amasado mezcla 10s ingredientes y forma una masa. La zona de coccidn produce una compresidn mhxima que permite bombear el alimento hasta el dado fomador (Jansen, 1979). La zona de moldeado a nivel de la tapa comprime m8s el alimento y le da la forma deseada (Lusas, 1999). El extrusor puede procesar de 270-320 k g h de soya en grano. La temperatura mkima de operacidn es de 175 "C. El motor del extrusor es de 50 hp y hace rota al tornillo a una velocidad de 550 rpm. La m8quina tiene dispositivos de seguridad en la alimentacidn, en el barril, en 10s dados y en el cortador (en la extrusidn de soya integral no se necesita cortador). 2.2.2.1 Funciones del extrusor. El extrusor en seco de tornillo simple INSTA-PRO 600 J R 8 tiene atractivo industrial por sus m6ltiples funciones (Lusas, 1 999): Muele la soya entera y otros granos. Aglomera y compacta ingredientes. Homogeniza ingredientes y da texturas y formas agradables a 10s alimentos. Calienta, pasteuriza, inactiva enzimas y cocina. Aumenta la digestibilidad de 10s almidones. Destruye 10s factores tdxicos y anti-crecimiento. Produce nuevas texturas y forrnas. Prepara alimentos pre-cocidos o instantheos. Denaturaliza proteinas. Reduce la humedad. Reduce la energia y trabajo al utilizar procesos a escala con control automatizado. Destruye alergenos, micotoxinas y contituyentes t6xicos. Asegura la distribuci6n uniforme de 10s nutrientes. Contribuye a la extracci6n de aceites por solventes y prensas mechicas. Controla la densidad y flotabilidad de 10s alimentos para peces. Produce ingredientes hechos he soya entera o parcialmente desgrasada. 2.3 EXTRUIDO DE SOYA INTEGRAL 2.3.1 Extrusi6n de la soya La extrusi6n del grano de soya es un proceso continuo que reduce la carga microbiana natural de la soya, denaturaliza las proteinas, destruye factores antinutricionales y remueve parcialmente la humedad del producto (Wijeratne y Nelson, 1998). El extruido de soya integral es el producto granular (Bates, 1994) del procesamiento de la soya en un extrusox sin la remoci6n del aceite. Lin y Kung (1997) sefialan que la extrusi6n produce un aliment0 mBs uniforme que el tostado-molienda de la soya. Asp y Bjorck (1989) afirman que por medio de este proceso se obtiene harina de soya con toda su grasa de mejor calidad proteica que la cocida con vapor y autoclave. Para extruir la soya es necesario que el grano sea expuesto a temperaturas de 135 a 145 "C por 3 0 s (Wijeratne y Nelson, 1998). Holmes (1 988) sugiere temperaturas entre 136 y 139 "C. La humedad de la soya cruda sugerida por Nelson et al, (1987) es de 10 a 14 %. Cuando la extrusi6n es en seco, el aceite act6a como lubricante y no es necesario adicionar agua (Cheong Yock Loon, 1997). Platlener (1999) indica que el grano de soya debe ser extruido a temperaturas de 125 a 135 "C en un extrusor Wenger, con una humedad de 17 a 20%; el preacondicionamiento del grano de soya acelera su paso por el extrusor y ayuda a desactivar 10s inhibidores de crecimiento; sin embargo, se debe considerar el costo de la inyecci6n de vapor. La extrusi6n rompe las cklulas del grano y el aceite caliente le da a1 extruido una apariencia semifluida, hasta que el aceite es reabsorbido por el extruido a temperatura ambiente. DespuCs de la extrusidn, el extruido se enfria a 15 "C para prevenir la condensacidn y el desarrollo de hongos en el producto. La soya apropiadarnente extruida puede almacenarse por lo menos por tres meses sin refiigeracidn (Cheong Yock Loon, 1997). 2.3.2 Categorias de extrusi6n La soya extruida se procesa de tres maneras para lograr transformar el grano de acuerdo a 10s requerimientos nutricionales del consumidor. Platlener (1 999) describe las caracteristicas del extruido de cada proceso: 2.3.2.1 Proceso 1. En este proceso s61o se pretende destruir 10s inhibidores de tripsina e inactivar las enzimas responsables de la rancidez de las grasas. Esta categoria de extrusi6n necesita poca energia mecbica. En este estudio se utiliz6 este proceso. 2.3.2.2 Proceso 2. En este proceso se aprovecha la energia del aceite intracelular de la soya para formar complejos de carbohidrato-lipido y proteina-lipido. Estos complejos pueden ser digeridos por monoghstricos, per0 son grasas "sobrepasantes" para 10s rumiantes. Cuando la soya forma estos complejos, es necesario realizar una hidr6lisis hcida del producto para conocer el contenido total de lipidos, ya que el extract0 etkreo no 10s extrae totalmente. 2.3.2.3 Proceso 3. La extrusidn severa produce grasa y proteina "sobrepasante" para 10s rumiantes, la cual se forrna por la reaccidn Maillard; en esta reaccidn, la proteina denaturalizada se une al &car y se convierte en premelanoidinas que le dan un color oscuro a1 extruido. Se cataloga a una proteina como sobrepasante cuando su indice de solubilidad de nitrdgeno es menor al 12%. Son necesarias pruebas adicionales para ver si el grado de cocci611 no ha dafiado a la proteina de la soya (Platlener, 1999). Un tratarniento cal6rico intenso causa la pkrdida de las &cares y arninohcidos como la lisina que es mas susceptible. Cuando las temperaturas son mayores que 160 "C la degradaci6n del extruido en el rurnen es menor que el 3 1 % (Lin y Kung, 1997). 2.4 EFECTO DE LA EXTRUSION 2.4.1 Aspectos quimicos 2.4.1.1 Efecto en la proteina. El grado de tratamiento tCnnico de la soya afecta la funcionalidad del extruido y las caracteristicas del proceso. Las proteinas de la soya desnaturalizadas pierden su estructura molecular inicial, lo cud les confiere las siguientes caracteristicas (INTSOY, 1999): Pierden la solubilidad en soluciones acuosas o salinas. Pierden la actividad enzimhtica. Mej oran su digestibilidad. Asp y Bjorck (1989) explican que aunque algunos sugieren que la denaturalizacidn de la proteina aumenta la digestibilidad, es probable que sea por la inactivacidn de 10s inhibidores de proteasa bajo el tratamiento tinnico. Si la coccidn es muy severa, la digestibilidad disminuye y 10s aminohcidos como la lisina ya no e s t h disponibles. En general, el valor proteico del extruido de soya supera a1 de la soya cocida por otros mitodos. La extrusidn reduce la actividad enzimhtica de la soya. Cheftel (1989) reporta que la extrusidn de soya integral en extrusores de un tornillo o de doble tornillo a 140 "C, 20% de humedad y 20 s de residencia en el barril inactivan totalmente la lipoxigenasa, responsable del sabor desagradable de la soya. En cuanto a la inhibicidn de tripsina, Cheftel(1989) indica que en 1985 Harper y Jansen encontraron que con humedades de la soya extruida tan bajas como 7 a 11%, no hay una inactivacidn significativa de 10s inhibidores de tripsina y de la ureasa. Los lipidos de la soya reducen la fi-iccidn porque acbian como lubricantes. Jansen (1979) indica que el extrusor INSTA-PRO@ inactiva 58% de inhibidores de tripsina a 143 "C. Aunque mayores temperaturas destruyen mhs de estos inhibidores, el aprovechamiento de la proteina es menor. 2.4.1.2 Efecto en 10s carbohidratos. La extrusidn no afecta el contenido de alrniddn, medido como glucosa despuCs de la digestidn con a-amilasa y glucoamilasa. Sin embargo, por la fi-iccidn generada en el extrusor se homogeniza la estructura celular del alrniddn, por lo cual el almiddn digerido produce m8s azccar. Incluso, si el almiddn de un ingrediente contiene humedad baja y se calienta a temperaturas de 110 a 135 "C, el g r h d o de almiddn se gelatiniza (Asp y Bjorck, 1989); es decir, 10s grhulos de almiddn rompen sus enlaces por el calor y aumentan su capacidad de absorcidn de agua. La estructura del grhulo se hace menos compacta y el aliment0 aumenta su digestibilidad. Si las condiciones de procesamiento son muy exigentes por las altas temperaturas y baja hurnedad, el almiddn se dextriniza. En la dextrinizacidn 10s grhulos se dividen en moliculas mhs pequefias que se disuelven en agua (Woodroofe, 1995). Los lipidos y las proteinas a t e n h la expansi6n de 10s almidones. Los almidones forman usualmente complejos con lipidos, 10s cuales hacen a1 almid6n menos digerible. Sin embargo, la desintegracibn celular y granular por la fiiccibn que ocurre en el extrusor permiten la mayor disponibilidad de 10s almidones (Asp y Bjorck, 1989); es por ello que el extruido sigue siendo m5Ls aprovechable que otros productos de soya cocidos por otros mPltodos. Los carbohidratos de bajo peso molecular como sacarosa y rafinosa pueden ser hidrolizados y se convierten en monosachridos reductores que participan en la reaccibn Maillard (Asp y Bjorck, 1989). La destrucci6n de carbohidratos solubles como la estaquiosa es parcial (Cheftel, 1989). La densidad aparente de la fibra aumenta con la extrusibn porque el extrusor rompe y comprime la fibra (Woodroofe, 1995). S e m Asp y Bjorck (1989) la extrusi6n puede amentar la cantidad de fibra del aliment0 cuando se aumentan las temperaturas. Sin embargo, en condiciones moderadas de temperatura s61o se llega a solubilizar las fiacciones de fibra Se aumenta la fibra porque la fibra en este caso se define como la porci6n de polisachridos no digeribles por amilasas y la lignina. Al extruir, se forma un almid6n resistente que puede ser soluble s61o en hidr6xido de potasio @OH) a una molaridad de 2M. TambiPln puede haber una degradacibn macromolecular con otros polimeros que cambian su solubilidad y sus propiedades fisiol6gicas. 2.4.1.3 Efecto en 10s lipidos. Los lipidos son poco afectados; pero, si e s th en alta cantidad, forman complejos con 10s carbohidratos que son poco solubles en kter. Antes de hacer el extract0 etQeo de la prueba quimica proximal, se debe hacer m a hidr6lisis Bcida del extruido. Al formarse 10s enlaces lipido-carbohidrato, la textura y palatabilidad del product0 sugieren una reduccidn en la cantidad de lipidos presentes en el extruido (Woodroofe, 1995). En general, 10s lipidos que no se men a 10s carbohidratos y quedan libres son reabsorbidos por el extruido (Bates, 1994). El problema es que el extruido tiene m a extraccibn de lipidos con solvente 40 a 55% menor que sin extruir (Asp y Bjorck, 1989). La estabilidad del extruido de soya integral decrece al incrementar la temperatura y el tiempo de residencia debido a que existe una mayor autooxidacibn y degradacihn de 10s antioxidantes naturales. 2.4.1.4 Efecto en 10s minerales y vitaminas. La extrusi6n no afecta significativamente a 10s minerales; sin embargo, la reducci6n del fitato en un 13 a 35% aumenta la biodisponibilidad de 6stos (Asp y Bjorck, 1989). La pkrdida de vitaminas depende de la intensidad del proceso. La vitamina A, C, tiamina, niacina y otras son destruidas por el calor producido con la exhusi6n (Woodroofe, 1995). 2.5 UTILIZACION DEL EXTRUIDO DE SOYA INTEGRAL 2.5.1 Alimentaci6n animal Holmes (1988) indica que el extruido de soya integral tiene mucha importancia en las dietas de aves y cerdos por lo siguiente: Tiene alto contenido proteico y adecuado balance de arninohcidos. Contiene aceite con hcidos grasos polinsaturados esenciales como el linoleico, que ademhs proveen energia. Contiene lecitina y vitamina E (Cheong Yock Loon, 1997) que son emulsificantes y antioxidantes naturales, respectivamente. Se mezcla bien como ingrediente. Tiene un buen olor y palatabilidad. Bates (1994) indica que el extruido de soya integral tiene mayor calidad nutricional que la harina integral cocida por otros mktodos, debido a que la extrusidn rompe las c6lulas y pemite que 10s nutrientes est6n mhs disponibles. 2.5.1.1 Aves. La soya integral cocida y extruida se desarrolld en Inglaterra para proveer el Bcido linoleico que el maiz proporcionaba a las dietas de aves antes de que 10s precios se elevaran (Holmes, 1988). Cheong Yock Loon (1 997) reporta que cuando 10s pollos de engorde y las gallinas ponedoras reemplazan la harina de soya desgrasada por el extruido de soya integral tienen mayor ganancia de peso y aumentan el tarnafio del huevo, respectivamente. Por su parte, Balloun (1980) reporta que existe un mejor aprovechamiento del valor nutricional de la soya extruida y peletizada en pollos de engorde, ya que aumenta la absorcidn de grasa y disminuye el aliment0 necesario para la ganancia de peso. En Zamorano se evalud la inclusidn de la soya integral extruida en las dietas de pollos de engorde. El consumo de una dieta con 100% de extruido no tuvo efectos negativos en el crecimiento, per0 la que incluia 75% de la soya extruida tuvo una mayor produccidn de carne (Ek Uk, 1 999). 2.5.1.2 Cerdos. Cheong Yock Loon (1997) indica que 10s lechones y cerdos en crecimiento tambikn experimentan mayor ganancia de peso cuando reemplazan harina de soya desgrasada por el extruido de soya integral. Cheeke (1 99 1) menciona que 10s cerdos pequefios que toman leche de soya pueden tener reacciones al6rgicas a proteinas como la glicinina y conglicina, las cuales atrofian las vellosidades intestinales y reducen la absorcidn de nutrientes. Estas proteinas se desnaturalizan cuando la soya se cuece adecuadamente. La soya mezclada con maiz es muy recornendable para casi todas las etapas de desarrollo del cerdo, exceptuando la de 10s reci6n destetados (Cheeke, 1991). 2.5.1.3 Peces. Las raciones de peces contienen de 25 a 50% de proteina cruda y por ello 10s ingredientes altamente proteicos como el extruido de soya integral llegan a abarcar del 50 a 70% de la dieta (Trevifio, 1995). En acuacultura el extruido puede reemplazar a la torta de soya sin efecto adverso en la ganancia de peso. Sin embargo, la eficiencia de su uso es mayor en peces de aguas fi-ias ya que Cstos utilizan la energia de la grasa m8s eficientemente que 10s peces de aguas cklidas, 10s cuales llenan sus requerimientos con harina de soya desgrasada. Trevifio (1995) indica que la soya integral tiene mejores resultados cuando 10s inhibidores tripticos se reducen por lo menos en 83%. Este autor indica que la soya integral bien cocida puede reemplazar parcialmente a la harina de pescado, aunque se debe cuidar de no sobrepasar 10s niveles de energia de la racidn. 2.5.1.4 Rumiantes. En rumiantes, la soya debe tratarse tCrmicamente hasta obtener proteina sobrepasante que resista la hidr6lisis enzim6tica en el rumen (Lin y Kung, 1997). 2.5.2 AIimentaci6n humana En la alirnentacidn humana 10s usos del extruido de la soya integral se e s t h incrementando. La harina de soya con toda su grasa puede reemplazar 10s huevos ya que tiene un alto contenido de lecitina (Tsao Chen, 1997). El extruido de soya se utiliza para elaborar pan, dulces, postres frios, leche instantknea, mezclas para donas y otros. La adicidn de 3% del extruido disminuye la absorcidn de aceite y da un mejor color a la masa de donas, mayor absorcidn de humedad y textura mks suave. Incluso se puede aiiadir hasta 15% de harina de soya entera extruida a las pastas (Soyatech Inc., 1992). El Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA, 1996) ha promovido desde 10s aSios 70 la utilizaci6n de la soya en varios paises para disminuir la malnutricidn. 2.6 CALIDAD DEL EXTRUIDO El extruido de soya entera tiene indicadores quimicos y fisicos de calidad. En el Anexo 2 se detallan 10s requisitos del Departamento de Agricultura de Estados Unidos. 2.6.1 Indicadores quimicos de la calidad del extruido de soya 2.6.1.1 Inhibidores de tripsina (IT). El objetivo de la extrusidn, s e g h Platlener (1999), es reducir a menos de 1.0 unidad de inhibidores de tripsina (UIT)/mg de tripsina. Un valor de 5.0 UIT/mg se considera seguro porque indica que se han destruido el 90% de 10s inhibidores tripticos. 2.6.1.2 Prueba de ureasa. La ureasa se encuentra en la soya en grandes cantidades y cataliza la conversi6n de la urea en amonio en dietas con urea. Esta prueba se utiliza para determinar la efectividad de la destrucci6n de 10s inhibidores tripticos y hemaglutininas, midiendo el cambio en pH por la conversi6n de urea en amonio (Cheong Yock Loon, 1997). Platlener (1999) indica que la urea se destruye mks fkcilmente que 10s inhibidores de tripsina; sin embargo, Wijeratne (1995) sostiene que se inactiva a temperaturas mayores que la de 10s IT. En la prueba del pH se esperan valores entre 0.05 y 0.1 de cambio en pH (Platlener, 1999). Andriguetto et al. (1 986) mencionan que cuando la soya esth cruda la prueba de actividad urehsica presenta un cambio en pH de 2.0, el cual es reducido por el calor a un pH de 0.2 que indica que la soya es adecuada para consumo de animales monoghstricos. Si el pH tiene un cambio de 0.0 indica que la soya ha recibido un tratamiento muy severo y ha afectado el valor biol6gico de su proteina ya que hay una menor disponibilidad de 10s aminohcidos azufiados y de la lisina. Se aconseja que la actividad ureksica tenga un cambio de pH entre 0.25 y 0.05. Trevifio (1 995) indica que hay una correlaci6n entre la actividad ureksica e inhibidores de tripsina(mg1g de pasta) en la pasta de soya (Cuadro 2). Cuadro 2. Correlaci6n entre la actividad ureksica e inhibidores de tripsina (mglg de pasta) en la harina de soya desgrasada. Actividad Urehsica Inhibidor de Tripsina 21.0 12.2 3.1 2.2 2.1 1 .o 0.5 Fuente: Trevifio 1995. 2.6.1.3 Indice de solubilidad de nitr6geno. Este indicador esth correlacionado con la fincionalidad de la proteina y se utiliza para ver el grado de modificacidn por la extrusibn (Linko et al., 198 1). Cuando el valor del indice es bajo significa que ha habido mayor desnaturalizaci6n. 2.6.1.4 Lisina disponible. A pesar de que este anhlisis no se realiz6 en este estudio, es necesario mencionarlo porque la disponibilidad de lisina es un parhmetro para evaluar el valor nutritivo de un alimento. La disponibilidad de lisina es un indicador del grado de coccidn, debido a que cuando las temperaturas sobrepasan 10s 180 "C la lisina reacciona con azficares reductores en la reacci6n Maillard (Asp y Bjorck, 1989). Sin embargo, se reportan inconsistencias relacionadas a1 efecto de la extrusidn sobre la disponibilidad de lisina. Si la soya cruda tiene bajo porcentaje de humedad o humedad excesiva, el agua no estii disponible para la reaccidn o provoca un efecto de dilucidn, respectivamente. Por otro lado, cuando el porcentaje de humedad es bajo la sucrosa se hidroliza y aumenta la cantidad de amicares reductoras que tienen un efecto secundario en la proteina; si la humedad es muy alta la lisina se retiene por mks tiempo en el extrusor. Se mide lisina por ser el aminoBcido m8s reactivo debido a que contiene un radical E- amino libre (Bjorck y Asp, 1983) y por ser un arninokcido c o m w e n t e limitante en las dietas de nuestra regidn. Otros aminoBcidos que se pierden son arginina, triptofano, cisteina e histidina. Las p6rdidas de lisina son graduales. 2.6.2 Indicadores fisicos de la calidad del extruido de soya 2.6.2.1 Granulometria. Es importante que la granulometria del extruido sea unifonne para lograr una mejor mezcla con otros ingredientes (Swick, 1994). Harper et al. (1978) reportan la granulometria de un extruido de soya integral elaborado en Mexico el cual tiene una retencidn en la malla # 30 de 3 1.8%, en la # 40 de 28.1%, en la # 60 de 36.0% y en l a# 80 de4%. 2.6.2.2 Color, olor y sabor. Swick (1994) indica que la uniformidad del color denota el grado de coccidn de la mezcla (crudo o sobrecocido). El extruido debe ser levemente tostado o cafi claro. El sabor no debe ser a quemado, moho o amonio, porque indica que la soya ha sido sobrecocida, daiiada microbiol6gicamente o adulterada. La soya debe tener un sabor suave y no arnargo o kcido. Este anklisis no se realizd en este experiment0 . 2.6.2.3 Densidad aparente. La expansidn de oleaginosas (0 a 10% de almid6n) es de 150 a 200% (Linko et al., 198 1). INSTA-PRO@ (1997) reporta que un extruido de soya integral tiene 67 kg/HL. 2.7 EL MERCADO Kotler y h s t r o n g (1990) explican que un mercado es un conjunto de compradores actuales y potenciales de un producto o un servicio. Williams (1995) sefiala que producir e introducir un producto derivado de soya es una operacidn compleja. Se debe comprar e instalar equipo, proveer ingredientes, contratar y entrenar trabaj adores, mej orar el proceso de produccidn, especificar el mercado; hacer y refinar 10s planes de mercadotecnia, promocidn, empaque, precio y distribucidn y desarrollar planes para el negocio en general. Para llegar a este nivel', se debe primer0 hacer una investigaci6n de mercado que provea informaci6n sobre las oportunidades y problemas del mercado y sobre la planificaci6n y ejecuci6n de estrategias mercadotCcnicas en el marco de las funciones administrativas (Kotler y Armstrong, 1990). La informaci6n es de calidad cuando se puede hacer m a decisi6n rentable basada en ella y cuando el costo de obtenerla es compensado por 10s beneficios econ6micos posteriores, La informaci6n buena se obtiene si es planificada. Se prepara un plan de muestreo y se disefian cuestionarios; despues se hace el trabajo de campo y la informaci6n recolectada se procesa para tabularla, analizarla e interpretarla. 2.7.1 Investigaci6n de mercado para la planeaci6n estratkgica La planeaci6n estrategica permite disefiar las actividades que se realizarh para que un producto tenga un ciclo de vida largo y rentable. Antes de planificar, se realiza la investigaci6n de mercado del producto en cada una de las etapas de su ciclo de vida, como: introduccidn, crecimiento, madurez y declinaci6n. Kotler y Armstrong (1990) indican que la investigaci6n de mercadotecnia se dirige a conocer a1 cliente, a1 costo, a la conveniencia y a la comunicaci6n apropiada para el producto, precio, posici6n y promoci6n que se pretenden. La investigaci6n se realiza desde antes que el ciclo de vida empiece, en la etapa de precomercializaci6n. 2.7.1.1 Precomercializaci6n. El extruido de soya integral elaborado en Zamorano actualmente estti en la etapa de precomercializaci6n. Para asegurar que el producto tenga un ciclo de vida duradero y rentable de acuerdo a 10s objetivos administrativos, Dillon et al. (1990) indican que la investigaci6n de mercado debe tomar en cuenta aspectos como la definici6n del mercado del producto, la conceptualizaci6n del producto, estudios de mercado, segrnentaci6n de mercado y evaluaci6n del producto. 2.7.1.2 Introducci6n. Cuando el producto se estti introduciendo a1 mercado, es necesario que se realicen sondeos y monitoreos de ventas del producto para detenninar la aceptaci6n del producto. 2.7.1.3 Crecimiento. En esta etapa las ventas se incrementan. Se debe ser cuidadoso del posicionamiento del producto en el mercado; o sea, dirigir el producto a1 segment0 de consumidores apropiado, promocionando 10s atributos e imagen convenientes. Para ello, se enfatiza en la mezcla de producto, precio, promoci6n y plaza (Las cuatro P's). Tambikn se deben hacer sondeos para adaptarse a un ritrno inesperado de ventas y/o conocer si el consumidor sigue comprando el producto. Lo que se pretende es pronosticar el volurnen de ventas que se deberti suplir. 2.7.1.4 Madurez. Cuando las ventas se mantienen a travts del tiempo, el producto debe crear interts para poder ser vendido (Dillon et al., 1990). El producto puede reposicionarse, cambia de imagen via el empaque ylo dirigirse a nuevos consumidores que le den usos adicionales. 2.7.1.5 Declinaci6h. Con el tiempo aparecen sustitutos del producto mejorados o 10s consumidores se cansan de 10s productos. Cuando el producto empieza a declinar en ventas se debe buscar c6mo reducir costos para que el producto a menor precio siga siendo atractivo para el consumidor y rentable para la empresa. 2.7.2 Segmentaci6n del mercado Un segmento de mercado es un subgrupo de consumidores que responden de manera similar a una misma estrategia mercadottcnica (Dillon et al., 1990). La investigaci6n de segmentos perrnite determinar la respuesta a la estrategia de mercado y cambios en 10s productos y precios. La segmentaci6n estB intimamente relacionada con el posicionamiento, debido a que para realizar un buen posicionamiento se debe seleccionar un grupo homogtneo que comparta ciertas necesidades. Existen mtiltiples forrnas para segmentar un mercado. Entre ellas estB la segmentaci6n geogrhfica y la segrnentaci6n conductual. La primera divide a1 mercado en unidades territoriales que pueden ser manejadas bajo una misma politica (Kotler y Armstrong, 1990). La segunda toma en cuenta 10s siguientes aspectos del consurnidor: criterios para la decisi6n de compra, preferencia del producto, compra y usos del producto, lealtad al proveedor y cambios de marca, reacci6n a nuevos conceptos (intenci6n de compra), sensibilidad a cambios de precios y propensi6n a cerrar tratos (Dillon et al., 1990). Los segmentos se eval6an con base en su tamafio, crecimiento futuro, estructura de su mercado, y 10s objetivos y recursos de la empresa comercializadora (Kotler y Armstrong, 1990). Cuando se tiene definido el segmento se puede aplicar la estrategia mercadottcnica apropiada. Una empresa con pocos recursos puede aplicar la mercadotecnia concentrada. De esta manera, la empresa se posiciona en un mercado estable que responde a1 producto especializado. La empresa puede obtener mayor rendimiento sobre la inversi6n. El extruido de soya integral desarrollado en Zarnorano inicialmente serB dirigido a 10s productores de aves y cerdos de la regi6n. 2.7.3 Estimaci6n de la demanda Kotler y Amstrong (1990) estipulan que la demanda total del mercado es el volurnen total que compraria un segmento de 10s consumidores en un hea y en un entorno de mercadotecnia definidos. El mercado potencial esti. constituido por todos 10s compradores que tienen el interts de utilizar un producto. El mercado existente es parte del mercado potencial que tienen el ingreso, el acceso y las calificaciones necesarias para obtener el producto o servicio. El mercado atendido es la porci6n del mercado existente que se desea atacar, per0 s61o se convence a una serie de consumidores que deciden adquirir el producto. 2.7.3.1 La demanda actual. La producci6n animal requiere una fuente de proteina econ6mica para sus raciones. Actualmente, la harina de soya es un ingrediente sustituto del extruido de soya integral, que es muy utilizada en alimentaci6n animal. Contiene 48 % de proteina, per0 el valor energktico es menor a1 del extruido de soya entera porque no contiene el aceite natural de esta leguminosa. La demanda de la harina se ha incrementado en 10s 6ltimos afios por su bajo costo. En Honduras el extruido de soya integral es distribuido por un solo proveedor. Su demanda se ha incrementado en la zona norte del pais (Rubio, 1999'). 2.7.3.2 Pron6stico de la demanda futura. La demanda futura se basa en 10s prondsticos del entorno, de la industria y de las ventas de la empresa (Kotler y Armstrong, 1990). Para pronosticar la demanda futura las empresas toman en cuenta la opini6n de la gente, lo que la gente hace y lo que ha hecho. 2.7.4 Canales de distribuci6n El canal de distribuci6n lleva 10s bienes de 10s productores a 10s consumidores. Ademas de transportar y almacenar un producto - como sugieren McCarthy y Perreault (1990)- son 10s que inforrnan, promueven, contactan y se adaptan a sus clientes, tomando el riesgo financier0 que est8 ligado al producto que ofrecen. Los canales de distribuci6n pueden ser directos cuando la empresa comercializa sus productos directamente al consumidor; o indirectos, cuando hay uno o m8s distribuidores y detallistas entre el fabricante y el consmidor. Una de las forrnas de organizar un canal es corporativamente. Este sistema combina etapas sucesivas de producci6n y distribucibn, las cuales pertenecen a un solo propietario (Kotler y Armstrong, 1990). Dentro de la distribuci6n fisica, el transporte y el almacenamiento tienen las caracteristicas que se mencionan a continuaci6n. 2.7.4.1 Transporte. El transporte le agrega valor a 10s productos, pero se debe evitar que 10s costos superen la ganancia. Los camiones son un medio de distribucibn caro, per0 flexible y esencial. ' RUBIO, L.R. 1999. Presidente de Bonampak-Guatemala. Comunicaci6n Personal, San Pedro Sula,Honduras. 2.7.4.2 Almacenamiento. En el almacenamiento se guardan 10s productos hasta que son comprados. Se almacena cuando no se puede producir constantemente. El costo de almacenamiento se incrementa con el paso del tiempo. 2.7.5 Fijaci6n de precios El precio es la cantidad de dinero que se paga por un bien o servicio. La fijaci6n de precios determina el nhnero de ventas y las ganancias de la empresa (McCarthy y Perreault, 1990). El precio debe estar acorde con 10s objetivos de la empresa en cuanto a rentabilidad y tamafio del mercado. El consumidor paga el precio de la calidad de producto que desea obtener de acuerdo a la percepci6n del valor de ese producto. La competencia puede detenninar el precio al que se oferta un producto. Otros factores macroecon6micos como la inflaci6n) la tasa de interks, la tasa de cambio y el ingreso de 10s clientes son fundamentales en la determinaci6n del precio, especialmente cuando afectan 10s costos de producci6n o la percepci6n del valor del producto (Kotler y Arrnstrong, 1990). Inicialmente, el precio proviene de una lista de precios. Existen dos formas basicas de detemzinaci6n de precios: sobre la base de costos y sobre la base de demanda. Los precios que se determinan sobre la base de costos tienen un porcentaje de las ventas como ganancia. Por otro lado, la estimaci6n sobre la base de demanda evita muchos errores, ya que si la demanda es menor a la esperada, el costo promedio del producto se eleva (McCarthy y Perreault, 1990). Existe un punto de equilibrio donde 10s costos igualan a 10s ingresos. Un volumen de venta menor a este punto produce pkrdidas; un volumen mayor, ganancias. Los precios fijados pueden ser ajustados via descuentos y modificaciones por pagar en efectivo, comprar grandes volhnenes, realizar una actividad que beneficia a1 proveedor, por la temporada y por promoci6n (Kotler y Armstrong, 1990). 2.7.6 Mercado actual de la soya Internacionalmente, la mayor producci6n de soya se centra en Estados Unidos, Brasil y Argentina. El mercado chino ha aumentado su consumo debido a que entre 1994 y 1996 la producci6n porcina se ha incrementado en 6% y la avicola en 18%. El consumo dom6stico de soya aument6 tambi6n debido a que es un aliment0 altamente nutritive (ASA, 1996). Sin embargo, como el hea productiva de soya es mayor mundialmente, 10s precios del frijol soya e s t h en continuo descenso llegando a costar 183.33 $US/TM en la bolsa de Chicago en noviembre de 1999. En Tegucigalpa la mayorfa del frijol comercializado es importado. Los precios en el mercado se han mantenido en moneda nacional (SIMPA, 1999) debido a1 increment0 del valor del d6lar. S e a el Servicio Nacional de Sanidad Agropecuaria (Secretaria de Agricultura y Ganaderia, 1999) en 1998 se importaron 25.24 TM de semilla de soya y en 1999, hasta septiembre, se importaron 57.94 TM de grano de soya provenientes de Estados Unidos y Costa Rica. La harina de soya tiene una alta demanda para consumo animal. En 1999, hasta septiembre, Honduras import6 85420.23 TM de harina de soya. 3. MATERIALES Y METODOS El trabajo del proyecto especial se realiz6 en la Planta de Procesamiento de Granos, ubicada en el edificio de CITESGRAN en Zamorano. El equipo que se empleo para extruir la soya h e el siguiente: 3-2.1 Extrusor INSTA-PRO 600 JR8 Consb del motor principal de 50 HP, el alimentador volumktrico, el barril de exhusibn de cuatro secciones, el tornillo seccionado, el panel de control elkctrico y digital para lectura de temperaturas en el barril y la tapa que porta el dado al final. Este extrusor procesa en seco (sin inyeccion de vapor). El tornillo. El tornillo consta de las siguientes piezas (Anexo 3): Anillos de fr-iccibn para regular la presion dentro del tornillo. Los diiimetros utilizados heron 89 mrn y 92 mm- Tornillos de rosca simple y doble. Tapa con un dado de 0.635 cm de diametro. Arandelas para conectar 10s tornillos. La marca de la secadora es Belt-O-Matic 022. Soya. Se utilizb soya entera limpia cultivada en 1997 en Zamorano. La soya se evalu6 seghn el esthdar oficial de calidad de la soya de Estados Unidos (Soyatech, 1992). 3.4 D I S E ~ ~ O DEL EXPERIMENT0 3.4.1 Montaje del extrusor El barril del extrusor tiene cuatro secciones (Anexo 3). La primera de alimentacidn, dos mas de amasado y una de cocci6n. A lo largo de &stas se va incrementando la presi6n y el calor. El tornillo seccionado que se utiliz6 en todas las pruebas constaba de dos tornillos de rosca simple 600RX-06 para la seccidn de alimentaci6n y tres tornillos de rosca doble 600-06 para las secciones de amasado y coccibn. DespuCs de la zona de alimentacidn y entre las tres secciones de tornillo que iban en secuencia, se colocaron anillos de fkicci6n de acuerdo a 10s tratamientos que se emplearon. A1 final del tornillo se coloc6 un tornillo de rosca invertida con punta c6nica para sostener el tornillo del extrusor. Se encendi6 el extrusor y se pas6 soya para lubricar el tornillo y el barril. Luego, se coloc6 el plato que contenia el dado, el cual se ajust6 a una distancia de tres revoluciones del tornillo de rosca invertida. 3.4.2 Operaci6n del extrusor En todas las pruebas se encendi6 primer0 el extrusor y luego el alimentador. A1 inicio la alimentaci6n fue del 30% en el panel de control. Cuando el amperaje se estabiliz6, se increment6 la tasa de alimentaci6n hasta llegar al 60% (272.8 kg/h). El extruido de soya se recogi6 en una olla metklica y manualmente se coloc6 en la secadora-enfi-iadora. A1 finalizar la prueba, se elimin6 la alimentaci6n y el extrusor se mantuvo encendido por 10s. Se apag6 el extrusor y se desarm.6 el tornillo. 3.4.3 Disefio experimental Se utiliz6 un diseiio completamente a1 azar (DCA) con tres tratamientos y dos repeticiones. Las configuraciones del tornillo heron 10s tratamientos y cada tanda de extrusi6n represent6 una unidad experimental. Se utilizaron cantidades diferentes de soya en grano para cada unidad experimental debido a que el tiempo que se requiri6 para llegar a condiciones estables vari6 entre cada tanda. 3.5 TRATAMIENTOS 3.5.1 Configuraci6n del tornillo Los tratamientos consistieron en la utilizaci6n de tres configuraciones del tornillo del extrusor. Las configuraciones variaron s e a la secuencia de dihetros de 10s anillos de friccibn (Cuadro 3). Los anillos se colocaron entre la filtima secci6n de tornillo de la zona de alimentaci6n y la primera secci6n de tornillo de amasado (primer anillo); despuCs de la primera seccidn de amasado (segundo anillo); despu6s de la segunda seccidn de amasado (tercer anillo); y despuCs de la zona de cocci6n (cuarto anillo) (Anexo 3: distribuci6n del tornillo). Cuadro 3. Configuraciones del tornillo: secuencia de 10s anillos de fricci6n (dihetro en mm). 3.5.2 Muestreo Se tomaron dos muestras de 2 kg cada una despuCs de secar la harina de soya integral extruida. Las muestras se guardaron en refrigeraci6n en bolsas de polietileno hasta que se realizaron todos 10s aniilisis. Cada muestra se homogeniz6 para obtener una submuestra final de 1 kg. Con esta submuestra se realizaron 10s anaisis fisicos. Los andisis qufmicos se hicieron por duplicado con 100 g de muestra molida. 3.6 VARIABLES A MEDIR Tercero 92 92 92 Segundo 92 92 89 Tratamiento 92192192192 89192192192 89189192192 Las mediciones se realizaron en el grano entero de soya y en la harina de soya integral extruida despuCs de ser secada. Cuarto 92 92 92 Primero 92 89 89 3.6.1 Variables fisicas 3.6.1.1 Temperatura. Se registraron las temperaturas promedio originadas durante la operaci6n del extrusor con las tres configuraciones del tornillo del experimento. Las temperaturas analizadas fueron las generadas en la zona de cocci6n del tornillo. 3.6.1.2 Densidad aparente. Se aplic6 el mCtodo AACC 55-10. En este mCtodo se utiliza el medidor Winchester Bushel para determinar la densidad aparente del grano y del extruido y asi establecer la tasa de expansi6n del extruido de soya integral. Los resultados medidos en 10s tratarnientos se compararon con 10s requisites de la harina de soya integral extruida publicados por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA, 1996) (Anexo 2). 3.6.1.3 Granulometria. Para determinar el tmailo del grano de soya, se emplearon cernidores # 8/64. En el extruido de soya integral, se analizaron 100 g de expandido para conocer el porcentaje de product0 extruido que era retenido por las mallas esthdares de Estados Unidos # 6, 10 y 16. Se cirni6 el extruido, luego se agit6 por tres minutos y se volvi6 a cernir para obtener la granulometria final. 3.6.2 Variables quimicas 3.6.2.1 Materia seca M6todo mediante secado en horno de aire caliente. Se utiliz6 el mCtodo oficial de la A.O.A.C. 934.01 (1997) para humedad de alimentos de animales. La materia seca se obtuvo mediante el cklculo por diferencia del 100% y la humedad. Ademks de la humedad promedio de la soya cruda, se obtuvo la humedad del grano que se utiliz6 en cada tratmiento debido a que no se acondicion6 el material antes de extruirlo. Estos datos se utilizaron para realizar anklisis de covarianza entre la humedad antes de extruir y algunas variables dependientes. 3.6.2.2 Proteina cruda. Se utiliz6 el mCtodo oficial direct0 de la A.O.A.C. 960.52 llamado Macro-Kjeldahl (A.O.A.C., 1997). Se obtuvo el nitr6geno total que se multiplic6 por 6.25 para aproximar a proteina cruda. 3.6.2.3 Extracto libre de nitrbgeno (ELN). Se obtuvo mediante el cklculo por diferencia del 100% y 10s porcentajes de humedad, proteina, lipidos, fibra y ceniza. 3.6.2.4 Grasa. Se utiliz6 el mCtodo oficial indirect0 de la A.0.A.C 920.39 para grasa cruda o extract0 et6reo (A.O.A.C., 1997). 3.6.2.5 Fibra cruda. Se utiliz6 el metodo oficial de la A.O.A.C. 962.09 (1997) que estirna 10s carbohidratos no digeribles de 10s animales. 3.6.2.6 Ceniza. Se utiliz6 el metodo oficial 942.05 de la A.O.A.C. (1997). 3.6.2.7 Inhibidores de tripsina. Se utiliz6 el m6todo explicado por Savage y Tanteeratarrn (1 995) de la A.A.C.C. 71-1 0, que emplea el sustrato sintktico hidrocloruro de benzoyl-DL arginina-p-nitroanilida para inhibidores de tripsina. 3.6.2.8 Actividad ure6sica. Se utiliz6 el m6todo del pH. Este m6todo determina la actividad de la enzima ureasa en la soya, la cud es indicadora de la inactivaci6n de 10s inhibidores de tripsina porque es susceptible a temperaturas similares de cocci6n. El m6todo es explicado por Savage y Tanteeratarrn (1995). 3.6.2.9 Indice de solubilidad de nitrdgeno. Se utiliz6 el m6todo oficial Ba 11-65 de la A.0.C.S (Savage, 1995), el cud determin6 el nitr6geno soluble en agua. 3.6.3 Variables econ6micas Los costos que se tomaron en cuenta son 10s de la producci6n de soya entera extruida lista para comercializar. Los aspectos que se analizaron fueron: 3.6.3.1 Costos totales. Los costos totales e s t h compuestos por 10s costos fijos de la planta de extrusi6n y 10s costos variables. Los costos fijos se mantienen constantes a pesar de la cantidad producida. Los costos variables son 10s que dependen del volurnen de producci6n. Dentro de 10s costos variables se incluyeron 10s costos de encendido del extrusor. Estos costos dependen de la producci6n de soya extruida y del tiempo de duraci6n de cada tanda del extrusor. Se realiz6 un andisis marginal para conocer de qu6 manera se puede procesar m6s econ6micarnente la soya. En este estudio se sacaron 10s costos por unidad para la fijaci6n de precios. 3.6.3.2 Ingreso bruto. Para obtener el ingreso bruto se utiliz6 el precio del extruido de soya integral elaborado en San Pedro Sula. La demanda que se tom6 en cuenta en este trabajo corresponde a la utilizacidn potencial de la soya extruida para las raciones de aves y cerdos de la regi6n del Yeguare. En una hoja electr6nica se introdujeron f6rmulas para determinar 10s precios que deberia de tener el producto para ser rentable (Anexo 4). 3-6.3.3 Ingreso neto. Es derivado de la diferencia entre ingreso bruto y el costo total. 3.6.3.4 Relacidn beneficio-costo. Es la relaci6n porcentual entre el ingreso net0 y el costo total. 3.6.3.5 Cantidad minima de equilibrio. Es cuando 10s costos menos 10s ingresos son igual a cero. Se despeja la cantidad de producto que hace que se llegue a tener cero beneficio. 3.7 EL MERCADO La estimacidn del mercado comprende la estimaci6n de la demanda del mercado actual y la proyecci6n de la demanda. Encuesta a productores de aves y cerdos. Se realiz6 m a encuesta a productores de aves y cerdos para conocer su inter& por comprar soya integral extruida para la f o d a c i 6 n de sus raciones, deterrninar el volumen de venta del extruido y conocer otras condiciones necesarias para la adquisici6n de este producto. Se realiz6 m a encuesta a 10s productores de aves ponedoras, aves parrillero y cerdos de engorde que tenian sus instalaciones cercanas a Zamorano. La encuesta iba acompaiiada de un boletin infomativo y una muestra de la soya extruida (Anexo 5). Las encuestas heron llenadas por el productor en su finca y recogidas por el autor. 3.8 ANALISIS ESTADISTICO Anhlisis de las variables de la extrusi6n El modelo estadistico lineal que se utiliz6 h e el siguiente: Yij= J L k i + E i j en donde, Yij= Efecto de una configuraci6n en una variable a medir. p= Media general de la variable a medir. TI= Efecto de cada tratamiento. ~ i j = Efecto del error. Los resultados de las pruebas fisicas y quimicas se analizaron a travCs del programa estadistico SAS @ 6.12. Se compararon las medias de las variables correspondientes a las tres configuraciones del tornillo del extrusor. Los datos de la soya extruida se analizaron mediante un andisis de varianza (ANDEVA) donde se compararon 10s efectos de las tres configuraciones del tornillo del extrusor. Se evalu6 si variables como la temperatura de extrusi6n, la humedad antes de la extrusi6n y granulometria inicial (en el caso de la variable granulometria final) afectaban otras variables dependientes. Para ello se introdujo la covarianza, except0 en el peso volwnCtrico y la fibra cruda, (Anexo 6). Se transfonnaron algunos de 10s datos de las variables. Para ello se utiliz6 la transfonnaci6n logaritmica o la transfonnaci6n arcoseno. Las variables que no presentaron una distribuci6n normal se analizaron con el modelo no paramktrico de Kruskar-Wallis. Se realizaron pruebas t de comparaciones independientes para conocer si hubo cambios entre la soya cruda y 10s diferentes tratamientos de extrusi6n. 4. RESULTADOS Y DISCUSION 4.1 CALIDAD DEL G U N 0 El grano que se utiliz6 en las pruebas tenia 63.5% de grano bueno, 19.16% de daiio por hongo, 16.71% de daiio por calor, 0.40% de grano partido y 0.02% de materia extraiia. Estos porcentajes de daiio corresponden a la calidad de grano de "segfm muestra", de acuerdo a1 esthdar oficial de calidad de Estados Unidos para soya. El daiio por calor, que es mayor a lo pemisible para un grano de consumo animal, produce la forrnaci6n de Bcidos grasos libres, rancidez del product0 e increment0 de la actividad enzimiitica (Ortiz, 1999). La presencia de hongos indica inadecuadas condiciones de almacenamiento con humedades entre 15 y 25%) a temperaturas mayores que 30°C y su presencia esth relacionada con decoloraci6n del grano, pudrici6n, producci6n de micotoxinas y producci6n de olores indeseables (Serna, 1996). El daiio por hongo afecta la estructura del grano y 10s procesos de cocci6n no son homogineos. 4.2 VAJUABLES FISICAS 4.2.2 Pruebas cuantitativas 4.2.2.1 Temperatura. Las temperaturas que se generaron de acuerdo a la configuraci6n del tornillo del extrusor y otras variables del extrusor heron similares entre si (P50.05). El modelo estadistico no encontr6 diferencias entre 10s tratamientos. En el Cuadro 4 se observa que la temperatura promedio del tratarniento 92192192192 es mayor que para 10s otros dos. Este promedio se obtuvo de dos valores extremos provenientes de las dos repeticiones del tratarniento. Segfm Wijeratne y Nelson (1998) la soya debe ser extruida a temperaturas de 135 a 145 OC por 30 s. Ya que 10s tratamientos tuvieron temperaturas sirnilares, se esperaba que en 10s aniilisis fisico-quimicos no se encontraron diferencias entre 10s tratamientos. La inyecci6n de agua mediante una bomba ayuda a controlar las variaciones de la temperatura (Platlener, 1999). 4.2.2.2 Densidad aparente. No se encontraron diferencias en cuanto a la densidad aparente de cada uno de 10s extruidos ya que el modelo estadistico no fue significativo (P > 0.9705). Sin embargo, existen diferencias marcadas entre la densidad aparente de la soya en grano y la soya extruida (P50.05) (Cuadro 4). La soya extruida requiere un mayor espacio de almacenamiento que la soya en grano. Comercialmente se ofrece en Honduras un extruido de soya integral con una densidad aparente de 55 kg/HL. INSTA-PRO@ promociona un extruido de 61 kg/HL. La soya extruida de Zamorano k v o un peso volumCtrico menor que el de la soya comercialmente disponible (Cuadro 4), lo cual puede deberse a que la densidad aparente del grano crudo era menor que el reportado en la literatma de 76.90 kg/HL para un grano de calidad US #1 (Soya Tech, 1992). La soya cruda que se utiliz6 tenia 70.18 kg/HL de densidad aparente. Esta densidad menor en la soya cruda puede deberse a la variedad sembrada, 10s factores ambientales a 10s que el cultivo estuvo expuesto, o a una alta contaminaci6n por hongos (Smith y Circle, 1972). La menor densidad aparente del extruido tambiCn pudo deberse a que las particulas de la soya extruida comercial son molidas previamente (Harper et al., 1978). Platlener (1999) indica que la soya antes de extruirse debe ser molida a menos de 2,500 micrones para reducir el gasto de energia por el extrusor. Cuadro 4. Temperatura de extrusi6n y densidad aparente de la soya cruda y de la extruida. I Tratamiento / Temperatura I Peso volum6trico 1 89189192192 1 135.05 a 45.75 b Letras diferentes dentro de columnas sefialan diferencias Soya cruda estadisticas (P10.05). odelo lo no significative. '~rueba t: diferencias entre soya cruda y extruida. 4.2.2.3 Granulometria antes de agitaci6n. El modelo estadistico no demostr6 la existencia de diferencias entre el porcentaje de particulas que fueron retenidas por 10s tamices utilizados (P>0.05). DespuCs de la extrusi6n la mayoria de las particulas tenia un d ihe t ro menor que 10.37 mm y mayor que 6.35 mm (Cuadro 5). El tamiz 16 dejaba pasar en promedio 5.89% del extruido. Esta distribuci6n de tamaiio de particula no concuerda con la granulometria del extruido de soya integral elaborado en una planta comercial en MCxico (Harper et al., 1978). Alli las particulas son miis finas debido a que muelen la soya en un molino de dos rodillos antes de la extrusi6n y en un molino de agujas despuCs del secado. Se requiere un mayor n h e r o de repeticiones para definir si existen diferencias entre la granulometria inicial de 10s tratamientos. ("C) ---------------- ( k g / ~ ~ > ~ 70.1 8 a2 Cuadro 5. Distribucibn porcentual del t a d 0 de particula de la soya extruida antes de la agitaci6a Letras diferentes dentro de columnas sealan diferencias estadisticas (P50.05). odelo lo no significativo . 4.2.2.4 Granulometria despu6s de agitaci6n. Tamiz + de U.S. #16' 3.09 a 4.77 a 9.81 b DespuCs de agitar el extruido por tres minutos la mayoria de las particulas mantuvieron el mismo dihmetro (a=0.05). No hub0 diferencias entre 10s tratamientos ya que las diferencias aparentes se debieron a que cada tratamiento inicialmente tenfa una distribuci6n granulomktrica diferente (Cuadro 5). Tratamiento 92192192192 89192192192 89189192192 En el tratamiento 89/89/92/92 hub0 una rnenor cantidad de particulas de un dihetro mayor que 8.03 mm y menor que 10.37 las cuales son retenidas por el tamiz # 10 (Cuadro 6). Se observt, una disminuci6n del porcentaje de particulas con un dihetro mayor que 10.37 mm, retenidas en el tamiz #6. Por otro lado, existit, un aurnento en el porcentaje de particulas con un dihetro menor que 6.35 mm (no son retenidas por el tamiz #16). El agitar manualmente pudo afectar en la desuniformidad de 10s resultados. Tamiz U.S. # 10- 36.58 a 31.47 a 29.06 a Tamiz U.S. #6' 29.99 a 33.44 a 26.78 a Es recomendable que se logre una mejor distribuci6n del tamaiio de la particula para poder mezclar &s homogCneamente este ingrediente con otros. Para ello deberia de utilizarse molinos de aguja que pueden moler alimentos con alto contenido de aceite. Tamiz U.S. #16' 30.34 a 30.32 a 34.34 a Cuadro 6. Distribucibn porcentual del t&o de las particulas de la soya extruida despuks de la agitacibn. Letras diferentes dentro de columnas sefialan diferencias estadisticas (P50.05). odelo lo no significativo. 3~xtruido pasa el tamiz U.S#16. Tratamiento 92192192192 89192192192 89189192192 Tamiz U.S. #62 25.48 a 29.82 a 25.63 a Tamiz U.S. #1613 9.14 a 9.00 a 12.67 a Tamiz U.S. # 10 30.90 a 31.10 a 29.74 b Tamiz U.S. #1612 34.48 a 30.08 a 38.30 a 4.3 VARIABLES QUIMICAS 4.3.1 Analisis proximal 4.3.1.1 Materia seca. El modelo no explica las diferencias entre el porcentaje de materia seca de 10s tres tratamientos de soya (u=0.05). Sin embargo, se encontr6 que la soya cruda tiene porcentualmente un contenido de materia seca menor que 10s tratamientos de soya extruida ya que la humedad de la soya se disipa por las altas temperaturas de extrusibn, la diferencia en presi6n entre el interior del barril y el ambiente, y el secado en la secadora-en6iadora despuis de la extrusi6n (Cuadro 7). 4.3.1.2 Proteina. La cantidad de proteina total del extruido fue igual para 10s tres tratamientos y la soya cruda (a=0.05) (Cuadro 7). Entre 10s tres extruidos que se probaron no habian diferencias significativas (Kruskal-Wallis = 0.2058). Este resultado se esperaba ya que la extrusi6n provoca principalmente cambios estructurales como la hidr6lisis de 10s enlaces peptidicos, la modificacidn de las cadenas de aminohcidos y la formaci6n de enlaces cruzados covalentes (Asp y Bjorck, 1989). El contenido de proteina es similar a1 especificado por INSTA-PRO@ (1997) y mantiene el contenido proteico de la soya en base seca. Los requisitos de la harina de soya integral del Departamento de Agricultura de Estados Unidos para uso en programas de exportaci6n indica que el minimo aceptable es de 44% (Anexo 2). El valor que ellos exigen puede darse s61o si hay una leve extraccidn de aceite. 4.3.1.3 Carbohidratos. No se encontraron diferencias en el contenido de carbohidratos en base seca de 10s tres tratamientos de extrusi6n de la soya (a=0.05) (Cuadro 7). 4.3.1.4. Extracto etkreo. No existen diferencias entre el contenido de grasa en base seca de 10s tres extruidos de soya y tampoco entre 10s extruidos y la soya cruda (a=0.05) (Cuadro 7). Este resultado concuerda con el que menciona Platlener (1999) para el Proceso 1 de cocci6n de soya integral en el cual s61o se intenta inhibir factores antinutricionales e inactivar enzimas que intervienen en la rancidez de las grasas. En este proceso 10s lipidos no forman complejos con proteina y carbohidratos. 4.3.1.5 Fibra cruda. Existen diferencias entre 10s tratamientos de extrusi6n que tenian en la configuraci6n del tornillo anillos de fricci6n con diknetros de 92192192192 mm y dihetros de 89192192192 mm (a=0.05) (Cuadro 7). El tratamiento que utilizaba en el tornillo del extrusor dihetros de anillos de fiicci6n de 89189192192 mm no tenia diferencias en contenido de fibra cruda con el de la soya cruda. La disminuci6n del contenido de fibra cruda entre 10s tratamientos de extrusi6n 92192192192 y 89192192192 con respecto a1 de la soya cruda no ocurre en otras pruebas experimentales similares. MBs bien se ha reportado un incremento en el contenido de fibra digestible (Asp y Bjorck, 1989). Los resultados obtenidos pueden ser product0 de un inadecuado muestreo de 10s tratarnientos. 4.3.1.6 Ceniza. El porcentaje de cenizas en base a materia seca de la soya cruda es igual a1 de 10s extruidos (a=0.05) (Cuadro 7). Cuadro 7. Composicidn quimica de la soya cruda y del extruido de soya integral. 1 89189192192 1 94.83 b 1 40.90 a 1 27.64 a 1 21.43 a 1 4.42 a 1 5.60 a Letras diferentes dentro de columnas sefialan diferencias estadisticas (P < 0.05). Trata- miento Soya cruda 92/92/92/92 89/92/92/92 4.3.2 Grado de tratamiento tkrmico 4.3.2.1 Inhibidores de tripsina (IT). Las tres configuraciones del tornillo del extrusor produjeron una soya que tenia menor cantidad de IT que la soya cruda (a=0.05) (Cuadro 8). La temperatura de extrusi6n fue similar en todos 10s tratamientos, lo que se tradujo en una reduccidn significativa en contenido de IT. Los tratarnientos 89/92/92192 y 891