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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA

FACULTAD DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
DEPARTAMENTO ACADMICO DE CIENCIA, TECNOLOGA E INGENIERA DE ALIMENTOS

PROYECTO DE TESIS

DETERMINACIN DE LAS CONDICIONES PTIMAS PARA LA

DESHIDRATACIN DE LAS HOJAS DE LA STEVIA (Stevia rebaudiana ) POR
CONVECCIN
EJECUTOR

Bach SALGADO VERAMENDI, Florisa

ASESOR

Ing. ROLDAN CARBAJAL, Williams V.

COASESOR

Ing. RIVERA ROJAS, Humberto

LUGAR DE EJECUCIN

Universidad Nacional Agraria de la Selva

DURACIN

Febrero - Agosto 2015

TINGO MARA PER
2015

I.

EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento
Cada vez ms La industria alimentaria se interesa en la sustitucin de los
edulcorantes artificiales con otros azcares naturales con el fin de ofrecer al
consumidor una gama ms amplia de opciones y para satisfacer las necesidades de
un segmento de la poblacin humana que no quieren o no pueden consumir
sacarosa. De hecho, es 300 veces ms dulce que la sacarosa, con las ventajas
adicionales de tener: cero carbohidratos por consiguiente cero caloras y no causan
picos en los niveles de azcar en la sangre. Al igual que otros tipos de ts de
hierbas, las hojas de Stevia necesitan ser secados con fines de conservacin y
consumo. La deshidratacin de las plantas puede llevarse a cabo usando diferentes
mtodos. Es importante destacar que las diferentes tcnicas de secado pueden
influir en la composicin de algunos compuestos caractersticos presentes en
diferentes ts de hierbas. Existe discrepancia acerca de la extraccin de compuestos
activos a partir de infusiones de hierbas de acuerdo con las diferentes tcnicas de
secado aplicados.
El desconocimiento de tcnicas de deshidratacin, la falta de equipos de
alta tecnologa, la inexistencia de un estudio de mercado sobre plantas aromticas
en fresco y procesados, y las ventas individuales en volmenes reducidos ha incidido
para prejuicio de los productores.

Los aspectos antes mencionados han mantenido al margen del desarrollo a las
organizaciones campesinas e nativas de la Amazonia, que agrupadas pueden dar un
valor agregado a las plantas medicinales que cultivan, mediante el proceso de
deshidratacin de las mismas con el fin de satisfacer el mercado interno y externo.
En tal sentido se plante la investigacin sobre la determinacin de las condiciones
ptimas para la deshidratacin de las hojas de la stevia.

1.2. Justificacin
El presente trabajo de investigacin se justifica porque:
No existen investigaciones realizadas sobre la deshidratacin de las hojas de
la Stevia (Stevia rebaudiana ) por conveccin.
El trabajo de investigacin contribuir a la caracterizacin qumica de las hojas
de la Stevia (Stevia rebaudiana ) como materia prima, con la finalidad de
tener datos de ingeniera que permita optimizar el proceso de secado, reducir
los costos en el proceso de transformacin y as desarrollar productos con una
mnima perdida de sus componentes nutricionales.
Esta investigacin contribuir al mejoramiento de la calidad del nivel de vida
en el marco de la salud integral, seguridad alimentaria, conservacin
ambiental y generacin de ingresos para las diferentes comunidades de la
regin.
Adems, los resultados de esta investigacin constituyen un aporte tcnico y
cientfico para las futuras investigaciones en el campo agroindustrial de las

hierbas aromticas ya que servir para plantear propuestas productivas

encaminadas a impulsar procesos industriales de este tipo de plantas.

II.

MARCO TERICO

2.1. Antecedentes.
LEMUS et al. (2012), caracteriz al dulzor de la hoja de stevia ( Stevia
rebaudiana), la cual se debe a la presencia de diterpenos tales como glicsidos de
esteviol: estevisido (4-13%), rebaudisido A (2-4%), rebaudisido C (1-2%),
dulcsido A (0,4-0,7% ), y otros tipos menos abundantes como steviolmonoside,
rubussido, esteviolbisido, rebaudisido B y rebaudisido F. La ingesta diaria
admisible (IDA) de estos compuestos es de 4 mg por kg de peso corporal por da.
BOLGER et al., 2008 hace reconocer mediante Joint FAO/WHO Expert
Committee on Food Additives 73rd Meeting en el 2010, la seguridad del extracto de
las hojas de Stevia para uso alimentario.
Recientemente ha habido un aumento del inters en el potencial teraputico
de las plantas, como antioxidantes en la reduccin de la lesin de tejidos radicales
libres inducida ( SHUKLA et al., 2012 ).
CARBONELL et al., (2013) incorporan a los extractos de Stevia como una
fuente natural de antioxidantes para obtener extractos de frutas bajas en caloras con
actividad antioxidante y antimicrobiano.
Al igual que otros tipos de ts de hierbas, las hojas de stevia necesitan ser
secados con fines de conservacin y consumo. Gracias al proceso de secado dos

objetivos se alcanzan, por una parte se evita el crecimiento de microorganismos y en

el otro lado de almacenamiento y transporte se facilita ( LIN et al., 2011).
CAPECKA et al., (2005) demostr la eficacia de secado bajo sombra (el
mtodo ms simple y ms barata) para las hojas de las especies de Lamiaceae.
CHAN et al. (2009) utiliza aire caliente para acelerar el proceso de secado
de las hojas de las especies de jengibre, mientras PINELA et al., (2011) hicieron lo
mismo para las especies de Fabaceae.
Una nueva tcnica de secado es la liofilizacin ( LIN et al., 2011 ) se ha
demostrado que preserva mejor la calidad de las plantas medicinales ( ABASCAL et
al., 2005 ), aunque el costo es considerablemente ms alto que el secado con aire
caliente.
Es importante destacar que las diferentes tcnicas de secado pueden influir
en la composicin de algunos compuestos caractersticos presentes en diferentes ts
de hierbas. En este sentido, LIN et al., (2011) obtuvieron mejores resultados para la
capacidad antioxidante y valores de fenoles totales, cuando las hojas de Echinacea
purpurea se liofilizaron, que cuando se deshidrataron con aire caliente. PINELA et
al., (2011) tambin ha obtenido grandes cantidades de antioxidantes cuando las
hojas de la Genista sp. se liofilizaron, en comparacin con el secado a bajo sombra
al sol. Por el contrario, HOSSAIN et al., (2010) obtuvieron menos antioxidantes de
las hojas de la familia Lamiaceae al aplicar liofilizacin de secado con aire caliente.

Claramente, hay una gran discrepancia acerca de la extraccin de

compuestos activos a partir de infusiones de hierbas de acuerdo con las diferentes
tcnicas de secado aplicados ( LEWICKI, 2006 ).

2.2 Generalidades de la Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni)

Cuyo nombre cientfico es Stevia rebaudiana Bertoni, conocida como
hierba dulce, es nativa de Paraguay (TUCKER Y DEBAGGIO, 2009). La Stevia es
una planta que creca espontneamente en el hbitat semirido de las laderas
montaosas de Paraguay. En la actualidad, se cultiva en muchos pases de todo el
mundo, entre ellos, pases de Amrica Latina y de Asia (FAO, 2004).
ALBA et al. (2010) menciona que la Stevia rebaudiana Bertoni es un
gnero de aproximadamente 240 especie de hierbas y arbustos en la familia de
girasol (Asteraceae), nativa de la parte tropical y subtropical de Sur Amrica y
Amrica Central. La especie Stevia rebaudiana Bertoni, comnmente conocido como
hoja dulce, la hoja dulce, o simplemente stevia, es cultivada extensamente por sus
hojas dulces. Como un sustituto de azcar, el sabor de la stevia es bajo al principio y
la duracin ms larga que l de azcar, aunque algunos de sus extractos puedan
tener un sabor amargo o de concentraciones altas. Contiene extractos hasta 300
veces ms dulce que el azcar, Stevia rebaudiana Bertoni ha captado la atencin con
la subida de la demanda del carbohidrato bajo, alternativas de poca azcar de
alimentos. La investigacin mdica tambin ha mostrado las ventajas posibles de
stevia en el trato de la obesidad y la hipertensin. Como Stevia rebaudiana Bertoni

tiene un efecto insignificante sobre la glucosa de sangre, esto es atractivo como un

edulcorante natural para las personas que quieren mantener dietas controladas por
carbohidrato. Sin embargo, la salud y controversias polticas han limitado la
disponibilidad del stevia's en muchos pases; por ejemplo, los Estados Unidos lo
prohibieron en los aos 1990 al menos que venga etiquetado como un suplemento.
Stevia rebaudiana Bertoni es ampliamente usado como un endulzante en Japn y
est ahora disponible en Canad como un suplemento diettico. Es una planta
herbcea, de tallo erecto de raz pivotante y alcanza 70 centmetros de altura
aproximadamente; las hojas son simples opuestas, en su estado juvenil, y, alternas
como manifestacin de la floracin.
RAZO (2011), describe que esta planta es originaria de Amrica del Sur; fue
descrita y clasificada en 1899 por el botnico suizo M. S. Bertoni (1857- 1929), de
quien recibi el nombre cientfico de Stevia rebaudiana Bertoni.

2.2.1 Clasificacin botnica

Segn FUNCFOS (2010), la Stevia rebaudiana Bertoni tiene la siguiente
clasificacin sistemtica:
Divisin
Clase
Sub-clase
Orden
Familia
Gnero
Especie

Magnoliophyta
Magnoliopsida
Asteridae
Campanulales (Asterales)
Asteraceae (compositae)
Stevia
Rebaudiana

FUNCFOS (2010), menciona que es aceptado por los estudiosos, que la

Stevia rebaudiana Bertoni es una planta herbcea originaria de la Sierra Amambai,
en la frontera del Brasil y Paraguay, entre 22 a 25 de latitud sur y 54 a 56 de
longitud oeste, donde es conocida con el nombre vulgar de KAA-HE-E. Tiene como
nombre sinnimo: Eupatorium rebaudianum, como nombres comunes, en Colombia:
stevia, en Brasil: Estevia, Ka -h- (hierba dulce), Azuc-ca (hierba de azcar),
Ca-- yup (dulce), Eira- ca (hierba de miel) en Paraguay: Ka -h- (hierba dulce),
Azuc-ca (hierba de azcar)

2.2.2 Descripcin botnica

La Stevia rebaudiana Bertoni es una planta con tallo anual, subleosa,
levemente pilosa en las extremidades, se ramifica formando mltiples brotes con
tendencia a inclinarse. Las races tiene un rizoma vigoroso y un sistema radicular
superficial, es es perenne, fibrosa, filiforme y abundante formando cepa. Los tallos
son semi-leosos, pero dbiles Hojas: las hojas son alternas, oval-elpticas, miden 36.5 cm de largo y 0.8-1.9 cm de ancho, las flores son pequeas, perfectas y blancas,
nacen en pequeos corimbos de 2-6 flores, las flores de lbulos blancos se hallan
dispuestas en pequeos captulos terminales o axilares, agrupados en panculas
corimbosas sueltas, las semillas son pequeas y el peso de mil semillas de stevia
rebaudiana Bertoni oscila por lo general entre 0.15-0.30 g (MARTNEZ, 2002).
FUNCFOS (2010) describe a la stevia como planta herbcea, tallo erecto
teniendo varias caas por cepa, de raz pivotante, alcanza 90 centmetros de altura

10

en su medio natural, en el trpico solo alcanza 50 centmetros de altura. Las hojas

son simples, opuestas en sus estados juveniles y alternas como manifestacin de la
floracin, con entrenudos largos, los cuales se reducen en flores en captulos
pequeos, terminales o axilares, agrupados en panculos carimbosos, de corola
tubular, pentalobulada, blanca y roja. De fruto en aquenio, delgado y plumoso
HERRERA (2012) menciona que la stevia es originaria de Paraguay y
descubierta en 1887: fue descrita y clasificada en 1889 por el botnico suizo Moiss
Santiago Bertoni (1857-1929), momento a partir del cual recibi el nombre cientfico
de stevia rebaudiana Bertoni. Los indios guaranes ya la utilizaban desde tiempos
precolombinos, endulzando sus comidas y bebidas, la llamaron kaa-he, que
significa hierba dulce. Existen ms de 300 variedades de stevia rebaudiana Bertoni
en la selva Paraguayo-Brasileira, pero la stevia rebaudiana Bertoni es la nica con
propiedades endulzantes gracias a su principio activo, denominado estevisido
descrito en 1921 por la Unin Internacional de Qumica (Ministerio de Agricultura y
Ganadera, 1996).
2.2.3 Propiedades de la hoja
Los

beneficios

asociados

a stevia

rebaudiana

Bertoni

hoja

son

principalmente debido a su composicin nutricional ( Cuadro 1), que es una buena

fuente de hidratos de carbono, protenas y fibra cruda, que promueve el bienestar y
reduce el riesgo de ciertas enfermedades.
Cuadro 1: Composicin nutricional de la hoja de stevia.
Componente

Referencias

11

Mishra et Goyal et Serio Savita

al. (2010) al.
(2010) et al.
(2010)
(2004)

Humedad
Protena
Grasa
Ceniza
Carbohidrato
La fibra cruda

7
10
3
11
52
18

4,65
11,2
1,9
6,3
ND
15,2

ND
11,2
5,6
ND
53
15

7
9,89
2,5
10,5
52
18,5

Abou-rabe
et al. (2010)

5,37
11,4
3,73
7,41
61,9
15,5

Tadhani
y
Kaushik
Subhas et al.
h
(2010)
(2006)

ND
20,4
4,34
13,1
35,2
ND

7,78
12
2,7
8,4
ND
ND

ND: No determinado

HERRERA (2012) menciona que la hoja de stevia rebaudiana Bertoni en

su estado natural, posee gran cantidad de nutrientes, que en orden de concentracin
son:
Ms del 50%: carbohidratos de fcil asimilacin.
Ms del 10%: fibras, polipptidos (protenas vegetales).
Ms del 1%: lpidos, potasio.
Entre el 0.3 y 1%: calcio, magnesio y fsforo.
Menos del 0.01%: cromo, cobalto, hierro, manganeso, selenio, ilicio, zinc.
Entre los glucsidos, se encuentra en mayor proporcin el estevisido generalmente
entre 5 a 10% del peso de la hoja y en menor medida, del orden de 2 a 3%
rebaudisidos A, B, C, D, E, dulcsido A y B y steviolbiosido (ALBA, 2010)
2.2.3 Contenido edulcorante.
BARBA et al. (2013) menciona que la para preparar una infusin de
stevia rebaudiana Bertoni, las hojas secas de stevia rebaudiana Bertoni
suministrados

por Anagalide

SA (Espaa)

almacenados

fueron

temperatura

ambiente. Para preparar una solucin madre de 8,33 0,01% (w / v), se aadi 100

12

mL de agua hirviendo a las hojas secas (8,33 g) y la mezcla se cubri y se dej en

infusin durante 30 min. La infusin se filtr al vaco utilizando papel de filtro
(Whatman No. 1, Whatman International Ltd, Reino Unido) y el filtrado obtenido se
almacen en viales de 2 mL a -40 C.
DIAZ (2014) determin del mtodo ptimo de extraccin de estevisido y
rebaudiosido de las hojas de stevia rebaudiana Bertoni a nivel piloto en el laboratorio
de operaciones y procesos unitarios de la Universidad Nacional del Callao. El estudio
se realiz con hojas de stevia rebaudiana Bertoni procedente del fundo Campoverde
del casero Ricardo Palma, regin de Ucayali. La bsqueda bibliogrfica de los
diferentes mtodos de extraccin patentados, permiti seleccionar el mtodo sencillo
y econmico de extraccin de los componentes. La extraccin se realiz empleando
0,5 Kg de hoja seca de humedad 8% (mtodo AOCS, 1995), se tritur la hoja
haciendo pasar por el tamiz malla 30, tamao de partcula 0,592mm. Se dej
macerar por 20 horas con solucin alcohlica, con una relacin en peso de solucin
1:10, y 30g de carbonato de calcio, se filtr, se concentr por evaporacin, se agreg
10g de Hidrxido de Calcio y 10g de cido ctrico. Una parte de esta solucin madre
se utiliz para el mtodo de secado por atomizacin, y el resto se utiliz para la
extraccin con columnas de intercambio inico utilizando resinas catinicas y
aninicas, de las cuales se extrajo los componentes, obtenindose 19,84g; 17,20g y
17,10g de estevisido respectivamente por elusin de las columnas, constituyen el
14,4%; 13,63% y 13.41% de estevisido con relacin a la hoja seca.

13

Herrera (2011) menciona que la stevia rebaudiana Bertoni en su forma

natural es 10 a 15 veces ms dulce que el azcar comn de mesa, mientras que los
extractos de stevia rebaudiana Bertoni tienen un potencial endulzante de 100 a 300
veces mayor que la del azcar. El extracto en su forma lquida tiene un poder
endulzante aproximadamente 70 veces mayor que la sacarosa, mientras que los
extractos refinados de Stevia, llamados estevisidos (polvo blanco conteniendo 8595% de estevisido) son 200 a 300 veces ms dulce que la sacarosa.
JENTZER (2015) en la extraccin convencional realiz con 15 g de hojas
de stevia, mediante la adicin de 600 ml de agua desionizada en una botella de 1
litro y mantener a 60 C durante 120 min con agitacin magntica a 250 rpm. Los
extractos se diluyeron si el mtodo necesario y la cantidad de estevisido y el
rebaudisido A se determinaron por HPLC, se describe a continuacin, para
encontrar el rendimiento de extraccin de SG a partir de extractos.
2.3 Deshidratacin de hojas aromticas
Los sinnimos disecacin, secado o desecacin de un slido se refiere
generalmente a la separacin parcial o total del lquido que le acompae por medios
trmicos. La deshidratacin se refiere a la misma accin y es definida como un
secado artificial por medio del calor producido bajo las condiciones controladas de
temperatura, humedad relativa y velocidad del aire (SINGH y HELDMAN, 2014).
Deshidratacin, mtodo de conservacin de los alimentos que consiste en
reducir a menos del 11% su contenido de agua. Su aplicacin se extiende a una

14

amplia gama de productos: pescados, carnes, frutas, verduras, t, caf, azcar,

almidones,

sopas,

comidas

precocinadas,

especias,

hierbas,

otros.

http://www.herbotecnia.com.ar/poscosecha-secadoMetodos.htm(28 -10-2009).
Segn MUOZ (1996) la deshidratacin entraa, a la vez, una reduccin
considerable del volumen de las plantas frescas, que es interesante para su
almacenamiento, transporte y posible destilacin o procesado. El secado de un
slido se refiere generalmente a la separacin de un lquido de un slido por
evaporacin.
SINGH y

HELDMAN (2014) menciona que la desecacin se suele

conseguir eliminando el agua, si bien cualquier procedimiento que reduzca, en un

determinado alimento, la cantidad de humedad disponible.
2.3.1 Fundamentos del secado
SINGH y HELDMAN (2014) menciona que en un

proceso de secado

involucra aporte de calor y transferencia de masa. El calor debe transferirse al

material a secar para suministrar el calor latente requerido para la vaporizacin de la
humedad. Luego la masa de agua se vuelve vapor que pasa a la corriente de aire. El
secado es la eliminacin total o parcial de agua de los materiales de proceso y de
otras sustancias. El secado es un fenmeno complejo que involucra la transferencia
de calor y materia (el transporte de calor hacia dentro del material y el transporte de
agua hacia el exterior).
2.3.2 Aplicacin de la psicrometra al secado.

15

En cualquier proceso de secado, suponiendo un suministro adecuado de

calor, la temperatura y la velocidad a las cuales se produce la vaporizacin del
lquido dependen de la concentracin de vapor en la atmsfera circundante. En casi
todas las operaciones de secado, el agua es el lquido evaporado y el aire es el gas
de purga que se emplea comnmente. Para fines de secado se ha encontrado un
diagrama psicomtrico de gran utilidad. Es un diagrama de humedad que muestra las
caractersticas de humedad del aire. Estas curvas son representaciones grficas de
la relacin entre temperatura y humedad del vapor de agua en el aire en un sistema
a presin constante. Las temperaturas y volmenes especficos se muestran en el
eje horizontal, y en el eje vertical la humedad absoluta y la presin de vapor (SINGH
Y HELDMAN, 2014).
2.3.3 Mtodos generales de secado
MUOZ (1996) afirma que el secado es un procedimiento muy antiguo y
empleado hasta nuestros das, para conservacin de los alimentos. Existen diversos
mtodos para el secado, sea en forma natural o mecnica; Secado Natural Si se
cuenta con condiciones climticas adecuadas, baja humedad relativa y temperaturas
elevadas, el secado natural requiere poco gasto y es sencillo de realizar. El producto
se extiende en capas delgadas sobre bandejas que se exponen al aire libre durante
algunos das, teniendo la precaucin de removerlos frecuentemente y de cubrirlos o
guardarlos bajo techo durante la noche para evitar que el roco ennegrezca el
producto.

16

Secado mecnico. En el secado artificial o mecnico, al controlarse las

variables del tratamiento, en el lapso de unas horas, es posible obtener un producto
homogneo y de excelente calidad comercial. Hay diversos mtodos para
deshidratar las hierbas, que pueden clasificarse, de la siguiente manera: Secado por
aire caliente. Secado por contacto directo con una superficie caliente. Secado por
aporte de energa de una fuente radiante de microondas. Liofilizacin. De ellos, el
ms utilizado es la aplicacin de una corriente de aire caliente.
Al desecar una hierba hmeda con aire caliente, el aire que aplicamos
aporta el calor para la evaporacin de la humedad y acta como transporte para
eliminar el vapor de agua que se forma en la cercana de la superficie de
evaporacin.
http://www.cundinamarca.gov.co/cundinamarca/archivos/FILE_EVENTOSENTI/FILE_
EVENTOSENTI13435.doc (10-01-2015)
2.2.4 Factores que regulan el secado
ZEKI (2013) menciona que el estudio de la adecuada regulacin del
secado incluye los siguientes factores:
- Temperatura empleada, que vara con el alimento y mtodo de secado
- Humedad relativa del aire, que vara tambin con el alimento, mtodo de
secado y fase de secado, generalmente es mayor al comenzar la
deshidratacin.
- Velocidad del aire.
- Duracin del secado.

17

El control inadecuado de estos factores determina la aparicin de

endurecimiento externo debido a la rapidez de evaporacin de la humedad
superficial, dando por resultado una pelcula superficial dura, de aspecto queratinoso
e impermeable que impide que el alimento se siga secando.
2.2.4 Teora de secado
Contenido de humedad, base seca (x), es la que expresa la humedad de
un material como porcentaje del peso del slido seco. Se define como:
x=

Kg humedad
(1)
Kg solido seco

Contenido de humedad, base hmeda (h), es la que expresa la

humedad de un material como porcentaje del peso del slido mojado. Se define
como:

h=

Kghumedad
Kg humedad
=
(2)
Kg solido humedo Kg humedad+kg solido seco

Humedad de equilibrio: x*, Humedad del slido cuando su presin de

vapor se iguala a la presin de vapor del gas. Es decir, humedad del slido cuando
est en equilibrio con el gas.
Humedad libre: x- x*, Es la humedad del slido; que es la humedad que
est en exceso con relacin a la humedad de equilibrio. Es sta la humedad que se
puede evaporar y depende de la concentracin de vapor en la corriente gaseosa.

18

Existen otras definiciones como humedad lmite; que es la humedad del

slido que ejerce una presin de vapor de equilibrio menos que aquella que ejerce el
lquido puro a la misma temperatura y la humedad no lmite que es la humedad del
slido que ejerce una presin de vapor igual a la del lquido puro a la misma
temperatura (ZEKI, 2013).
2.2.4.1 Generalidades de las Curvas de Secado
Un proceso de secado es usualmente descrito por diagramas
construidos con las siguientes coordenadas.
. Contenido de humedad del material contra Tiempo de secado (Curva de secado).
. Velocidad de Secado contra Contenido de humedad del material (Curva de
velocidad del secado).
. Temperatura del material contra Contenido de humedad (Curva de temperatura).
Estas curvas son obtenidas bajo condiciones de laboratorio donde
se mide el cambio de masa y temperatura con el tiempo a base de muestreo. El
proceso de secado es obtenido con estado estable teniendo Tg, ug y Y como
constantes. Usando aire caliente como el agente de secado. La letra Y es el
contenido de humedad absoluta de masa en el aire. Esto quiere decir el peso de
masa de vapor de agua por peso de masa de aire seco (SINGH y HELDMAN, 2014).
Y=

m A Kg de Vapor de agua
=
(3)
mB
Kgde aire seco

2.2.4.2 Curva de secado

19

Este tipo de curva nos muestra el contenido de humedad a travs

del tiempo en el proceso de secado. En el periodo inicial de secado, el cambio de
humedad en el material est ilustrado en la curva A-B. Al terminar este primer
periodo el secado toma una forma lineal del tipo X = f (t), en este periodo la velocidad
de secado es constante (recta B-C). El secado se mantiene igual por un periodo de
tiempo hasta que llega a un punto crtico (Punto C) donde la lnea recta tiene a
curvearse y a formar una asntota con el contenido de humedad Xeq donde es el
valor mnimo de humedad en el proceso de secado esto quiere decir que el punto E
jams es tocado.
La recta (B-C) es llamado el periodo de velocidad de secado constante, y al
siguiente periodo de secado se conoce como el periodo de cada de velocidad del
secado (ZEKI, 2013).

20

Figura 01: Curva de secado

Figura 02: Curva de velocidad de secado

Este tipo de curva indica con que velocidad se seca el material.

Este diagrama es muy til para diferentes propsitos. Este diagrama tiene la funcin
WD=f(X), donde muestra la cantidad de humedad removida desde el material secado
por unidad de tiempo por unidad de superficie secada (ZEKI, 2013).
W D=

mdX
(4)
Adt

21

N=

dX
(5)
dt

En esta grafica tambin pueden verse los periodos de velocidad

constante y cada en la velocidad de secado. La explicacin de la forma de la curva
de secado est conectado con el fenmeno de transferencia de masa y calor. Antes
del secado la superficie del material est cubierta con una capa delgada de lquido la
cual puede ser tratada como humedad desatada, libre o capilar. La evaporacin
empieza con el contacto con el aire. Considerando la resistencia de la transferencia
de masa, tenemos las condiciones externas y la capa circulante de gas; limitando la
velocidad de secado. As la velocidad de evaporacin puede expresarse como el
coeficiente de transferencia de masa y un gradiente de humedad del aire (SINGH y
HELDMAN, 2014).
W D=k g ( Y s Y ) (6)

Donde Y y Ys son la humedad del ambiente circulante. El

coeficiente de transferencia de masa kg para una velocidad de gas constante en
relacin con el material, permanecer constante. La humedad Ys corresponde a las
condiciones de saturacin en la temperatura de la capa de lquido (Ts). Como la
evaporacin de la humedad requiere de la misma cantidad de calor latente de
evaporacin, la superficie del lquido despus de algn tiempo alcanzar una
temperatura de equilibrio (Periodo inicial de secado), as la cantidad de calor
proveda haca la superficie desde el aire circulante ser igual al calor necesario para

22

el cambio de fase. La humedad Ys permanece constante. Como resultado de los

parmetros constantes del proceso, la humedad del aire Y no cambia. La velocidad
de evaporacin entre los puntos B y C ser constante e igual a WD cr. Este valor es
igual a la velocidad de evaporacin en una superficie libre. Sin embargo se ha
demostrado que WD cr depende del tipo de material secado y usualmente es menor
que el 30% de los valores obtenidos en el proceso de la evaporacin de lquidos en
una superficie libre (SINGH y HELDMAN, 2014).
Como ya es bien sabido en el periodo inicial de secado, el cuerpo
a secar y su superficie estn cubiertas con una capa de lquido, teniendo una
temperatura menos a la temperatura de equilibrio Ts y como resultado, la velocidad
de secado en el rango entre los puntos A y B se incremente hasta que la temperatura
de la superficie alcanza el valor correspondiente a la lnea B-C. Es ms raro cuando
el secador es alimentado con material hmedo a una temperatura T > Ts. Entonces
el periodo inicial de secado est representado por la lnea punteada A-B.
Usualmente el periodo de secado inicial es muy corto y en la prctica puede ser
despreciado (ZEKI, 2013).
Cuando X < Xcr la cantidad de humedad que alcanza la superficie
del cuerpo a secar empieza a caer gradualmente. Como resultado, la presin de
vapor arriba de la superficie del material tambin empieza a decrecer de acuerdo a la
ecuacin 4.31 la velocidad secado decrece. Entonces nosotros nos encontramos el
periodo de cada de la velocidad de secado (Curva C-D) en este periodo la velocidad

23

de secado es controlado por el transporte de la humedad del material (condiciones

internas) la cuales dependen del gradiente de la concentracin de humedad.

2.2.4.3 Tiempo de secado

Segn SINGH y HELDMAN, (2014) menciona que el tiempo de
secado depende del material, esto define las caractersticas que tendr la curva de
secado.
El tiempo de secado debe ser determinado separadamente para
el primer y segundo periodo se secado (ALVARADO, 1996).
La Ecuacin 4 define la velocidad de secado, esta puede
reacomodarse para obtener el tiempo de secado.

X cr

m
dX
dt= As W (7)
D
0
X
2

Donde X1 y X2 son el contenido de humedad desde el tiempo cero

al tiempo t, respectivamente.
2.2.4.4 Periodo constante de secado
El secado en este periodo es constante y por lo tanto de la
Ecuacin 7 obtenemos el tiempo para la primera parte del periodo de secado.

24

t I=

ms
( X X cr )(8)
A . W DII 1

Obsrvese que X2 = Xcr en la ecuacin 7 esto es porque es el

contenido de humedad al final del primer periodo. En este periodo de secado influyen
la velocidad de secado WDI depende de los coeficiente de transferencia de calor y
masa (h y kg) entre el agente de secado y la superficie a secar.
Sin embargo los materiales porosos representan un reto debido a
su estructura no uniforme que crea dificultades en la estimacin del contenido crtico
de humedad. Es por eso que a veces es mejor hacer experimentos bajo condiciones
similares a las que se usan en la prctica en la industria (SINGH y HELDMAN,
2014).
2.2.4.5 Periodo de cada de secado
Este periodo de cada de secado puede comportarse de manera
lineal como lo muestra la curva de velocidad de secado (Figura 2) pero tambin
puede comportarse de manera no lineal por lo cual requiere un estudio ms
minucioso del comportamiento de la curva de secado. En este estudio
consideraremos el caso lineal de la curva de cada secado.
La forma de la velocidad de la curva de secado depende del tipo
de cuerpo, la velocidad de secado en el primer periodo de secado y el contenido
crtico de humedad.

25

Ahora tomando la Ecuacin 8 podemos construir una ecuacin

similar en la cual la velocidad de secado depende del contenido de humedad.
X cr

m
dX
t II = s
(9)
A X W DII
2

Donde X2 es el contenido final de humedad en el material.

Si observamos la Figura 2 podemos decir que existe una
dependencia de WDII=f(X) que es linear y puede ser escrita de la siguiente manera.
w DII =aX +b (10)
Sustituyendo esta ecuacin en la Ecuacin 9 obtenemos:
X cr

m
dX
t II = s
(11)
A X aX +b
2

Realizando la integracin obtenemos:

t II =

ms a X cr +b
ln
(12)
aA a X 2 +b

Los coeficientes pueden ser obtenidos de la siguiente manera.

a=

W DI +W DII
(13)
X cr + X 2

W DII =a X 2+ b(14)
Sustituyendo estos coeficientes (a y b) en la Ecuacin 12 obtenemos:

26

t II =

ms X cr X 2
W
ln DI (15)
A W DI +W DII W DII

Finalmente el tiempo total del proceso es la suma de los tiempos tomados en los dos
periodos.
t=t I t II (16)

III.

3.1

OBJETIVOS

Objetivo General

Determinar las condiciones ptimas para la deshidratacin de las hojas

de stevia (Stevia rebaudiana) por conveccin.

3.2

Objetivos especficos

Determinar la humedad inicial en la recepcin, entrada al secador y

humedad final de las hojas de stevia (Stevia rebaudiana ).

Determinar los parmetros ptimos para la deshidratacin de la stevia

(Stevia rebaudiana)

Determinar las caractersticas fsico-qumicas (porcentaje de aceites

esenciales) en el producto terminado.

Determinar la carga microbiolgica (recuento total) en la hoja de stevia

al inicio y al final del secado.

IV.

HIPTESIS

Ho: La humedad final, la temperatura, el tiempo y el espesor de secado de las hojas

de Stevia en el proceso de deshidratacin no influyen en la aceptabilidad del
producto final.
Hi: La humedad final, la temperatura, el tiempo y el espesor de secado de las hojas
de Stevia en el proceso de deshidratacin si influyen en la aceptabilidad del
producto final.

V.

MATERIALES Y MTODOS

5.1 Lugar de ejecucin.

El presente trabajo se realizar en la Universidad Nacional Agraria de la
Selva, en el Laboratorio de Ingeniera de los Alimentos, situado en la ciudad de
Tingo Mara, provincia de Leoncio Prado, departamento de Hunuco, con una
temperatura promedio anual de 24C y una variacin de temperatura entre 17C Y
32 C, con 82%de HR.
5.2. Materia, materia prima y reactivos.
5.2.1. Materia prima.
La materia prima empleada para los experimentos preliminares y
definitivos sern las hojas de stevia (Stevia rebaudiana),

se obtendr de la

Localidad de Naranjillo, Distrito Padre Felipe Luyando, Provincia de Leoncio Prado,

Departamento de Hunuco.
5.2.2. Equipos de laboratorio
Secador de bandejas con alimentacin elctrica. Termo higrmetro
Balanza analtica electrnica OHAUS, modelo AP210s serial number 113032314,
Sensibilidad 0,0001 g, EEUU. Computadora instalada con programa de "DATA
TRACE" FOR WINDOWS DATATRECE micropack serial number M3T12677, model
7500T1, rango -20 To +140 DEGREES C, DATATRECE micropack serial number

M3T11776, part number 12752823-501, model 7500T2, rango -20 To +140

DEGREES C, USA. Estufa tipo LP 201/AL con temperatura hasta 200. Equipo micro
Kjeldahl para la determinacin de protenas. Equipo Soxhlet para la determinacin
de grasa. Equipo completo para la determinacin de fibra. Equipo de titulacin para
medir la acidez (bureta auto enrasable de
marca MSARIENFLED, tolerancia

10 mL), marca de bureta; pipetas,

0,1 mL volumen 10mL, made in Germany.

Picnmetro o matraz aforado de 100 mL clase A PIREX. Potencimetro, marca

SCHOTT, modelo CG840, digital, rango de pH 0 a 14, made in USA. Cmara
congeladora. Refrigeradora marca electrolux modelo FirgidaireFrost free, Canad.
5.2.3. Materiales de laboratorio.
Tubos de plstico con tapa de 15 y 20 mL. Cubetas de poliestireno,
Gene Mate(1cm x 1cm x 4,5cm). Tubos de ensayo Prex USA. Vasos de precipitacin
(1000 mL., 500 mL., 100 mL., 50 mL., 10 mL.). Gradillas. Probetas de 10, 100 y 500
mL. TermmetrosTips de -20 500 oC. Micropipetas regulables de 10 100 L y de
100 1000 L. Matraces erlenmeyer de 50 y 250 mL. Kimax USA. Papel filtro
Watman N 42. Film de polietileno. Tamiz de malla.
5.3. Mtodos de anlisis
A continuacin se detalla cada uno de los anlisis que se realizara en cada una
de las etapas del proceso, en la materia prima, en proceso de deshidratacin y
producto terminado de las hojas de stevia.
Determinacin de humedad. Antes y despus del secado. Se empleara

una mufla mediante el procedimiento de la A.O.A.C. 2000:

Actividad del agua.- Para el anlisis de dicha variable se realizar segn el
mtodo de A.O.A.C. 1997.Durante el proceso de deshidratacin se determinar la
humedad, el peso y el tiempo de secado.Adicionalmente en el proceso de secado se
determinar el peso cada minuto a 30C, 35C y 40 C. Con los datos obtenidos se
proceder a realizar las respectivas curvas de secado para las hojas de stevia.
Determinacin del tiempo de secado.Para determinar esta variable se
utilizar un cronmetro con el cual se calcular el tiempo transcurrido desde que las
hojas ingresaron al secador hasta conseguir un peso constante de las mismas. El
tiempo de secado corresponder al tiempo transcurrido desde la determinacin de la
humedad inicial hasta la obtencin de la humedad final.
Al producto terminado se realizar los siguientes anlisis; humedad, actividad del
agua, anlisis microbiolgicos (mohos, levaduras y recuento total de aerobios) y
anlisis organolptico.
Anlisis organolpticos. Se realizar mediante la prueba de Friedman
con la intervencin de un panel de degustadores que calificados para todos los
tratamientos. Se evaluar: color, aroma y sabor.
Procedimiento:
- Se utilizar un panel de 10 catadores, los cuales con la ayuda de una gua
instructiva para evaluar color, sabor y aroma se encargaran de calificar
segn sus preferencias.

- Con los resultados obtenidos a partir de las degustaciones se procedi a

hacer los anlisis estadsticos utilizando la ecuacin matemtica de
Friedman.
Anlisis microbiolgicos.Se determinar segn el mtodo AOAC 997.02
(2002), con la finalidad de establecer la presencia de mohos, levaduras y aerobios
totales, a travs del sistema petrifilm para todos los tratamientos.
Determinacin del rendimiento. Esta variable se la determinar una vez
obtenido el producto final, para ello se realiz un balance de materiales del proceso
de deshidratacin para cada planta.
Evaluacion sensorial. La evaluacin sensorial se realizar preparando
una infusin de stevia a base de los diferentes tratamientos. Los atributos evaluados
sern el color , aroma, y sabor por un espacio de 30 dias, utilizando una escala
edonica de 5 puntos como se muestra en el Anexo 1.

VI.

METODOLOGA EXPERIMENTAL

6.1. Descripcin del proceso de deshidratacin las hojas de Stevia.

A continuacin se detalla cada uno de las actividades que se realizarn para
el proceso de deshidratacin de las hojas de stevia.

Materia prima (Hojas de Stevia): Las plantas que se utilizaran en el

proceso de deshidratacin debern estar en el estado fresco.

Pesado: Se pesar la materia prima para obtener rendimientos de

cada especie con la ayuda de una balanza digital.

Prima
Hojas
Stevia Luego deMateria
de
Seleccin:
obtener
el peso de la materia prima se
proceder
a realizar la seleccin
tomando en cuenta el color, de
1000 g
Pesado
preferencia hojas verdes, sin materias extraas, partes sanas, que no

SeleccinHojas: Daadas, marchitas, enfermas, amarillas: tall

tengan problemas fitosanitarios. Esta actividad se la realizar en la

mesa
para las dos Suciedades,
especies. tierra, sustancias extraas
Lavado
Agua de seleccin y lavado
Lavado: Las hojas seleccionadas sern sometidas a un lavado por

Hipocloritoaspersin
de sodio e inmersinDesinfeccin
con la ayuda de un equipo de lavado y tinas

de plstico, con el fin de eliminar las suciedades, sustancias extraas

Escurrido

Agua

las cuales se encuentran adheridas a las superficies del producto,

teniendo cuidado que las Pesado

hojas no sufran daos.
Desinfeccin: Las hojas lavadas se desinfectarn con una solucin

Secador de bandejas
Deshidratado
Agua
de40oC
hipoclorito de sodio al 10% para las dos especies. 10 ppm o 10
30oC, 35oC,

mg por litro de agua.

Enfriado

Pesado
Fundas de polietileno

Envasado
Sellado
Almacenado

Hojas secas

Figura 03: Diagrama de bloques para la deshidratacin de las hojas de stevia.

Escurrido: Las especies se

colocarn

en gavetas

plsticas

perforadas con el objeto que fluya el agua que queda despus del
lavado, para luego someter las hojas a un oreado a la sombra con el

fin de que reduzcan en porcentaje de agua.

Pesado: Se pesar el material seleccionado de cada especie con la
ayuda de una balanza digital para ver el peso despus del lavado y

obtener rendimientos.
Deshidratado: Las hojas se colocaran al equipo de secado (secador
de bandejas), con humedades inciales de las hojas frescas, con
espesores del material de 3 y 5 cm dependiendo del tratamiento. Se
tomar nota del tiempo y peso que fue perdiendo el producto durante
el proceso, con intervalos de 1 min para cada tratamiento. Se usar
un cronmetro y una balanza electrnica, llegando a obtener un peso
constante para cada especie. Este proceso se lo realizar

manteniendo constantes: humedad relativa, velocidad del aire.

Enfriado: Las especies deshidratadas se enfriarn a temperatura
ambiente antes de envasar y sin demoras en el tiempo para que no

absorban humedad.
Pesado: Las hojas deshidratadas se pesarn con la ayuda de una
balanza electrnica con el fin de determinar rendimientos a travs del

balance de materiales.
Envasado: Se utilizarn fundas de polietileno N 10000, los cuales
nos brindan una mxima impermeabilidad posible, conservndose de
buena forma. Esta actividad se realizar de manera manual con la
ayuda de guantes. Luego del envasado el producto se proceder a

etiquetar manualmente. Se tomar las muestras para realizar anlisis

al producto terminado, tales como: fsico qumicos (actividad del
agua, porcentaje de aceites esenciales), microbiolgicos (mohos,
levaduras y recuento total); y, organolpticos (color, aroma y sabor),

estos se los realiz al primer da y 30 das de almacenamiento.

Sellado: Se realizar con la ayuda de una selladora de impulso con el
objeto de que exista mayor seguridad para que la planta no capte

humedad del ambiente.

Almacenado: Las plantas secas se almacenarn en un lugar limpio,
fresco, aireado, evitando el contacto directo con la luz solar y
separado entre las plantas para evitar que estas intercambien olores.

10

VII. DISEO EXPERIMENTAL

7.1. Obtencin de hojas deshidratadas de la Stevia.

HOJAS DE STEVIA

A1

b1

b2

r1, r2, r3

b1

r1, r2, r3

A4

A3

A2

b2

r1, r2, r3

b1

r1, r2, r3

b2

b2

r1, r2, r3

r1, r2, r3

b2

r1, r2, r3

Determinacin de la porcentaje de humedad final, tiempo de secado, rendimiento, mhos y levadur

6.1.1 Factores en estudio

En el diseo experimental habrn dos factores: La temperatura de secado y el
espesor del material.
El Factor temperatura tendr 3 niveles (30 oC, 35 oC y 40 oC) mientras que el
Factor espesor del material ser de 2 niveles ( 3 cm y 5 cm)
Cuadro 1: Factores y niveles en el diseo experimental
FACTORES

NIVELES

11

30 oC

A1

35 oC

A2

40 oC

A3

Secado solar
3cm

A4
B1

5cm

B2

A:Temperatura de secado

B:Espesor del material

Fuente: Elaboracin Propia
7.1.2. Tratamientos.

En el presente trabajo de investigacin se tendr 6 tratamientos.

Cuadro 02: Tratamientos en el trabajo de investigacin
TRATAMIENTOS
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8

Temperatura de
secado A
30 oC
30 oC
35 oC
35 oC
40 oC
40 oC
Secado solar
Secado solar

Espesor del
material B
3 cm
5 cm
3 cm
5 cm
3 cm
5 cm
3cm
5cm

Combinaciones
AxB
A1B1
A1B2
A2B1
A2B2
A3B1
A3B2
A4B1
A4B2

7.1.3. Tipo de diseo.

Se aplicara el diseo completamente al azar con arreglo factorial A x B.
7.1.4. Caractersticas del experimento
El experimento tendr las siguientes caractersticas.
Nmero de repeticiones:

(3)

Nmero de tratamientos:

(4)

Nmero de unidades experimentales:

(32)

12

7.1.5. Unidad experimental

En el Cuadro 03 se detalla el anlisis de variancia.
Cuadro 03: Anlisis de variancia para el trabajo de investigacin
FUENTE DE VARIACIN
Total
Tratamientos
Factor A (Temperatura de secado)
Factor B (Espesor del material)
AxB
Error experimental

GRADOS DE LIBERTAD
31
7
3
1
3
12

7.1.6. Anlisis funcional

Si existe diferencia significativa en los tratamientos se realizara la Prueba
de Tukey para tratamientos; DMS para factores (A y B) y grafico para las
iteraciones.
7.1.7. Variables a evaluar
Las variables sern de tipo cuantitativa y cualitativa.
Variables cuantitativas:

Porcentaje de humedad final

Tiempo de secado
Porcentaje de aceites esenciales
Rendimiento
Mohos y Levaduras (UML/g)
Recuento total de aerobios

Variables cualitativas:
Color
Aroma

13

Sabor

VIII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

8.1.

Cronograma de actividades:
En el siguiente cuadro se presenta el cronograma de actividades del proyecto
de investigacin cientfica.

Cuadro 4. Cronograma de actividades para determinacin de las condiciones

ptimas para la deshidratacin de las hojas de Stevia (Stevia rebaudiana
) por conveccin

Meses
ACTIVIDADES

Febrero

Marzo

Revisin de Literatura

XX

XXXX

Elaboracin del
proyecto y aprobacin

XX

XX

Abril

Mayo

XXXX

XXXX

Junio

XXXX

Julio

XXXX

Agosto

XX

14

Obtencin de las
muestras y materiales
Deshidratacin

XX
XX

XXXX

XXXX

Anlisis de datos

XX XXXX

Correcciones e
imprevistos

XXXX

Presentacin y
sustentacin

XXXX

X =Una semana
8.2 Presupuesto:
Cuadro 5. Presupuesto para determinacin de las condiciones ptimas para la
deshidratacin de las hojas de stevia ( Stevia rebaudiana ) por conveccin

N Partida Rubro

01.0 Bienes
01.10 Materiales de escritorio
- 2 millar de papel Bond A 80g.
- 4 plumones indelebles
- 10 folder manila
- 1 cuaderno registro
- 2 lapiceros tinta lquida
01.20 Materiales de proc. de datos
- 2 USB
- 2 cartuchos de impresin
- 5 CD-ROM
01.30 Impresin, fotocopia, Internet
01.40 Insumo, reactivos.
01.50 Material de limpieza.

Costo
Total S/.

Costo
Rubro S/.

Costo
total
partida
S/.
1310

105
60
20
10
5
10
305
200
100
5
250
550
100

15

02.0 Servicios
02.10 Pasajes y viticos
02.20 Anlisis fisicoqumico
02.30 Tipeo, impresin y encuadernado
02,40 Electricidad
02.40 Alquiler de equipo

3200
400
1500
500
300
1500
Sub. total
Imprevistos (10%)
TOTAL

4510,00
451,00
5961,00

IX BIBLIOGRAFA

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Anexo 1.
CARTILLA DE EVALUACIN
Nombre: Fecha:
Producto: Stevia
Hora : .
ATRIBUTO COLOR
Observar fijamente el producto seco y marque lo conveniente
ESCALA
MUESTRA
Verde intensamente brillante
Verde brillante
Verde ligeramente brillante
Verde opaco
Verde muy opaco
ATRIBUTO AROMA
Acerquese aproximadamente a 5 cm y perciba el aroma del producto y marque la
escala conveniente
ESCALA
MUESTRA
Muy fuerte
Ligeramente fuerte
Adecuado
Ligeramente pobre
Muy pobre
ATRIBUTO SABOR
Pruebe la muestra y marque la escala que crea conveniente
ESCALA

MUESTRA

21

Me gusta mucho
Me gusta
Me gusta ligeramente
Me disgusta Ligeramente
Me disgusta mucho