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1 CONSULTORIA: SERVICIO DE ASISTENCIA TECNICA EN MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN PRIMARIA A LA PLANTA DE PROCESO - PARA LA EMPRESA BENEFICIARIA WIRACCOCHA DEL PERU SAC PARA De ASUNTO : Cynthia Garcia Arcia Coordinadora Nacional Proyecto Biocomercio Andino : Cipriano Mendoza Rojas Consultor : Informe de actividades FECHA : Diciembre del Por el presente es grato dirigirme a Ud., para saludarlo muy cordialmente; e informar sobre la consultoría, de acuerdo a la Orden de Servicio N : SERVICIO DE ASISTENCIA TECNICA EN MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN PRIMARIA DEL CULTIVO DE QUINUA - PARA LA EMPRESA BENEFICIARIA WIRACCOCHA DEL PERU SAC, el cual cumplo en reportar el avance detallado de las actividades. 1. INTRODUCCION La consultoría comprende la evaluación del proceso productivo de transformación primaria que se realiza a la quinua orgánica hasta la obtención de producto terminado. Durante las etapas del proceso productivo se ha realizado una evaluación de las variables y parámetros, así como los equipos y maquinarias que limitan la productividad de la planta y calidad del producto terminado. El presente informe propone soluciones en estas etapas de proceso críticas, así como la evaluación de mermas para el mejoramiento de proceso y obtención de un producto de mayor calidad.

2 2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRIMARIO DE QUINUA El proceso primario de la quinua consiste básicamente en las siguientes etapas que a continuación se describe: a. RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA El Jefe de Control de Calidad es el encargado de recepcionar la materia prima en el almacén de la planta. El acopio se realiza directamente de los productores o por convenio con la empresa. En esta etapa se toma las siguientes acciones:. Verificar la calidad de los granos utilizando un detector de la humedad, para controlar a los cereales y granos almacenados que son un vector peligroso de contaminación. Verifica las características organolépticas de los granos. Examinar la existencia de sustancias extrañas (piedras, palos, otros granos). Examina la presencia de heces fecales ( análisis microbiológico) Examina la presencia de alguna plaga. Verificar con la ficha técnica con que cuenta la empresa para estos productos. Reporta y actualiza el kárdex visible como señal de ingreso del producto, debidamente codificado con el lote correspondiente. b. SELECCIÓN Y PRE LIMPIEZA El objetivo es obtener granos libres de toda impureza (piedra, palos, tierra o metales), a fin de que la materia prima quede expedita para la siguiente etapa. c. ESCARIFICADO/ DESAPONIFICADO El objetivo de esta etapa es remover la saponina del grano de la quinua, obteniendo dos productos: quinua escorificada y saponina en forma de polvillo. Para esta etapa muchos investigadores recomiendan emplear el método por vía seca que consiste en la fricción entre granos por acción mecánica (escarificado) con lo cual se elimina la saponina presente como una envoltura en la superficie de la quinua en forma de polvo fino junto con otras impurezas (pajas). La remoción de la saponina no es en su totalidad ( 70 a 80 %), se tiene que evitar riesgos de rotura del grano por someter a una fricción prolongada. Esta operación se realiza utilizando equipos sencillos por fricción. Esta operación se realiza en un equipo construido en acero inoxidable denominado escarificadora de una capacid ad de kg/hora, en el cual la quinua permanece 2 a 3 minutos para el pelado. Para evitar la contaminación ambiental por polución del polvillo, la saponina es extraída mediante un extractor ventilador y separado del aire en un ciclón y filtros de manga, para luego recolectar en costales. La quinua escarificada está en condiciones de pasar a la siguiente etapa que es el lavado.

3 d. LAVADO Con la finalidad completar la eliminación total de la saponina se realiza la siguiente operación que consiste en el lavado de la quinua escarificado. Esta operación se realiza en un tanque cilíndrico de acero inoxidable con agitación empleando agua potable de la red municipal por prevés minutos con la finalidad de remover la saponina aun presente en la superficie de la quinua y el polvillo como saponina adherida en los granos durante la operación de la escorificación. La eliminación de la saponina es rápida por ser soluble en el agua, el lavado se realiza mínimamente con dos enjuagues. La humedad retenida en esta operación es de 28 % base húmeda e. CENTRIFUGADO Esta operación de centrifugación se realiza con la finalidad de remover la máxima cantidad de agua absorbida por la quinua durante el lavado. La humedad final en base humeda es aproximadamente de 21 %. El agua centrifugada y contaminada con la saponina y polvillos finos se drena directamente al alcantarillado. El centrifugado se realiza en un tanque centrifugador construido en acero inoxidable, con alta revolución de rotación por breves minutos. f. SECADO Para alcanzar la humedad máxima permisible según estándares de calidad de acuerdo a la Norma Tecnica Peruana para el producto grano (13 % ) es necesario remover el contenido de la humedad de la quinua y para ello es necesario someter la quinua a la operación del secado. Existe diferentes tecnologías para este fin desde secado artesanal utilizando energía solar hasta el empleo de tecnologías convencionales adaptadas al secado granos de quinua húmedo utilizando equipos de secado llamados de alta eficiencia como son secado por lecho fluidizado continuo vibratorio y secador por transporte neumático o flash. La empresa Wiracocha para este propósito ha adoptado dos formas de secado de acuerdo al volumen de procesamiento. El secado solar y el de lecho fluidizado vibratorio, este ultimo por el momento no opera por problemas de ocasionar el impacto ambiental hacia los vecinos circundantes a la planta por la generación del ruido causado por la vibración de martillos acoplados en el equipo de secado. Frente a este problema la empresa opto la operación de secado empleando energía solar que demora un periodo de 8 horas aproximadamente para reducir la humedad inicial desde 21 hasta 11 a 12 % base humedad, valor por debajo de la norma peruana establecida de 13 %. Esta operación de secado si bien es cierto que tiene ciertas ventajas por ahorro de energía, sin embargo por el momento constituye el cuello de botella de todo el proceso de la quinua, además el producto quinua está sometido a riesgos de contaminación por la presencia de polvo, pelos y heces fecales que pululan en el medio ambiente y además la manipulación es dificultoso y requiere mucho mano de obra.

4 g. CLASIFICACION Y LIMPIEZA Una vez realizada el secado de la quinua la siguiente operación es la clasificación y la limpieza. Esta operación se realiza empleando equipos diseñados especialmente para clasificar la quinua de acuerdo al tamaño de la abertura de las zarandas. La clasificación es mecánico por vibración de las zarandas, el cual tiene cinco ductos de salida que lo clasifica como: Granos extras Quinua de primera Quinua de segunda Quinua de tercera Merma (polvo, pajillas, arenillas) Esta quinua clasificada si bien es cierto que cumple ciertas especificaciones para algunos mercados (local y regional), aun no es exenta de ciertos contaminantes como son los metales, por tanto es necesario contar con un seleccionador de imán para separar los metales y tierras raras magnéticas, obteniéndose así granos de quinua 100 % limpios para cumplir mercados de mayor exigencia. La quinua clasificada que aun continua contaminada se recircula para su limpieza. En esta operación se nota la emisión de polvillos finos por la acción del zarandeo, contaminado así el ambiente de trabajo. h. SELECCIÓN OPTICA La quinua limpia exenta de contaminantes (metales y tierras raras) es sometida a la acción de control óptico para clasificar de acuerdo a su color. El objetivo de esta operación es estandarizar el producto de manera uniforme en cuanto a color y apariencia del producto final para satisfacer los requisitos del consumidor. Cuando la operación de clasificación no cumple con los parámetros establecidos en la ficha técnica y especificaciones del cliente, se repite la operación hasta alcanzar el color uniforme en un 100 %. El descarte resultante es quinua clasificada de acuerdo a su color son granos de quinua muy limpios, que aún se puede recuperar lentamente. i. EMPACADO Y PESADO La quinua seleccionada de acuerdo a su color uniforme viene a ser el producto final granular para ser pesado y empacado en sacos etiquetados de acuerdo al pedido del mercado en bolsas de diferentes capacidad y presentación, siendo normalmente de 25 kilogramos. j. ALMACENAMIENTO La quinua pesada y empacada es almacenada sobre tarimas de madera en forma apilada y ordenada, teniendo en consideración la reglamentación de almacenamiento PEPS (primero que entra primero que sale). Los sacos de quinua son almacenados en pilas de 5x20 haciendo un total de 100 sacos por bloque. En esta etapa es necesario realizar control en cuanto a la humedad y la temperatura con la finalidad de evitar el deterioro del producto por condiciones ambientales externas.

5 3. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO A continuación, el procesamiento de la quinua orgánica perlada, lavada y seleccionada se presente en un diagrama esquemático por bloque con la finalidad de visualizar las diferentes operaciones descritas en la descripción del proceso. Materia Prima Quinua Selección-Prelimpia Escarificado Saponina Lavado Centrifugado Agua Secado Agua Clasificación y Limpieza Merma Despedrado Merma Selección Optica Ensacado y Pesado Almacenamiento QUINUA EN GRANO Fig. 1. Diagrama de flujo de proceso por bloques del procesamiento de quinua orgánica

6 4. MAQUINARIAS PARA EL PROCESAMIENTO DE LA QUINUA En forma resumida se enumera las diferentes maquinarias utilizadas en el procesamiento de la quinua orgánica 1. Escarificadora 2. Lavadora 3. Centrifugadora 4. Secador 5. Despedradora 6. Mesa Gravimétrica 7. Seleccionador Óptico 5. HIGIENE Y SANEAMIENTO Limpieza e higiene de equipos en planta: todos los equipos y maquinaria una vez finalizada la operación recibe la limpieza especialmente de los polvos que se ha sedimentado sobre su superficie y las partes móviles, la limpieza generalmente se realiza con aire comprimido tanto de las maquinas, ambiente de las maquinas, almacenes y demás y para lo cual se lleva un registro diario de este proceso. Limpieza de maquinas contaminadas con quinua convencional: cuando se procesa quinua convencional, una vez concluida la operación, las maquinas son purgadas con quinua orgánica a fin de eliminar los vestigios de quinua convencional que hayan depositado durante su procesamiento en las partes internas de las maquinarias, lo que garantiza la operación exclusiva de la quinua organica. El agua de lavado de la quinua: esta agua debe cumplir ciertos requisitos como exenta de elementos patógenos, para lo cual cada 15 días se realiza el lavado con agua clorada al %. Iluminación natural del ambiente de trabajo: Los ambientes de procesamiento de la quinua cuenta con iluminadas artificial y natural a través de grandes ventanas, las mismas que están protegidas con micas y mallas tipo set que no permiten el ingreso de insectos y otras plagas.

7 Servicios higiénicos la planta cuenta con servicios higienicos adecuadamente dotados para el personal que trabaja, estos servicios esta ubicadas de acuerdo al reglamente y están alejadas de las aéreas de operación a fin de evitar la contaminación. Se debe señalar que los procedimientos, objetivos, y alcances que garantizan la seguridad e higiene en la planta están considerados en el Procedimientos Operativos Estandarizados de Saneamiento - POES de la empresa, el mismo que es retroalimentado periódicamente al personal y evaluado cada tres meses. 6. LIMITACION DE LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA DE LA PLANTA El procesamiento de la quinua orgánica es en forma continua utilizando diferentes operaciones en forma secuencial desde la recepción y adecuación de la materia prima hasta la obtención del producto final que consiste en la obtención de quinua organice debidamente seleccionada libre de impurezas y con un uniformidad de color para satisfacer la demanda de los clientes del mercado internacional. En toda esta etapa del proceso, el secado de la quinua húmeda desaponificada (21 % de humedad) viene a constituirse el cuello de la botella, en vista que la planta procesa en gran volumen aproximadamente de 2 toneladas por hora y para cumplir este requerimiento se requiere emplear tecnologías convencionales del secado en forma continua. En el mercado internacional no existe equipos diseñados específicamente para secar granos de quinua, por tanto hay necesidad de adaptarlos, en este caso la empresa Wiraccocha adapto la tecnología de secado por lecho fluidizado vibratorio, que es un equipo altamente eficiente para secar granos particulados en general por tiempos prevés de 5 minutos en forma continua, sin embargo esta tecnología esta adecuado para granos que presenta diámetros superiores a 2 mm, puesto que para fluidizar, ebullición de solidos con aire caliente, el equipo esta adaptado con un tamiz de 2 mm de diámetro construido en una plancha de acero para fluidizar los granos con aire caliente, como los granos de quinua presentan diámetros menores a 2 mm, estos atraviesan el diámetro del tamiz y caen hacia el fondo del equipo por donde de suministra aire calienta, lo causa el deterioro de la quinua por el prolongado contacto de granos de quinua con aire caliente (130 o C) por más de 8 horas de operación, excediendo así los límites permisibles del contenido de humedad mucho menores a 13 % de humedad, llegando al extremo de alcanzar el grado de ser quinua tostada, deteriorando así la calidad del producto.

8 Por tanto hay necesidad rediseñar el diámetro de los agujeros para una buena fluidización adaptando al tamaño medio de los granos de quinua. Por otro lado este equipo por el momento no esta operativo por problemas de causar impacto ambiental por la generación de ruido y vibración que afecta a propiedades contiguas a la empresa, lo que obliga a rediseñar remplazando el efecto vibracional que origina el avance longitudinal de la quinua por otro con movimiento excéntrico empleado resortes. En la actualidad el proceso de la quinua húmeda se realiza por medio de energía solar al ambiente por un periodo de 8 horas sujetos a posibles riegos de contaminación. 7. EVALUACION DE MAQUINARIAS Y PROPUESTAS DE NUEVOS PARAMETROS DE CONTROL, EFICIENCIA Y RENDIMEINTO DEL PROCESO PROPUESTA DE MEJORA DE CALIDAD DEL PRODUCTO. A continuación en forma breve se presenta el resumen de evaluación de las principales maquinas donde se puede realizar algunos controles y mejorara de su rendimiento. Como se sabe la quinua presenta la saponina que es un glucósido tóxico presente en el pericarpio del grano de la quinua que da a la quinua un sabor amargo y tiene propiedades antinutricionales, pero puede ser utilizada fármacos o producción de jabones, detergentes, cosméticos, etc. La remoción de la saponina puede ser hecha en forma independiente por medio mecánico (abrasión) y húmedo (lavado) o mixto. La planta realiza la desaponificacion en forma mixto. Así, para eliminar la saponina mecánicamente se emplea un equipo llamado escarificador de saponina, de los resultados experimentales y trabajos de investigación se tiene como referencia que con esta forma de la maquinaria se elimina la saponina en un orden de 60 % en forma de polvillo y el parámetro a controlar es el tiempo de escarificación, puesto que un tiempo prolongado de escarificación se puede eliminar mayor cantidad de saponina aumentando así su eficiencia, pero a costa de perder nutrientes como la proteína que se encuentra en la parte superior del grano, lo que disminuye su calidad del producto, por tanto existe la necesidad de cuantificar a través de un análisis del

9 contenido de saponina de granos de quinua, lo que permitirá calificar la eficiencia de la maquina en la remoción de la cubierta externa de la quinua, y esto a su vez permite mejorar el diseño del equipo para realizar un pulimento adecuado de escorificación. En esta unidad de escarificación, es necesario remover el polvillo saponina empleando dispositivos como son los ciclones y filtros de manga en fuentes fijas como es en este caso. Para realizar una remoción eficiente del polvillo es necesario diseñar adecuadamente estos dispositivos mediante previa evaluación granulométrica análisis de malla para determinar el rango de tamaño, lo que permite determinar la capacidad del ciclón y filtros mangas minimizando el impacto ambiental de contaminación del polvillo por sedimentación. En la unidad de lavado de quinua, el efluente contaminado como es el agua, es necesario determinar su contenido de saponina para determinar si se cumple las normas de VMA (valores máximos admisibles) antes de drenar el líquido al alcantarillado y evitar riegos de sanción por incumplimiento de normas, de lo contrario hay necesidad de hacer tratamiento químico del efluente liquido. Para determinar la eficiencia de eliminación de la saponina es necesario analizar el contenido de la saponina con la finalidad de determinar el tiempo de lavado. En la unidad de secado, el parámetro a controlar es el tiempo de secado y la temperatura de secado que influye directamente en la calidad del producto como es la degradación de las proteínas, una forma de control es midiendo el contenido de la humedad del producto quinua empleando instrumentos de detector de humedad, en base a esta medida se regula la temperatura de entrada de aire caliente y el flujo de alimentación de quinua húmeda. Esta operación consiste en encontrar las condiciones óptimas de secado ajustando los variables de secado.

10 OT RO S ESACRIFIC ADO LAVADO Y SECADO LIMPIEZA 8. DETERMINACION DE MERMAS EN EL PROCESO PRODUCTIVO DE QUINUA En el proceso productivo se evaluó la producción de tres lotes de quinua, para determinar la merma en todo el proceso. El presente cuadro refleja los resultados: PRODUCTO: PESO DE PRODUCTO FINAL (KG) 100 Porcentaje de humedad 11.34% PESO DE MATERIA PRIMA (KG) Porcentaje de humedad 11.9% PROCESO PRODUCTO UNIDAD TOTAL (% ) QUINUA PRIMERA KG 89 QUINUA SEGUNDA KG 2.5 QUINUA EXTRA KG 1.7 QUINUA MENUDA TERCERA KG 0.54 QUINUA TAL CUAL KG 1.8 RECHAZO DE SELECTOR KG 1.9 BARRIDO -MAT. EXTRAÑAS, POLVILLO, PIEDRA, PAJA, IMPUREZA KG 0.31 DIFERENCIA DE HUMEDAD KG 0.58 IMPUREZAS (PAJILLAS, MERMA0 EN SECADO, RESTOS EN MANTADA, ) SAPONINA IMPUREZAS (PIEDRA, RAMAS, OBJETOS EXTRAÑOS) KG 0.21 KG 7 KG 0.5 DIFERENCIA DE PESOS SACOS KG CONCLUSIONES Del análisis se concluye lo siguiente: 1. El mayor problema que se presenta con el procesamiento de la quinua es la eliminación de las saponinas en vista que la calidad final del producto depende de la presencia de este contaminante y a su vez de la reducción del contenido de humedad por debajo de 13 % durante el proceso de secado. 2. La planta cuenta con dos métodos de eliminación de la saponina, proceso de en seco (escarificación por fricción) y húmedo (lavado). En ambos procesos existe la necesidad de analizar si dañan el grano de quinua.

11 3. En el proceso por vía seca el problema que se presenta es por la perdida de materia prima (disminución de la calidad proteica), por tanto, existe la necesidad de evaluar los tiempos escarificación para cada variedad de quinua mediante el análisis y cuantificación. Esta información sirve para mejorar el diseño de la maquina escarificadora de quinua que pueda producir rendimientos elevados de separación de saponinas, a bajos costos. En el caso de lavado, de igual manera se debe determinar el tiempo de extracción de saponina, la relación volumen de agua y la carga de quinua y la velocidad de agitación. Estos parámetros se puede evaluar a nivel de laboratorio para determinar los valores óptimos para garantizar las características deseadas de la quinua con mínimo contenido de la saponina acordes a las normas. 4. El proceso de secado de la quinua húmeda a gran volumen viene hacer el cuello de botella, actualmente la planta seca la quinua húmeda mediante los rayos del sol expuestos al ambiente que demora cerca de 8 horas para alcanzar una humedad cercana a 13 % base húmeda, este resultado depende de buena intensidad de los rayos del sol, del espesor de la capa de quinua expuesta al sol y la remoción constante de los gramos de quinua por el personal. En Perú no existe tecnología especifica para este proceso y se adapta maquinaria destinada a otros productos (secador por lecho fluidizado por vibración). Por tanto, existe la necesidad de evaluar el proceso de secado a nivel laboratorio para determinar los parámetros óptimos de secado, información base para el rediseño del equipo de secado. Los problemas que ocasiona un exceso de humedad por encima de 13 % de humedad base húmeda es la germinación y el deterioro del producto por la aparición de hongos una vez almacenado la quinua. 5. Es necesario destacar que el desamargado de la quinua debe preocupar a la empresa para asumir medidas para ayudar a la conservación del medio ambiente, considerando que las saponinas en forma de polvo o disueltas en agua de lavado afectan al medio ambiente. Con esta finalidad, la empresa debe buscar tecnologías que transformen las saponinas extraídas en productos útiles a la sociedad, tales como emulsiones para placas, películas y papeles fotográficos, productos de cerámica, material para extinguidores de incendio, champús, jabones, etc. 6. Superando todas las deficiencias señaladas, se alcanzara la calidad final de la quinua que satisfaga al mercado nacional e internacional y a su vez el proceso mejorado redundara en ahorro de consumo de energía, agua, mano de obra y minimización de la contaminación, cumpliendo así con los principios de ecoeficiencia, ecocapacidad y equidad, de un desarrollo industrial ecológicamente sostenible. Ing. Cipriano Mendoza Rojas