UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACEUTICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS Y TECNOLOGIA QUIMICA

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACEUTICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS Y TECNOLOGIA QUIMICA PATROCINANTE Sr. Eduardo Castro Montero Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química DIRECTOR Sr. Eduardo Castro Montero Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química INTERESTERIFICACIÓN QUÍMICA DE GRASA ANIMAL Y ACEITE DE NUEZ Anteproyecto de Memoria para optar al Título de Ingeniero en Alimentos IVÁN ALBERTO RIQUELME COLOMA Santiago- Chile NOVIEMBRE 2006

DEDICATORIA A Dios, a mis padres Gloria Coloma Azúa y Sergio Riquelme Leiva, a mi hermana Javiera Riquelme Coloma, a mis abuelos Eva Leiva Norambuena y Héctor Riquelme Pinna, a quienes amo y admiro. II

AGRADECIMIENTOS A la Universidad de Chile y su Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas. A los académicos, funcionarios y especialistas que trabajan en el Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas. Al Ingeniero y amigo Iván Guerrero Riquelme por su ayuda y gestión para realizar mi tesis en Nestlé Chile S.A. Al profesor Eduardo Castro Montero por su constante enseñanza tanto en lo académico como en lo personal. Al técnico Eduardo Ibáñez del Departamento de Operaciones Unitarias por su ayuda y excelente disposición para ayudarme en los momentos en que lo necesité. A la profesora Lilia Masson y el Ingeniero en Alimentos Conrado Camilo por su ayuda en el análisis por cromatografía gas-líquido de mis muestras. A Carolina Jara por entregarme de forma desinteresada los conocimientos necesarios en el manejo del equipo Lloyd. A Nicolás Carriles por entregarme los conocimientos necesarios para la determinación de color de las muestras en la elaboración de mi tesis. A Andrea Jáuregui por entregarme los conocimientos necesarios para la determinación del índice de peróxido. A Deborah Wuaceols por entregarme los conocimientos de microscopía de luz polarizada e índice de refracción y su excelente disposición a ayudarme. A la secretaria del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química Marta Argomedo por su ayuda desinteresada en mi estadía en el laboratorio. A mi novia, Valeria Guzmán Poblete por su cariño, preocupación y aliento a lo largo del desarrollo de mi tesis. Especialmente agradezco a mi familia y mis abuelos por su apoyo, esfuerzo, confianza y amor entregados en forma incondicional. III

ÍNDICE GENERAL Página Índice de Tablas...VII Índice de Figuras...IX Índice de Gráficos...X Índice de Anexos...XI Nomenclatura...XII I. INTRODUCCIÓN...1 1. Antecedentes generales...4 1.1 Reacción de interesterificación...4 1.1.1 Definición y características...4 1.1.2 Mecanismo de reacción...4 1.1.3 Aplicaciones...7 1.2 Características de las materias primas...7 1.2.1 Aceite de nuez...7 1.2.2 Grasa animal...8 1.3 Diseño experimental...9 1.4 Objetivos...9 1.4.1 Objetivo general...9 1.4.2 Objetivo específico...10 II MATERIALES Y MÉTODOS...11 2.1 Materiales...11 2.1.1 Materias primas......11 2.1.2 Material de vidrio...11 2.1.3 Otros materiales de laboratorio...11 2.1.4 Reactivos y soluciones...11 2.1.5 Instrumentos y equipos de laboratorio...12 2.2 Metodología...12 2.2.1 Elección de las materias primas y determinación de las características físicas y químicas...13 IV

2.2.1.1 Elección de las materias primas...13 2.2.1.2 Determinación de las características físicas y químicas...13 2.2.2 Métodos de análisis......13 2.2.2.1 Parámetros físicos...13 2.2.2.2 Parámetros químicos...14 2.3 Determinación de las variables dependientes e independientes del diseño experimental. Optimización de las condiciones de proceso y requerimientos de catalizador...14 2.3.1 Determinación de las condiciones de proceso...14 2.3.2 Diseño de experimentos...15 2.3.2.1 Variables de estudio para la reacción de interesterificación...15 2.3.2.2 Variables dependientes...16 2.3.2.3 Diseño factorial fraccionario 2 4-1...16 2.3.2.4 Diseño de optimización...17 2.4 Establecimiento de los modelos matemáticos...17 2.4.1 Obtención del producto óptimo...18 2.5 Caracterización del producto óptimo...18 III RESULTADOS Y DISCUSIÓN...19 3.1 Determinación de las características físicas y químicas de las muestras interesterificadas y no interesterificadas...19 3.2 Determinación de las condiciones del procesos...23 3.2.1 Etapas del proceso de interesterificación química...23 3.2.2 Diagrama de bloques...23 3.2.3 Esquema del sistema de reacción...25 3.3 Características del producto objeto...26 3.4 Resultados del diseño experimental 2 4-1...26 3.4.1 Características de combinación de materias primas en los niveles del diseño...26 3.4.2 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 2 4-1...28 3.4.3 Diseño de optimización...29 3.5 Diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 )...29 V

3.5.1 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 3 2...31 3.5.2 Establecimiento de los modelos matemáticos...32 3.6 Condiciones de obtención del producto optimo...33 3.7 Caracterización del producto óptimo...34 3.7.1 Análisis del producto óptimo con y sin interesterificación...34 3.7.1.1 Análisis comparativo del producto óptimo con respecto al estándar establecido...34 3.7.1.2 Análisis de las características texturales por medio del ensayo de compresión a los productos optimizados...36 3.7.1.3 Análisis de microscopía de luz polarizada...38 3.8 Cambios físicos determinados a través de calorimetría diferencial de barrido (DSC)...43 IV CONCLUSIONES...46 V BIBLIOGRAFÍA...48 VI

ÍNDICE DE TABLAS Página Tabla 1. Definición de las variables estudiadas...16 Tabla 2. Matriz diseño factorial fraccionario 2 4-1...17 Tabla 3. Resultados de los análisis físicos y químicos de las muestras interesterificadas y no interesterificadas...19 Tabla 4. Composición de ácidos grasos de las materias primas (% ésteres metílicos)...21 Tabla 5. Composición de ácidos grasos de las muestras óptimas interesterificadas por Cromatografía Gas-Líquido (% ésteres metílicos)...21 Tabla 6. Condiciones óptimas para una materia grasa comercial...26 TABLA 7. Resultados diseño de experimentos 2 4-1...27 TABLA 8. Resumen de valores p y F de ANOVAS aplicados a las respuestas del diseño 2 4-1...28 Tabla 9. Matriz diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 )...29 Tabla 10. Resultados de variables dependientes en el diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 )...30 VII

Tabla 11. Resumen de valores p y F del análisis ANOVA aplicado a la respuesta del diseño 3 2...31 Tabla 12. Comparación entre las respuestas del modelo matemático y las respuestas experimentales para la interesterificación...33 Tabla 13. Condiciones experimentales para el producto óptimo...33 Tabla 14. Comparación de CSG y PF entre la mezcla optimizada con interesterificación y la mezcla sin interesterificación...34 Tabla 15. Parámetros texturales de la mezcla óptima en base a grasa animal...37 VIII

ÍNDICE DE FIGURAS Página Figura 1. Intercambio de ácidos grasos debido a la acción del catalizador metóxido de sodio, entre dos triglicéridos diferentes...6 Figura 2. Sistema que contiene dos ácidos grasos que al ser sometidas al reordenamiento al azar, la composición triglicérida alcanza el equilibrio...6 Figura 3. Diagrama de bloque para la reacción de Interesterificación...24 Figura 4. Esquema del sistema de reacción de interesterificación a nivel de laboratorio...25 Figura 5. Microfotografías de luz polarizada para MGANI y MGAI con un aumento de 10X...41 Figura 6. Microfotografías de luz polarizada para MGANI y MGAI con un aumento de 40X...42 IX

ÍNDICE DE GRÁFICOS Página Gráfico 1. Curvas de índices de sólidos grasos, producto del diseño 2 4-1...27 Gráfico 2. Curvas de índices de sólidos grasos para las mezclas interesterificadas, producto del diseño 3 2......30 Gráfico 3. Comparación de CSG entre la mezcla optimizada y el estándar en función de la temperatura...35 Gráfico 4. Curvas de compresión para la mezcla óptima interesterificada (MGAI) y no interesterificada (MGANI)...37 Gráfico 5. Curva obtenida por calorimetría diferencial de barrido para el producto óptimo sin interesterificación...44 Gráfico 6. Curva obtenida por calorimetría diferencial de barrido para el producto óptimo con interesterificación...44 X

ÍNDICE DE ANEXOS Página Anexo 1. Tablas de Análisis de Varianza y coeficientes de correlación para respuestas del diseño 2 4-1...51 Anexo 2. Tablas de Análisis de Varianza y Coeficientes de Correlación para respuestas del diseño 3 2...54 Anexo 3. Superficie de respuesta del diseño de optimización de respuesta múltiple...57 XI

NOMENCLATURA AGT: Ácidos Grasos Trans CSG: Contenido de Sólidos Grasos MGA: Materia Grasa Animal AN: Aceite de Nuez MGANI: Materia Grasa Animal no Interesterificada MGAI: Materia Grasa Animal Interesterificada DS: Desviación Estándar GLC: Cromatografía Gas-Líquido CDB: Calorimetría Diferencial de Barrido PF: Punto de Fusión X: Promedio CV: Coeficiente de Variación XII

RESUMEN Se ha estudiado la aplicación del proceso de interesterificación química, con la finalidad de desarrollar un sistema que permita la obtención a escala industrial de bases grasas alternativas, que sean un gran aporte de ácidos grasos insaturados y con un bajo contenido de ácidos grasos trans (AGT). Las materias primas utilizadas fueron materia grasa animal de bovino y aceite de nuez. El catalizador empleado fue metóxido de sodio (CH 3 ONa) al 0,4% y 90 ºC. Las variables estudiadas fueron: porcentaje(%) de materia grasa animal de bovino (%GA), porcentaje(%) de catalizador, temperatura y tiempo de reacción. El efecto se midió sobre las variables punto de fusión (PF) y contenido de sólidos grasos (CSG) a diferentes temperaturas. Se aplicó un diseño factorial fraccionario, 2 4-1, encontrándose que las variables que ejercieron mayor efecto significativo fueron %GA y %Catalizador. La reacción de interesterificación óptima se logró en una mezcla de 90% de grasa animal y 10% de aceite de nuez. Con estas dos variables se optimizó el sistema, aplicando un diseño factorial bidimensional en tres niveles, 3 2, fijando la temperatura en 90ºC y el tiempo de reacción en 37 minutos. Se establecieron los modelos matemáticos para PF y CSG a diferentes temperaturas. Se determinó el contenido de AGT mediante cromatografía gas-líquido (CGL), estructura cristalina por microscopía de luz polarizada, características texturales mediante análisis de compresión y cambios físicos mediante calorimetría diferencial de barrido (CDB). Al interesterificar una mezcla de un grasa de origen animal (bovino) con aceite de nuez, se obtuvo un producto óptimo que cumple con el CSG, las características texturales y exigencias del Reglamento Sanitario de Alimentos (RSA) para la elaboración comercial de margarina para repostería. XIII

SUMMARY CHEMICAL INTERESTERIFICATION OF TALLOW AND NUT OIL The application of the process of chemical interesterification was studied, with the purpose of developing a system that allows obtaining alternative fatty bases, with a great contribution of insaturated fatty acids and with a low fatty acid content trans (AGT). The used raw materials were tallow bovine animal and nut oil. The used catalyst was 0,4% sodium methoxide (CH 3 ÓNa) at 90 ºC. The studied variables were: percentage(%) of tallow bovine animal(%ga), percentage(%) of catalyst, temperature and time of reaction. The effect was measured throught parameters such a the point of fusion (PF) and the solid-fat content (CSG) to different temperatures. It was applied 2 4-1 fractional factorial design, being that the variables that exerted greater significant effect the %Catalizador and %GA. The optimal reaction of interesterification was obtained in a mixture of 90% of tallow animal and 10% of nut oil. the system was optimized considering these two variables and applying a bidimensional factorial design in three levels, 3 2, fixing the temperature to 90ºC and the time of reaction in 37 minutes. The mathematical models for PF and CSG at different temperatures were established. The content of AGT was carried out by gas-liquid chromatography (GLC), the crystalline structure by microscopy of polarized light, the textural characteristics by compression analysis and physical changes by differential scanning calorimetry (DSC). The interesterification of tallow with nut oil, gives an optimal product that fulfills with the textural characteristics, CSG, and fulfills the specification of the requirement of Chile`s legislation and Foods Sanitary Policies (RSA), for the commercial elaboration of margarine for bakery industry. XIV

INTRODUCCIÓN I. INTRODUCCIÓN Las materias grasas siguen en primera línea dentro de los temas de mayor relevancia en la investigación científica, debido a su probable rol como agente involucrado en diferentes eventos fisiológicos, tanto favorables como desfavorables para el organismo humano (Masson, 2000). De simple fuente concentrada de energía para nuestro organismo, pasaron a ocupar un papel relevante al demostrarse por Burr y Burr, en 1929 que las materias grasas contenían componentes esenciales para el organismo humano. Identificándose como tal, principalmente al ácido linoleico y con ciertas reservas al ácido linolénico, cuya esencialidad también fue demostrada posteriormente (Masson, 2000). De estos hallazgos surgió toda una corriente de investigaciones para establecer tentativamente requerimientos, funciones fisiológicas y con el correr de los años, para sorpresa de muchos, se produjeron cuadros clínicos de deficiencia en ácidos grasos esenciales en humanos (Masson, 2000). Un nuevo impacto quedó de manifiesto a partir de la década del 60 y años posteriores en relación a los efectos fisiológicos de las materias grasas, cuando se demostró que a partir de los ácidos grasos esenciales ya nombrados, y especialmente, de uno de los derivados biológicos de origen animal del ácido linoleico, el llamado ácido araquidónico, de cadena larga, con veinte carbonos y cuatro insaturaciones, familia omega-6, se sintetizaban en distintos sitios del organismo animal, sustancias parecidas a las hormonas que cumplían roles fisiológicos importantísimos y específicos (Masson, 2000). 1

INTRODUCCIÓN Por medio de la interesterificación de mezclas de aceites y grasas, es posible obtener lípidos estructurados (SL), los cuales son considerados como alimentos funcionales por presentar gran potencial en la prevención de diversas enfermedades. Por esta razón, existe un gran interés en la producción de SL (Díaz, 2003). La producción de margarina es normalmente realizada por hidrogenación parcial o interesterificación, la hidrogenación parcial se utiliza mayormente para la producción de margarinas y tiene algunas desventajas debido a una alta formación de ácidos grasos trans durante el proceso, es por esto que hay un gran interés en elaborar productos libres de trans por interesterificación de aceite líquido y grasa full hidrogenada (Zhang et al., 2004). Algunas técnicas de procesamiento químico, como la interesterificación, permiten al industrial modificar algunas de las propiedades fisicoquímicas, funcionales u organolépticas de una grasa o aceite. Esto permite que en la elaboración de productos finales, se utilicen una amplia gama de materias primas alternativas como por ejemplo los subproductos grasos de origen animal los cuales mediante estas modificaciones se les amplían las posibilidades de su aplicación. Generalmente la interesterificación de aceites comestibles implica a lo menos la utilización de dos aceites que tienen diferente composición de ácidos grasos (Rodríguez et al., 1998). Este proceso de interesterificación de triglicéridos involucra el intercambio entre las cadenas de sus ácidos grasos, ya sea en el interior de un mismo triglicérido (interesterificación intramolecular) o entre diferentes triglicéridos (interesterificación intermolecular) (Rodríguez et al., 1998). La interesterificación química con catalizadores alcalinos es un proceso donde los ácidos grasos que forman el triglicérido se desordenan al azar modificando la estructura y la composición del triglicérido que forman parte de un determinado producto graso, con la finalidad de mejorar sus propiedades físicas y organolépticas (Rodríguez et al., 1998). 2

INTRODUCCIÓN Esta operación requiere de un catalizador que, de acuerdo a su origen, determina la aplicación para la que pueda ser útil. Se distinguen las modalidades química y enzimática. La primera es más utilizada a nivel industrial, como una alternativa para transformación de materias grasas dirigidas a un consumo masivo. La segunda, se sirve de lipasas purificadas a partir de distintos microorganismos, y se caracterizan por ser menos violenta que la primera, y por lo tanto más controlable. Normalmente tiene aplicación en la elaboración de productos de mayor valor agregado, tales como sustitutos de leche humana o productos concentrados de ácidos grasos EPA y DHA (Amadori, 1995). 3

INTRODUCCIÓN 1 Antecedentes generales 1.1 Reacción de interesterficación 1.1.1 Definición y características La interesterificación normalmente se divide en la literatura en tres clases de reacciones: acidólisis, alcohólisis e intercambio éster-éster (transesterificación). La reacción de transesterificación consiste en un intercambio de los radicales ácidos entre las moléculas de triglicéridos, es decir, los ácidos grasos de una materia grasa son reordenados (Going, 1967). En la práctica, se requiere de un catalizador, que puede ser químico o enzimático. Los catalizadores más usados son los metales alcalinos y sus derivados, siendo el metóxido de sodio el más empleado, debido a sus ventajas de costo y temperatura de reacción, que puede ser reducida a un rango entre 30-90ºC (Solís et al., 2001). La transesterificación puede llevarse a cabo sin catalizador a altas temperaturas (250 ºC o más) (Swern, 1982). 1.1.2 Mecanismo de reacción 1.- Intercambio entre una grasa y ácidos grasos libres. En condiciones apropiadas para la reacción, la mezcla de una grasa y ácidos grasos libres puede intercambiar, en ciertos casos los radicales ácidos. La mayor parte de los datos que se poseen sobre esta reacción corresponden a la introducción de ácidos de bajo peso molecular en grasas compuestas de ácidos grasos superiores. Los ácidos grasos de elevado peso molecular pueden, a su 4

INTRODUCCIÓN vez, desplazar a los ácidos de peso molecular inferior, aunque, menos fácilmente (Bailey, 1961). 2.- Intercambio entre una grasa y un alcohol libre. El intercambio de los ácidos grasos entre una grasa y un alcohol libre o alcohólisis, es análogo a la reacción de acidólisis descrita anteriormente. Mientras en la acidólisis hay un exceso de grupos carboxílicos, presentes en la mezcla reaccionante y sobre los cuales se redistribuyen los grupos oxidrilos disponibles, en la alcohólisis los grupos oxidrilo son los que están en exceso y sobre los mismos se redistribuyen los grupos carboxílicos. La redistribución es totalmente fortuita. La alcohólisis de triglicéridos, no sólo producirá normalmente glicerol libre y triglicéridos, de estructura cambiada o reajustada, sino también mono y diglicéridos, junto con ésteres del nuevo alcohol y ésteres parciales del mismo (Bailey, 1961). C 3 H 5 (R) 3 + 3CH 3 OH C 3 H 5 (OH) 3 + 3CH 3 R Grasa Alcohol Glicerol Ester metílico 3.- Intercambio de ésteres. El intercambio de ésteres o reacción de una grasa u otra mezcla de ésteres grasos, para producir un intercambio y redistribución de los radicales ácido graso entre las distintas moléculas de triglicéridos constituyen un poderoso medio de modificación de la composición y propiedades de las grasas. El intercambio de ésteres puede producirse al azar con la posible consecución de un estado de equilibrio, que corresponde a las leyes de las probabilidades (Bailey, 1961). 5

INTRODUCCIÓN En la Figura 1 se muestra el intercambio de ácidos grasos en la posición 1 entre dos triglicéridos, por acción del catalizador, en este caso, metóxido de sodio. H 2 C HC H 2 C H 2 C HC H 2 C O O O + O O O C C C C C R 2 O R 2 O R 2 O O R 1 O R 1 H 2 C HC H 2 C H 2 C HC H 2 C O O C R 2 O H 2 C HC H 2 C H 2 C HC H 2 C O + O C R 2 O Figura 1. Intercambio de ácidos grasos debido a la acción del catalizador metóxido de sodio, entre dos triglicéridos diferentes. Una vez alcanzado el equilibrio de reacción, la distribución de ácidos grasos en los triglicéridos seguirá las leyes de la estadística. Figura 2 (Coenen, 1974). A A A + B B B A A A + A A B + A B A + B A B + B B A + B B B 12,5 25 12,5 12,5 25 12,5 % Figura 2. Sistema que contiene dos ácidos grasos que al ser sometidas al reordenamiento al azar, la composición triglicérida alcanza el equilibrio. 6

INTRODUCCIÓN 1.1.3 Aplicaciones La interesterificación química es una excelente herramienta para la elaboración de bases para margarinas, mantecas plásticas (Shortenings) y materias grasas modificadas. La interesterificación química tiene una fuerte aplicación en la industria del chocolate con el fin de obtener diferentes grados de consistencia. 1.2 Características de las materias primas 1.2.1 Aceite de nuez La primera característica notable de las nueces, como alimentos de origen vegetal, es su elevado contenido en proteínas, que se sitúa en torno al 14-18% de su peso. Se trata además de una proteína relativamente baja en lisina y a su vez rica en arginina, aminoácido con efecto immunomodulador y precursor del óxido nítrico, capaz de reducir la adhesión y la agregación de las plaquetas (Fundación Nucis, 2006). La composición lipídica de las nueces es una de sus características principales: son pobres en ácidos grasos saturados, con un contenido bajo, respecto a otros frutos secos, en ácidos grasos monoinsaturados y un elevado contenido en ácidos grasos poliinsaturados de tipo w-6 (ácido linoleico) y w-3 (ácido linolénico) (Fundación Nucis, 2006). Varios estudios de intervención dietética han evaluado el efecto del consumo de nueces sobre la salud cardiovascular. La reducción encontrada en los niveles de LDL colesterol por cada nuez consumida (5g) es del orden del 1%, lo que supone una reducción asociada del riesgo cardiovascular del 2%. Los estudios, además coinciden en señalar que la reducción conseguida en los niveles de LDL es mayor a la predecible por el intercambio de ácidos grasos de la dieta, lo que sugiere de nuevo la existencia de otros componentes en las nueces con actividad cardioprotectora. La arginina, el ácido linolénico y los fitoesteroles y 7

INTRODUCCIÓN polifenoles que contienen podrían ser los responsables de gran parte del efecto del consumo de nueces observado (Fundación Nucis, 2006). Varios estudios demuestran también el efecto del ácido linolénico sobre la salud cardiovascular, entre ellos el Lyon Diet Heart Study, donde se observó una relación inversamente proporcional entre consumo de este ácido graso y riesgo de muerte coronaria. En el Barcelona Walnut Trial se observó también una mayor rapidez en la captación de las moléculas de LDL por parte del hígado, hecho que contribuiría también a una reducción del riesgo cardiovascular (Fundación Nucis, 2006). 1.2.2 Grasa animal Este grupo está formado por las grasas procedentes del cuerpo de los animales terrestres (manteca de cerdo, sebo, etc.) las cuales se caracterizan por su alto contenido en ácidos grasos (C 16 y C 18 ) y por tener un grado comparativamente bajo de instauración; sus ácidos no saturados son principalmente el oleico y el linoleico. Las grasas de este grupo se caracterizan por contener importantes cantidades de glicéridos totalmente saturados, lo que les comunica su típica propiedad de plásticos. Son importantes grasas comestibles y se usan con este fin todas las porciones aprovechables de su producción total; sin embargo, debido que en algunos casos proceden de animales o partes del cuerpo inservibles como alimentos, una porción considerable de la producción total aparece en el mercado como grasa no comestible y se usa principalmente en la preparación de jabones, de los cuales se puede considerar como ingrediente básico. Las grasas animales tienen generalmente precios inferiores a los aceites vegetales (Bailey, 1961). 8

INTRODUCCIÓN 1.3 Diseño Experimental El diseño experimental permite obtener la máxima información de un proceso de la forma más rápida, económica y simple posible. Consiste en planificar los experimentos de manera racional, de tal modo que los datos obtenidos puedan ser procesados adecuadamente (López, 1994). Antes de realizar un trabajo experimental, se deben determinar todas las propiedades del sistema a estudiar (variables dependientes), los factores que afectan a estas propiedades (variables independientes), los factores que permanecerán constantes, el número de experiencias a realizar, repeticiones y de que forma se realizarán. Los diseños experimentales del tipo factorial se aplican cuando existe el interés de estudiar el efecto de 2 o más factores sobre alguna respuesta a estudiar en experiencias de laboratorio. Los planes experimentales 3 n, corresponden a diseños cuadráticos, que se utilizan para calcular los coeficientes de modelos cuadráticos, los cuales permiten encontrar el punto óptimo de una superficie de respuesta (López, 1994). 1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo General Estudiar las propiedades físicas y químicas de la interesterificación química de grasa animal y aceite de nuez, utilizable en la elaboración de grasa base de margarinas. 9

INTRODUCCIÓN 1.4.2 Objetivo Específico Elaborar un producto que mejore las propiedades texturales y el comportamiento térmico de la grasa. Determinar las variables dependientes e independientes, optimizando las proporciones de grasa animal y aceite de nuez, como también los requerimientos de catalizador, tiempo y temperatura para obtener un producto que cumpla con las características físicas de una margarina untable. Caracterizar un producto óptimo. Determinar las características físico-químicas del producto óptimo. Obtener un modelo matemático que involucre las variables a determinar. 10

MATERIALES Y MÉTODOS II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 Materiales 2.1.1 Materias primas Nueces, origen Chile, Región Metropolitana, Paine, cosecha año 2006, Econut SA. Grasa animal, origen Chile, Tomás Castillo y Cía. Ltda. 2.1.2 Material de vidrio Tubos de colorímetro, matraz Erlenmeyer 250 ml con tapa esmerilada, matraz aforado 100mL, buretas 50 ml, pipetas graduadas de 2 y 10 ml, pipetas volumétricas de 10 y 25 ml, embudo de decantación 250 ml, vasos de precipitado de distintos volúmenes, balón de 1L con tres bocas, tubos de ensayo. 2.1.3 Otros materiales de laboratorio Termómetros (precisión 1ºC), recipientes plásticos, mangueras de goma, soporte universal, nueces, agitador magnético. 2.1.4 Reactivos y soluciones Metóxido de sodio. Fenolftaleína 1% en etanol 95%. HCl 0,5N. KI. NaOH 0,1N. Na 2 S 2 O 3 0,01N. Solución ácido cítrico. 11

MATERIALES Y MÉTODOS Ácido acético-cloroformo en proporción 3:2 2.1.5 Instrumentos y equipos de laboratorio Balanza granataria marca METTLER TOLEDO, modelo VIPER SW 6. Balanza analítica marca SARTORIUS, modelo 1265 MD. Balanza analítica marca Precisa, modelo Quality 1620D. Colorímetro Hunter. Calorímetro Diferencial de Barrido (DSC) 822 e Mettler Toledo. Equipo RMN marca BRUKER, modelo Minispec pc 120 s. Macbeth Munsell Disk colorimeter. Microscopio luz polarizada Leica DMLP Volkswagen Stiftung. Cámara National Panasonic WCP414P conectada a un computador a través de una tarjeta de video MIRO (OC-30). Placa calefactora con agitación marca Torrey Pines Scientific. Placa calefactora con agitación Thermolyne NUOVA II Refractómetro Schmidt + Haensch GMBH and Co. Serie Nr. 025727. Texturómetro Lloyd Instruments, modelo LR-5K, Hampshire, England. Lloyd instruments Limited. Refrigerador Mademsa. Prensa hidráulica Croci AIO con manómetro Wika. 2.2 Metodología Se realizó una revisión bibliográfica de las experiencias realizadas en el laboratorio del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Universidad de Chile, optando por el método de Rodríguez y cols. (2001) modificado. 12

MATERIALES Y MÉTODOS 2.2.1 Elección de las materias primas y determinación de las características físicas y químicas. 2.2.1.1 Elección de las materias primas. La elección de las materias primas se realizó de acuerdo a la disponibilidad real de las materias grasas del laboratorio del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química de la Universidad de Chile. El aceite de nuez se almacenó en un lugar oscuro y fresco a temperatura ambiente en envase de vidrio de color ámbar. La grasa animal de PF 43,8ºC se almacenó refrigerada entre 0-5ºC. 2.2.1.2 Determinación de las características físicas y químicas. La caracterización de las materias primas se efectuó mediante las metodologías analíticas que se especifican más adelante. Antes de realizar los análisis de caracterización de las bases grasas interesterificadas, las muestras fueron fundidas en estufa a 40ºC. 2.2.2 Métodos de análisis. Los análisis, tanto químicos como físicos, se realizaron por triplicado, con la excepción de cromatografía gas-líquido. 2.2.2.1 Parámetros físicos. Contenido de Grasa Sólida, por RMN pulsante (Método oficial AOCS Cd 16 81, 1993). Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Color (Método Oficial AOCS Cc 13b 45, 1993). 13

MATERIALES Y MÉTODOS Ensayos de Compresión (Equipo Universal Lloyd LR 5K ) Humedad (Método Oficial AOCS Ca 2b 38, 1993). Índice de Refracción (Método oficial AOCS 7 25, 1993). Punto de Fusión (Método oficial AOCS Cc 1 25, 1993). Microscopía de luz polarizada (Rousseau et al., 1996). 2.2.2.2 Parámetros químicos. Determinación de jabones (Método Oficial AOCS Cc 17 79, 1993). Porcentaje de ácidos grasos libres (Método Oficial AOCS Ca 5a 40, 1993). Índice de Yodo (Método Oficial AOCS Cd 1 25, 1993). Índice de Peróxido (Método Oficial AOCS Cd 8 53, 1993). Determinación de perfil de ácidos grasos por Cromatografía Gas Líquido (Método Oficial AOCS Ce 2 66, 1993). Determinación de ácidos grasos trans por Cromatografía Gas Líquido (Método Oficial AOCS Ce 2 66, 1993). 3 Determinación de las variables dependientes e independientes del diseño experimental. Optimización de las condiciones de proceso y requerimientos de catalizador 2.3.1 Determinación de las condiciones de proceso En esta etapa se establecieron las condiciones de procesos constantes para obtener un correcto trabajo de forma reproducible en el laboratorio. Se determinó la concentración del catalizador, condiciones de agitación, vacío, temperatura de trabajo y concentración del catalizador. 14

MATERIALES Y MÉTODOS Junto con esto, se establecen las características físicas de la mezcla objetivo que se quiere obtener. 2.3.2 Diseño de experimentos Establecidos el control del proceso y la caracterización de las materias primas, se fijaron las variables y el rango dentro del cual se estudiará su incidencia sobre las propiedades físicas de la materia grasa. 2.3.2.1 Variables de estudio para la reacción de interesterificación Las variables independientes establecidas en el proceso fueron: Proporción de las materias grasas en la mezcla MGA (grasa de vacuno) establecida como porcentaje. Concentración del catalizador. Tiempo de reacción. Temperatura de reacción. El estudio del efecto que ejercen las variables, se realizó por medio de un diseño experimental que permite integrar los distintos niveles de estudio en un conjunto de experiencias limitadas, como una medida para el buen aprovechamiento del tiempo de trabajo experimental y disponibilidad de materiales. El rango de estudio de las variables, nivel superior (1), inferior (-1) y centro (0), se establecieron a partir de literatura previamente revisada, la cual se presenta en la Tabla 1. 15

MATERIALES Y MÉTODOS Tabla 1. Definición de las variables estudiadas Variable Nivel Superior (1) Nivel Centro (0) Nivel Inferior (-1) %MGA 90 70 50 %Catalizador 1 0,7 0,4 Tiempo (min) 15 37 60 Temperatura (ºC) 120 90 60 El criterio aplicado en el momento de establecer los niveles, fue el obtener un rango de trabajo amplio, dentro de los márgenes de interés para la aplicación en la industria, de modo tal que los modelos matemáticos obtenidos tuviesen una aplicación real y reproducible. 2.3.2.2 Variables dependientes Las variables dependientes consideradas como respuestas al trabajo realizado fueron: PF y CGS a las temperaturas de 10; 21,1; 26,7; 33,3 y 37,8 ºC de acuerdo al método AOCS Cd 16-81, 1993. 2.3.2.3 Diseño factorial fraccionario 2 4-1 Teniendo cuatro variables se obtiene un diseño factorial fraccionario de ocho experimentos más un centro. 16

MATERIALES Y MÉTODOS Tabla 2. Matriz diseño factorial fraccionario 2 4-1 Exp. MGA (%) T ( C) Cataliz. (%) Tpo. (min) 1 (-1)50 (-1)60 (-1)0,4 (-1)15 2 (1)90-1 -1 (1)60 3-1 -1 (1)1 1 4 1-1 1-1 5-1 (1)120-1 1 6 1 1-1 -1 7-1 1 1-1 8 1 1 1 1 9 (0)70 (0)90 (0)0,7 (0)37 2.3.2.4 Diseño de optimización La realización de un diseño de optimización permite establecer las variables que tienen un efecto significativo mayor sobre los resultados y de esta manera, encontrar un modelo matemático que pueda establecer los parámetros y condiciones para elaborar un producto determinado. A partir de esta optimización, se realizaron triplicados del producto óptimo. 2.4 Establecimiento de los modelos matemáticos Los resultados obtenidos para las variables de respuesta fueron procesados en el programa estadístico Statgraphics 5.0, a travez del cual se aplicaron las funciones correspondientes a los diseños de superficie de respuesta con el objetivo de analizar el impacto de las variables sobre los resultados obtenidos, mediante análisis de varianza y la obtención de las ecuaciones que representan el comportamiento de cada una de ellas, por medio de una regresión múltiple. 17

MATERIALES Y MÉTODOS Luego de realizado el análisis de varianza respectivo, se obtuvieron los coeficientes de correlación (r 2 ) los cuales representan la proporción o grado de ajuste de los datos al modelo obtenido. Finalmente se presentan los modelos obtenidos que presentaron los mejores ajustes y un efecto significativo sobre los resultados a un nivel del 5% de significación (P<0,05). 2.4.1 Obtención del producto óptimo Las respuestas entregadas por los modelos matemáticos fueron analizadas comparándolas con los resultados experimentales obtenidos, con el fin de estimar las condiciones de trabajo necesarias para encontrar las proporciones de grasa animal para determinar de buena manera los valores de PF y CSG cercanos a los estándar. 2.5 Caracterización del producto óptimo Para este propósito se estudiaron los parámetros PF, CSG, respuesta frente a ensayos de compresión y estructura de la red cristalina por microfotografías de luz polarizada y calorimetría diferencial de barrido. 18

RESULTADOS Y DISCUSIÓN III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 Determinación de las características físicas y químicas de las muestras interesterificadas y no interesterificadas. En la Tabla 3 se presentan los resultados de los análisis físicos y químicos de las muestras con y sin reacción de interesterificación. Tabla 3. Resultados de los análisis físicos y químicos de las muestras interesterificadas y no interesterificadas. MGANI MGAI Análisis X ± DS X ± DS I. Refracción (40ºC) 1,4673 0,001 1,4671 0 AGL (% ac. oleico) 0,21 0,02 0,23 0,03 Jabón 0 0 Color (5 ¼") 9/4 9/6 Índice de yodo 71 70 Í. peróxido (meqo 2 /Kg) 0,36 0,04 0,355 0,12 Humedad 0,04 0,01 0,03 0,02 Punto de fusión (ºC) 43,8 0,02 37,3 0,01 CSG (RMN) (%) 10ºC 52,2 42,29 21,1ºC 37,1 19 26,7ºC 21,1 12,39 33,3ºC 14,5 6,17 37,8ºC 9,7 1,97 19

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Según el RSA Artículo 248 del capítulo X dice: El contenido de humedad y materias volátiles, no deberá ser mayor a 0,2% en los aceites comestibles y no más de 0,5% en las mantecas o grasas. No deberán contener más de 0,25% de acidez libre, expresada como ácido oleico y no más de 100 ppm de jabón. A la fecha de elaboración el límite máximo de peróxidos será de 2,5 meq de oxígeno peróxido/kg de grasa y 10 meq de oxígeno peróxido/kg de grasa en su período de vida útil y almacenados de acuerdo a lo indicado en la rotulación. Se pudo determinar que los parámetros de calidad tales como son humedad, AGL e índice de peróxidos, se encuentran dentro de los valores exigidos por el Reglamento Sanitario de Alimentos, se debe hacer la observación que el índice de peróxido fue medido a los 6 meses de obtenido el producto óptimo, aún así cumple con los parámetros de calidad de una base grasa para la elaboración de margarinas. El producto óptimo presentó un contenido de ácidos grasos libres por debajo de lo que exige el reglamento. 20

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 4. Composición de ácidos grasos de las materias primas (% ésteres metílicos) (Masson y Mella, 1985). Ac. Grasos Aceite de Nuez % Ac. Grasos Grasa Vacuno % C 16:0 Ac. Palmítico 8 C 12:0 Ac. Laurico 0,1 C 18:0 Ac. Eseárico 3,4 C 14:0 Ac. Mirístico 3,4 Total saturados 11,4 C 15:0 Ac. Pentadecanoico 0,8 C 18:1 Ac. Oleico 17,3 C 16:0 Ac. Palmítico 25,1 Total monoinsaturados 17,3 C 17:0 Ac. Heptadecanoico 1,7 C 18:2 (n-6) Ac. Linoleico 60 C 18:0 Ac. Esteárico 22,6 C 18:3 (n-3) Ac. Linolénico 11,3 Total saturados 53,7 Total poliinsaturados 71,3 C 14:1 Ac. Miristoleico 1,6 C 16:1 Ac. Palmitoleico 3,2 C 18:1 Ac. Oleico 36,8 Total monoinsaturados 41,6 C 18:2 (n-6) Ac. Linoleico 4,2 C 18:3 (n-3) Ac. Linolénico trazas Total poliinsaturados 4,2 Tabla 5. Composición de ácidos grasos de las muestras óptimas interesterificadas por Cromatografía Gas-Líquido (% ésteres metílicos). Ac. Grasos MGAI % Ac. Grasos MGAI % C 8:0 Ac. Caprílico 0,04 C 14:1isom Ac. Tetradecenoico 0,14 C 9:0 Ac. Nonanoico 0,03 C 14:1 Ac. Tetradecenoico 0,32 C 10:0 Ac. Cáprico 0,05 C 14:1isom Ac. Tetradecenoico 0,17 C 12:0 Ac. Laurico 0,06 C 15:1 Ac. Pentadecenoico 0,13 C 14:0 Ac. Tetradecanoico (anteiso) 0,04 C 16:1 isom Ac. Hexadecenoico 0,19 C 14:0 Ac. Mirístico 1,85 C 16:1 isom Ac. Hexadecenoico 0,29 C 15:0 Ac. Pentadecanoico 0,28 C 16:1 Ac. Palmitoleico 2,47 C 16:0 Ac. Palmítico 21,2 C 17:1 Ac. Heptadecenoico 0,4 C 17:0 Ac. Heptadecanoico 0,71 C 18:1 ω9 cis Ac. Oleico 33,11 C 18:0 Ac. Esteárico 14,23 C 18:1 ω7 cis Ac. Octadecenoico 2,06 C 20:0 Ac. Eicosanoico 0,26 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,22 Total saturados 38,75 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,57 C 18:1 cis Ac. Octadecenoico 1,31 C 20:1 isom Ac. Eicosenoico 0,11 Ac. Grasos MGAI % C 20:1 Ac. Eicosenoico 0,41 C 16:2 Ac. Hexadecadienoico 0,48 Total monoinsaturados 43,9 C 18:2 ω6 Ac. Linoleico 13,25 C 18:2 cis Ac. Octadecadienoico 1,17 C 18:3 ω3 Ac. α - Linolenico 1,96 Total Ac. Grasos Trans 0 C 20:2 Ac. Eicosadienoico 0,44 C 20:3 Ac. Eicosatrienoico 0,05 Total poliinsaturados 17,35 21

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se pudo determinar a través de la cromatografía gas-líquido que el producto óptimo obtenido, es una buena fuente de ácidos grasos insaturados y poliinsaturados (Tabla 5). El contenido de ácidos grasos monoinsaturados es el que se encuentra en mayor proporción en la muestra óptima con un 43,9% y dentro de éstos, el ácido oleico (C18:1 ω9 cis), es el que se encuentra en mayor proporción. En el caso de los ácidos poliinsaturados el que se encuentra en mayor proporción es el ácido linoleico (C18:2 ω6) con un 13,25% seguido del ácido α - Linolénico (C 18:3 ω3) con un 1,96%. El contenido de ácidos grasos saturados es de un 38,75%, siendo el que está en mayor proporción el ácido palmítico (C16:0) seguido del ácido esteárico (C18:0) con un 14,23%. Se pudo determinar también que a través de la interesterificación química, no hubo formación de ácidos grasos trans. El producto óptimo obtenido, tiene un alto contenido de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados entregados por el aceite de nuez y con una disminución en forma proporcional de los ácidos grasos saturados entregados por la grasa animal como por ejemplo el ácido laurico (Tabla 4). 22

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.2 Determinación de las condiciones del proceso 3.2.1 Etapas del proceso de interesterificación química Método de Rodríguez y cols. (2001) modificado por las experiencias previas para su optimización: o Montaje del equipo, ajuste de agitación y temperatura de trabajo. o Llenado del balón de tres bocas con 90g de grasa animal y 10g de aceite de nuez. o Cuando la mezcla alcanza la temperatura de reacción (90ºC), se agrega el catalizador metóxido de sodio (0,4g), mientras que la mezcla se agita vigorosamente con agitador magnético. o La reacción de interesterificación se realiza bajo vacío y agitación constante (500 rpm) por 37 minutos. o Al finalizar la reacción se agrega 0,518g solución de ácido cítrico para neutralizar el catalizador. o El exceso de ácido cítrico es retirado con tres lavados de agua destilada caliente (150 ml) en un embudo de decantación. o Nuevamente la mezcla interesterificada es llevada al balón de tres bocas en donde se le aplica vacío (22 mm Hg) para retirar la humedad hasta el punto que no exista burbujeo. o Envasar en envase plástico y almacenar en refrigeración (0-5ºC). 3.2.2 Diagrama de bloques En la Figura 3 se muestra el diagrama de bloques obtenido para la reacción de interesterificación y las condiciones necesarias para el funcionamiento. 23

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Grasa animal 90g Aceite de nuez 10g Mezcla materias primas (90ºC) Agregar a la mezcla 0,4g metóxido de Na (90ºC, 500 rpm, 37min.) Se agrega 0,518g de ácido cítrico para neutralizar el catalizador y finalizar la reacción Tres lavados con 150mL H 2 0 destilada en embudo de decantación. Aplicar vacío para eliminar la humedad (22 mm Hg, 90ºC, 500rpm) Almacenamiento refrigerado (0-5ºC) Figura 3. Diagrama de bloque para la reacción de interesterificación 24

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.2.3 Esquema del sistema de reacción A continuación, la figura 4 muestra el esquema final del sistema de reacción utilizado en la reacción de interesterificación a nivel de laboratorio. Vacío (22 mmhg) CH 3 ONa Soporte universal Termómetro Mezcla GA:AN (90:10) Balón de 3 bocas Agitador magnético Placa calefactora-agitadora Regulador temperatura Regulador rpm Figura 4. Esquema del sistema de reacción de interesterificación a nivel de laboratorio. 25

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.3 Características del producto objeto Es primordial plantearse un producto objeto antes de conocer los resultados obtenidos y así tener una base comparativa entre lo que se espera y lo que se obtiene a partir de los cambios producidos en la reacción. Es así como en la Tabla 6 se muestran las condiciones óptimas para una materia grasa comercial. Estas condiciones representan el CSG a diferentes temperaturas de manipulación y almacenamiento, y el PF para una materia grasa estándar para la producción de margarinas. Tabla 6. Condiciones óptimas para una materia grasa comercial. Temp. (ºC) CSG (%) 10 54-59 21,1 33-38 26,7 23-26 33,3 9-12 37,8 0-3 PF(ºC) 35-37 3.4 Resultados del diseño experimental 2 4-1 3.4.3 Características de combinación de materias primas en los niveles del diseño. En la tabla 7 se presentan los resultados de las variables dependientes en los productos del diseño factorial fraccionario. 26

RESULTADOS Y DISCUSIÓN TABLA 7. Resultados diseño de experimentos 2 4-1 MATRIZ DISEÑO Punto fusión Contenido sólido graso Exp. GA(%) T ( C) Cataliz.(%) Tpo. X S C.V. (min) 10ºC 21,1ºC 26,7ºC 33,3ºC 37,8ºC 1 50 60 0,4 15 30,7 0,23 0,75 17,71 9,64 5,63 2,39 0 2 90 60 0,4 60 36,8 0,35 0,95 40,91 19 12,6 6,8 2,07 3 50 60 1 60 29,8 0,12 0,39 16,59 7,94 4,96 2,04 0 4 90 60 1 15 35,4 0 0 40,75 18 11,79 5,57 1,32 5 50 120 0,4 60 29,9 0 0 16,81 8,68 5,63 2,03 0 6 90 120 0,4 15 37,8 0 0 43,66 19 12,18 5,45 1,87 7 50 120 1 15 29,6 0 0 16,59 7,45 4,17 1,34 0 8 90 120 1 60 33,5 0,69 2,07 35,36 17,8 10,34 4,21 0 9 70 90 0,7 37 31,8 0,23 0,73 28,68 13,6 7,7 2,57 0 Los puntos de fusión se realizaron en triplicado, las respuestas presentadas corresponden a los valores promedios. %CGS 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6 Exp. 7 Exp. 8 Exp. 9 5 10 15 20 T(ºC) 25 30 35 40 Gráfico 1. Curvas de índices de sólidos grasos, producto del diseño 2 4-1 27

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se puede apreciar que a mayor porcentaje de grasa animal, mayor es el contenido de sólidos grasos que existe en las muestras, con el aumento del contenido de sólidos grasos, aumenta también el punto de fusión, siendo el punto de fusión más alto para la muestra con 90% de grasa animal, teniendo como promedio 37,3ºC. Se puede observar también que al mantener constante los porcentajes de grasa animal y variar el porcentaje de catalizador, la temperatura y tiempo de interesterificación, no existen cambios significativos en el contenido de sólidos grasos. Concordante con lo mostrado en el gráfico 1, el experimento 2, 4 y 6 se comportan como una base grasa para la elaboración de margarina comercial con respecto a lo establecido como estándar en la tabla 6. 3.4.2 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 2 4-1. A continuación se presenta un resumen de los resultados de los análisis de varianza (ANOVA) aplicados a las respuestas, para conocer el efecto que tuvo cada variable independiente. En el anexo 1 se presentan las tablas de ANOVA individuales, con los efectos no significativos eliminados, de manera de obtener el coeficiente R 2, de cada función obtenida. TABLA 8. Resumen de valores P y F de ANOVAS aplicados a las respuestas del diseño 2 4-1. P. Fusión CSG1 10ºC CSG 2 21,1ºC CSG 3 26,7ºC CSG 4 33,3ºC CSG 5 37,8ºC Efectos F p F p F P F p F p F p A Tiempo 1,33 0,4546 654,59 0,0249 3,16 0,3262 0,02 0,92 0,01 0,9323 0,41 0,6381 B Tº 0,39 0,6438 100,38 0,0633 20,75 0,1376 1,96 0,3949 1,49 0,4371 0,75 0,5453 C %Cataliz. 5,17 0,2637 769,28 0,0229 207,04 0,0442 6,33 0,2409 1,29 0,4595 2,23 0,3755 D %GA 60,02 0,0817 69248 0,0024 12432 0,0057 194,82 0,0455 21,21 0,1361 9 0,2048 AB+CD 2,2 0,3776 406,06 0,0316 3,57 0,31 0,07 0,8299 0,21 0,7241 2,23 0,3755 AC+BD 0 0,979 24,25 0,1275 12,25 0,1772 0,32 0,6709 0,29 0,6878 0,75 0,5453 AD+BC 0,57 0,587 419,86 0,031 0,69 0,5577 0,92 0,5137 0,01 0,9282 0,41 0,6381 r 2 0,9859 0,9999 0,9999 0,9951 0,9608 0,9404 Los valores de P<0,05 y F>4 indican efecto significativo de las variables sobre las respuestas. 28

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Analizando la tabla 8 se puede observar que tan solo dos variables ejercieron un efecto significativo sobre los resultados, estas variables fueron %GA y % Catalizador, lo que se comprueba al analizar el valor F (Fisher). 3.4.3 Diseño de optimización 3.5 Diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 ). Se buscó optimizar el diseño, estableciéndose de esta manera un nuevo diseño donde las variables independientes fuesen %GA y %Catalizador. Así surgió el diseño factorial bidimensional en tres niveles. Este ordenamiento implica la realización de 9 experimentos, manteniendo constante los niveles de las variables. A continuación en la tabla 9 se presenta la matriz correspondiente a este diseño. Tabla 9. Matriz diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 ). Exp. MGA (%) Cataliz. (%) 1` (1)90 (0)0,7 2` 1 (-1)0,4 3` (-1)50 (1)1 4` 1 1 5` -1-1 6` -1 0 7` (0)70 1 8` 0-1 9` 0 0 Los valores entre paréntesis indican las condiciones de variables absolutas. Este nuevo diseño permitió analizar el comportamiento de la reacción en torno al nivel central de las variables independientes, donde se encontró, en el primer diseño, el producto más cercano al óptimo. 29

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 10. Resultados de variables dependientes en el diseño factorial bidimensional en tres niveles (3 2 ). MATRIZ DISEÑO Punto fusión Contenido sólido graso Exp. GA(%) Cataliz.(%) X S C.V. 10ºC 21,1ºC 26,7ºC 33,3ºC 37,8ºC 1` 90 0,7 34,1 0,12 0,13 38,17 16,52 11,17 6,2 3,31 2` 90 0,4 36,8 0,00 0 40,91 19 12,6 6,8 2,07 3` 50 1 29,8 0,00 0 16,59 7,94 4,96 2,04 0 4` 90 1 35,4 0,00 0 40,75 18 11,79 5,57 1,32 5` 50 0,4 29,9 0,00 0 16,81 8,68 5,63 2,03 0 6` 50 0,7 32,2 0,23 0,7 18,55 7,81 5,82 2,88 0,46 7` 70 1 32,7 0,01 0,54 29,03 11,88 8,37 4,35 1,55 8` 70 0,4 32 0 0 30,67 12,09 8,73 4,71 2,37 9` 70 0,7 31,8 0,17 0,32 28,68 13,6 7,7 2,57 0 45 %CSG 40 35 30 25 20 15 Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6 Exp. 7 Exp. 8 Exp. 9 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 T(ºC) Gráfico 2. Curvas de índices de sólidos grasos para las mezclas interesterificadas, producto del diseño 3 2. 30

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se puede apreciar nuevamente que a mayor porcentaje de grasa animal, mayor es el contenido de sólidos grasos que existe en las muestras, con el aumento del contenido de sólidos grasos, aumenta también el punto de fusión. Concordante con lo mostrado en el gráfico 2, los experimentos 1`, 2`y 4` se comportan como una base grasa para la elaboración de margarina comercial con respecto a lo establecido como estándar en la tabla 6. 3.5.1 Análisis estadístico de las respuestas del diseño 3 2. En este punto se presenta un resumen de los análisis de varianza (ANOVA) aplicados a las respuestas, con el objetivo de conocer el efecto de las variables independientes. En el Anexo 2 se presentan las tablas de ANOVA individuales, con los efectos no significativos eliminados, de manera de obtener el coeficiente de correlación (r 2 ) que corresponde a cada ajuste. Tabla 11. Resumen de valores P y F del análisis ANOVA aplicado a la respuesta del diseño 3 2. P. Fusión CSG1 10ºC CSG 2 21,1ºC CSG 3 26,7ºC CSG 4 33,3ºC CSG 5 37,8ºC Efectos F p F p F P F p F p F p A %GA 13,34 0,0354 282,25 0,0005 87,8 0,0026 153,11 0,0011 19,99 0,0208 4,07 0,1368 B Cataliz. 0,2 0,6831 0,88 0,4166 0,75 0,4496 1,67 0,2866 0,35 0,5949 0,23 0,662 AA 0,75 0,45 0,2 0,6871 0,33 0,6074 0,43 0,5597 0,11 0,7578 0,02 0,8917 AB 0,16 0,7171 0,07 0,8116 0,03 0,8665 0,13 0,7423 0 0,9712 0,07 0,8105 BB 0,03 0,8734 0,67 0,4742 0,14 0,7364 0,6 0,4942 0,1 0,7673 0 0,954 r 2 0,8284 0,9895 0,9674 0,9811 0,8727 0,5947 Los valores de P<0,05 y F>4 indican efecto significativo de las variables sobre las respuestas. De acuerdo a este análisis se pudo determinar que la variable % GA (grasa animal), ejerce un efecto significativo sobre los resultados y en menor grado el % de catalizador, esto se puede observar de mejor manera en el Anexo 2, en donde se han eliminado las interacciones entre ambas variables las cuales no tiene un efecto significativo. 31