Enfoque UTE es una revista de carácter técnico-científico, que publica artículos sobre trabajos de investigación científica y tecnológica, revisión del estado del arte en un área específica del conocimiento y trabajos de vinculación con la comunidad en los cuales se realizaron actividades de investigación científica. La revista abarca las áreas temáticas de las ingenierías Ambiental, de Alimentos, Automotriz, Industrial, Informática, Mecatrónica y de Petróleos. Enfoque UTE está dirigida a la comunidad de docentes, investigadores y estudiantes universitarios de pregrado y posgrado en general. Enfoque UTE Volumen 6 – Número 1 Marzo – 2015 e-ISSN: 1390-6542 (electrónico) / p-ISSN: 1390-9363 (impreso) Copyright © 2010 - 2015 Facultad de Ciencias de la Ingeniería Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ Teléfono: +593-(2)-2990-800 ext.2232 Dirección: Av. Mariscal Sucre (Occidental) y Mariana de Jesús, s/n. Quito-Ecuador Comité Editorial Director Jorge Viteri Moya, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador Coordinador Comité Editorial Diego Ordóñez Camacho, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador Comité Editorial Juan Bravo, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador Analía Concellón, Universidad Nacional de La Plata, Argentina Albert Ibarz, Universidad de Lleida, España Alberto Medina, Universidad de Matanzas "Camilo Cienfuegos", Cuba Neus Sanjuan, Universidad Politécnica de Valencia, España Gabriela Vernaza, Universidad San Francisco de Quito, Ecuador Fabián Villavicencio, Universidad de las Fuerzas Armadas, Ecuador Índices / Catálogos / Bases de datos DOAJ (Directory of Open Access Jou rnals) http://doaj.org/toc/9bad01bd027445559612905c04156144 OAJI (Open Academic Journals Index) http://oaji.net/journal-detail.html?number=1783 Catálogo Latindex http://www.latindex.unam.mx/buscador/ficRev.html?folio=22038 GIF (Global Impact Factor) http://globalimpactfactor.com/enfoque-ute/ DRJI (Directory of Research Journals Indexing) http://drji.org/JournalProfile.aspx?jid=1390-6542 Journal TOCs http://www.journaltocs.ac.uk/index.php?action=browse&subAction=pub&publisherID=2651&journ alID=28767 Google Scholar http://scholar.google.com/scholar?q=Enfoque+UTE Contenido Biocoagulación de aguas residuales de industria textilera mediante extractos de Caesalpinia spinosa .................................................................................................................................................. pp. 1 - 12 Andrés Revelo , Diego Proaño , Carlos Banchón Influencia de los parámetros de corte en el desgaste del flanco de insertos recubiertos durante el torneado del acero AISI 316L .................................................................................................. pp. 13 - 24 Yusimit Zamora Hernández , Yoandrys Morales Tamayo, Arlys Michel Lastre Aleaga ,Roberto Beltrán Reyna Relación entre la química del agua, la precipitación y evaporación en la cuenca de Río Grande, Chone, Ecuador .................................................................................................................................. pp. 25 - 34 David Carrera , Tania Crisanto, Paulina Guevara , Grace Gualichicomín La optimización evolutiva multiobjetivo en la confección de equipos de desarrollo de software: una forma de lograr la calidad en el producto final …. ...................................................................... pp. 35 - 44 Yasnalla Rivero Peña , Pavel Novoa Hernández , Yandi Fernández Ochoa Identificación de indicadores entéricos en cilantro (Coriandrum sativum) y perejil (Petroselinum sativum) que se expenden en mercados populares del norte de la ciudad de Quito ................................. pp. 45 - 54 Dayana Cerón, Nubia Grijalva Efecto de la sustitución de grasa dorsal de cerdo por aceite de aguacate en la calidad de salchichas de pollo tipo suiza ........................................................................................................................ pp. 55 - 70 Adriàn Moreno Vaca , Priscila Maldonado Pacheco Prefacio Enfoque UTE inicia su sexto año de trabajo ratificando su compromiso de calidad, gracias a su inclusión en un nuevo índice: OAJI, Open Academic Journals Index. OAJI, junto a DOAJ, Directory of Open Access Journals, con el que la revista cuenta desde julio 2013, son dos de los índices aceptados por el CEAACES en el indicador Producción Regional (C3.2). La presente edición cuenta con 6 artículos de investigación tecnológica y de ingeniería. En primer lugar se presenta un estudio sobre el uso de productos amigables con el ambiente para tratar las aguas residuales de las empresas textileras. Luego se analiza el desgaste de las herramientas de corte usadas en torneado a alta velocidad. El tercer artículo intenta establecer la relación existente entre los iones de las aguas de la represa de Río Grande en la época de estiaje y de lluvias con la precipitación y evaporación del sector. A continuación se propone un modelo matemático que permite enfocar el proceso de creación de equipos de desarrollo de software. En el quinto artículo se analizan los niveles de contaminación microbiológica en ciertas hortalizas expendidas en mercados populares de la ciudad de Quito. Finalmente, se analizan los efectos de sustituir ciertas grasas animales usadas en la fabricación de salchichas, por aceite de aguacate. Este Comité, agradece de manera especial a todos sus colaboradores, autores y revisores, su trabajo constante y su profesionalismo. Comité Editorial Quito, marzo 2015 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 Copyright © 2015 Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363 Recibido (Received): 2014/12/06 Aceptado (Accepted): 2015/03/24 Biocoagulación de aguas residuales de industria textilera mediante extractos de Caesalpinia spinosa (Textile wastewater biocoagulation by Caesalpinia spinosa extracts) Andrés Revelo1, Diego Proaño2, Carlos Banchón3 Resumen: La industria textil en Ecuador es todavía motivo de preocupación debido a la inadecuada disposición de sus residuos en los suministros locales de agua. La presente investigación fue llevada a cabo en Pelileo (Tungurahua - Ecuador) donde el agua residual de textileras son descargadas a los cuerpos de agua. Una solución ambientalmente amigable para tratar aguas residuales de textileras con alta carga orgánica es aquí evaluada: un proceso de remediación de biocoagulación fue realizado utilizando extractos de la planta Caesalpinia spinosa conocida como guarango o tara. Se determinó que utilizando extractos de C. spinosa para tratar agua residual tiene el mismo efecto estadístico que aplicando un coagulante químico (policloruro de aluminio 15%). Zeolita activada adsorbió el color residual del agua tratada para obtener una remoción de turbidez más del 90%. Un modelo matemático mostró que la remoción de turbidez entre 50-90% puede obtenerse aplicando 25-45 g/L de extractos de guarango y zeolita por cada 700 mL de agua residual de textileras. La coagulación natural utilizando extractos de C. spinosa produjo 85% menos lodo que el policloruro de aluminio, y removió altos contenidos de materia orgánica en el agua residual (1050 mg/L) en un 52%. Palabras clave: coagulación; floculación; tara; tanino; turbidez Abstract: The textile industry in Ecuador is still a matter of concern because of the inappropriate disposal of their effluents into the local water supply. The present research was carried out in Pelileo (Tungurahua-Ecuador) where textile wastewaters are discharged into waterways. An environmentally friendly solution to treat highly contaminated organic textile wastewaters is herein evaluated: a remediation process of biocoagulation was performed using extracts from the Caesalpinia spinosa plant also known as guarango or tara. It was determined that using C. spinosa extracts to treat wastewater has the same statistical effect as when applying a chemical coagulant (polyaluminum chloride 15%). Activated zeolite adsorbed color residuals from treated water to obtain turbidity removal more than 90%. A mathematical model showed that turbidity removal between 50-90% can be obtained by applying 25-45 g/L of guarango extracts and zeolite per 700 mL of textile wastewater. The natural coagulation using C. spinosa extracts produced 85% less sludge than polyaluminum chloride, and removed high organic matter content in the wastewater (1050 mg/L) by 52%. Keywords: coagulation; flocculation; tara; tannin; turbidity 1 Universidad de Las Américas, Ingeniería Ambiental, Quito – Ecuador ([email protected]) Universidad de Las Américas, Ing. Agroindustrial, Quito – Ecuador ([email protected]) 3 Universidad de Las Américas, Ingeniería Ambiental, Quito – Ecuador ([email protected]) 2 2 1. Introducción En países en desarrollo, un 70% de aguas residuales se descargan sin tratamiento a cuerpos de agua y aproximadamente dos millones de toneladas de residuos industriales, domésticos y agrícolas son desechados de igual forma en ríos o canales (Corcoran et al., 2010; UNWATER, 2014). En Ecuador, el control ambiental de desechos ha sido muy limitado desde hace décadas. Por ejemplo, en el cantón Pelileo (Tungurahua-Ecuador), a la actualidad, la generación de aguas residuales es el resultado de actividades industriales p.e. lavados de jeans; de esto, se desconocen datos precisos sobre la remediación de efluentes aunque la contaminación en ríos de la zona es latente (El Telégrafo, 2014; I. Municipalidad de Pelileo, 2009). El uso de coagulantes naturales o biocoagulantes extraídos de plantas promueve una alternativa ambientalmente amigable para incentivar la remediación de efluentes industriales como los de Pelileo. Actualmente, extractos de plantas se utilizan para mejorar la calidad del agua en países de África y América Latina (Asrafuzzaman, Fakhruddin, & Hossain, 2011; Yongabi, 2010). En algunos casos, se ha reemplazado el uso de productos químicos. Por ejemplo, harina de Moringa oleifera se utiliza como un poderoso adsorbente y agente antimicrobiano (Alo et al., 2012; Mangale Sapana, Chonde Sonal, & Raut, 2012; Pallavi & Mahesh, 2013; Yarahmadi et al., 2009). Biocoagulantes extraídos de Moringa stenopetala, Caesalpinia spinosa (Sánchez-Martín, BeltránHeredia, & Gragera-Carvajal, 2011), Cicer arietinum (Chickpea), cactus y goma arábica también han sido investigados. Extractos de guarango (Caesalpinia spinosa) han sido reportados por su potencial adsorbente para el tratamiento de aguas contaminadas con colorantes (Sánchez-Martín, Beltrán-Heredia, & Gragera-Carvajal, 2011). El guarango o tara es una planta andina que crece en la zona occidental de la cordillera de Los Andes y en valles interandinos de Venezuela, Colombia, Ecuador, Perú, Chile y Bolivia (Chambi et al., 2013; Mancero, 2008). Con los frutos del guarango, se pueden obtener varios productos, de los cuales, los más importantes son extractos de taninos. Los taninos tienen aplicaciones directas en la industria p.e. curtido de pieles, clarificación de vinos y de cerveza, fabricación de plásticos, entre otros (Nieto & Hidrobo, 2011). Ante la problemática expuesta, el objetivo del presente trabajo se refiere a la evaluación de un proceso de remediación de aguas residuales de textileras. También se presenta la evaluación de factores operacionales para la dosificación de extractos biocoagulantes obtenidos a partir de Caesalpinia spinosa. 2. Metodología 2.1 Caracterización físico-química del agua Las muestras de agua residual (pH=8-10) fueron tomadas de la empresa textil Dayantex (Barrio El Tambo, cantón Pelileo, provincia de Tungurahua, Ecuador). La turbidez se midió en un turbidímetro (HANNA Instruments) en unidades nefelométricas de turbidez (NTU, Nephelometric Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 3 Turbidity Unit). La demanda química de oxígeno (DQO) en mg O2/L fue determinada mediante espectrofotometría UV-VIS a 620 nm, según el método analítico estándar CP-PEE-A020 (CESAQPUCE 13163-1). El volumen de lodos sedimentables fue determinado mediante el método estándar ASTM 2540-F. 2.2 Extractos de Caesalpinia spinosa Se agregaron 0.1 g de harina de guarango (Caesalpinia spinosa kuntze) por cada mL de agua destilada. Se experimentó con un volumen de 500 mL de solución de guarango. Esta solución se calentó a 135 °C y se agitó a 210 rpm por 30 min. Para separar los sólidos precipitados, se utilizó un papel filtro Whatman de 125 mm. El líquido filtrado posteriormente se lo diluyó en proporciones volumétricas iguales con metanol concentrado al 90% (Živković, Mujić, Nikolić, Vidović, & Mujić, 2009). Esta solución final denominada biocoagulante tuvo una densidad de 1.087 g/mL. 2.3 Remediación de aguas residuales de textileras con extractos de C. spinosa El proceso de remediación consistió de las siguientes operaciones: coagulación-floculación y filtración en lecho de zeolita activada. La coagulación-floculación fue realizada en un equipo Flocumatic (Selecta, España). La dosificación se llevó a cabo según la Tabla 1, donde se indican los intervalos de adición de coagulantes y floculantes, así como las velocidades de mezclado. Se utilizó el coagulante químico policloruro de aluminio al 15% m/v con densidad 1.261 g/mL (PCA, producto comercial VX-50 Dicomsa), biocoagulante de extractos de C. spinosa, y el floculante poliacrilamida 0.1% m/v (PA, producto comercial, Dicomsa). La remoción final del color que no pudo ser removido con la coagulación, se logró a través de un filtro con zeolita activada. La activación de la zeolita se realizó a 250 °C durante cuatro horas. Se utilizó una dosis de 21.4 mg de zeolita por cada mL de agua a decolorar. Las zeolitas fueron del tipo alumino-silicato de elevada hidratación. Se realizaron los siguientes estudios para determinar las condiciones óptimas del proceso de remediación: (i) Evaluación del efecto de remoción de turbidez en agua residual de textileras con PCA 15% versus extractos de C. spinosa, utilizando floculante PA 0.1%, mediante un diseño factorial completamente aleatorio 2 x 2 x 2 según Tabla 2. (ii) Disminución de la demanda química de oxígeno (DQO) mediante tratamiento con las mejores dosis de biocoagulante y PCA 15% obtenidas en la primera evaluación (Figura 2). (iii) Filtración con zeolita activada de agua tratada con las mejores concentraciones de biocoagulante y PCA 15%. También se seleccionan los tratamientos más óptimos de la primera evaluación. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 4 Tabla 1. Proceso de coagulación-floculación mediante prueba de jarras para un volumen de 0.7 L de agua residual de la empresa textilera Dayantex. Etapas Intervalos de tempo (min) Velocidad (rpm) Adición de coagulante 0-3 200 Adición de floculante 3-5 200 Floculación 5 - 15 40 Sedimentación 15 - 20 0 Los factores de estudio y sus niveles (rangos) de experimentación se presentan en la Tabla 2 en función de un volumen de 0.7 L de agua residual de textilera. Los rangos de experimentación fueron seleccionados en base a pruebas preliminares. Tabla 2. Factores y niveles para el diseño factorial completamente aleatorio 2 x 2 x 2. Factores de estudio Nivel bajo (-1) Nivel alto (+1) X1 = dosis de coagulante PCA 15% 9.0 g/L 18.0 g/L X2 = dosis de floculante PA 0.1% 5.7 g/L 11.4 g/L X3 = dosis de biocoagulante C. spinosa 23.3 g/L 45.0 g/L En la Tabla 3, los factores y sus respectivos niveles son combinados aleatoriamente para obtener los respectivos tratamientos de coagulación-floculación. La respuesta a evaluar fue la turbidez del agua tratada en unidades nefelométricas y también el volumen de lodo formado (mL). El análisis estadístico fue elaborado con los paquetes computacionales R-project (R Core Team, 2014; Russell, 2014) y JMP (SAS Institute, versión 9.0). Tabla 3. Matriz de combinaciones entre factores y niveles. Tratamientos X1 (PCA 15%) X2 (PA 0.1%) X3 (C. spinosa) T1 9.0 g/L (-1) 5.7 g/L (-1) 0 T2 18.0 g/L (+1) 5.7 g/L (-1) 0 T3 9.0 g/L (-1) 11.4 g/L (+1) 0 T4 18.0 g/L (+1) 11.4 g/L (+1) 0 T5 0 5.7 g/L (-1) 23.3 g/L (-1) T6 0 5.7 g/L (-1) 45.0 g/L (+1) T7 0 11.4 g/L (+1) 23.3 g/L (-1) T8 0 11.4 g/L (+1) 45.0 g/L (+1) Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 5 3. Resultados En la Figura 1, se presentan los resultados de turbidez del agua tratada con PCA 15%, biocoagulante de guarango y PA 0.1% de acuerdo con las combinaciones de factores y niveles de la Tabla 3. Se presenta también, la turbidez inicial del agua residual (Blanco). Con estos resultados, en la siguiente sección, se presenta un análisis estadístico para evaluar la influencia de las dosis altas y bajas de cada variable en el porcentaje de remoción de turbidez y DQO. Figura 1. Turbidez promedio antes y después del tratamiento con policloruro de aluminio 15% (PCA), biocoagulante (C.spinosa) y floculante poliacrilamida 0.1%. Donde, T1-T4 son tratamientos con PCA 15% y T5-T8 son tratamientos con biocoagulante; Blanco = agua residual de industria textilera; Réplicas, n = 3. En función de los resultados de la primera evaluación (Figura 1), se eligieron los tratamientos 1 y 6 para determinar el porcentaje de remoción de DQO (Figura 2). El tratamiento 1, en el que se utilizó una concentración de 9.0 g/L de PCA 15% y 5.7 g/L de PA 0.1%, se obtuvo una remoción de turbidez de 58%; es decir, los niveles bajos de concentración de químicos. El tratamiento 6, en el que se utilizó una concentración de 45.0 g/L de biocoagulante y 5.7 g/L de PA 0.1%, se obtuvo una remoción de 24% de turbidez; es decir, más concentración de biocoagulante y menos de floculante. La demanda química de oxígeno a través del tratamiento con biocoagulante y PCA 15% se presenta en la Figura 2, en función del valor máximo permisible por la normativa ambiental ecuatoriana según el Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente de Ecuador (TULSMA). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 6 Figura 2. Demanda química de oxígeno en mg O2/ L de tratamientos (Químico) con concentración 9.0 g/L de PCA 15% y 5.7 g/L de PA 0.1% en el agua residual y (Natural) con concentración de 45.0 g/L de biocoagulante y 5.7 g/L de PA 0.1% en el agua residual. Donde (Blanco) es la muestra de agua residual de textilera sin tratar, y (TULSMA) es el límite máximo permisible de DQO en efluentes al sistema de alcantarillado público. Luego de la coagulación-floculación, se procedió a filtrar el agua con zeolita activada para remover trazas de color (Figura 3). Para el agua proveniente del tratamiento 1, el tratamiento químico, se obtuvo una turbidez final de 11.8 NTU. Para el agua proveniente del tratamiento 6, el tratamiento químico, se obtuvo una turbidez final de 6.4 NTU. Figura 3. Turbidez del agua tratada con zeolita. Donde (Blanco) muestra de agua residual de textilera sin tratar, (Químico) agua tratada previamente con 9.0 g/L de PCA 15% y 5.7 g/L de PA 0.1% y (Natural) agua tratada previamente con 45.0 g/L de biocoagulante y 5.7 g/L de PA 0.1%. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 7 4. Discusión Según la Figura 1, la remoción de turbidez debido al PCA 15% fue entre 17-58%, mientras que con biocoagulante entre 11-24%. La filtración con zeolita activada removió hasta 93.4% de turbidez (Figura 3). Para el agua proveniente del tratamiento 1, el tratamiento químico, el filtro de zeolita removió turbidez hasta un 87.9%. Mientras que para el agua proveniente del tratamiento 6, el tratamiento natural, el filtro de zeolita removió turbidez hasta un 93.4%. Según la Figura 2, la remoción de demanda química de oxígeno mediante el coagulante PCA 15% llega a un 85%, mientras que el biocoagulante alcanza una remoción del 52%. El Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente de Ecuador (TULSMA) establece que el límite máximo permisible de DQO en efluentes al sistema de alcantarillado público es de 500 mg/L; es decir, el agua tratada con extractos de guarango en efecto cumple con esta normativa. Por lo tanto, se constata el potencial coagulante de extractos de C. spinosa para la remoción de una alta carga de materia orgánica de 1050 mg O2/L. En la Figura 4 se muestra el efecto estadístico de la adición de los coagulantes PCA 15% y extracto de guarango en función de la remoción de turbidez. Según el análisis de varianza (Figura 4), la remoción de turbidez con los dos coagulantes es estadísticamente significativa (p < 0.05). Esto sugiere que, en efecto los extractos de guarango pueden utilizarse para la remoción de contaminación coloidal. La remoción de contaminantes del agua residual de textileras fue ya reportada por Sánchez-Martín, Beltrán-Heredia, & Gragera-Carvajal (2011); no obstante, en el presente estudio se verifica que extractos de C. spinosa también remueven un alto grado de turbidez (97.1 NTU) y materia orgánica (1050 mg O2/L). Figura 4. Efectos principales de los factores de estudio (PCA 15%, biocoagulante y PA 0.1%) en función de su residualidad y análisis de la varianza con un p < 0.05. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 8 La goma o endospermo del guarango posee las características propias de las gomas vegetales: actúa como espesante, aglomerante y estabilizador (Nieto e Hidrobo, 2011). Es muy importante recalcar esta propiedad, ya que se la sugiere como parte del mecanismo de coagulación: el de absorción. Además, también se sugiere un mecanismo de protonación producida por la presencia de polifenoles en extractos del guarango, debido a la alta concentración de taninos en el guarango de 40-60% m/v (Bellotti, del Amo, & Romagnoli, 2012). El objetivo de añadir cargas positivas es desestabilizar los coloides aniónicos de carga negativa presentes en el agua residual (Beltrán, Sánchez, Gómez y Dávila, 2010). La presencia de sales de hierro en la composición de taninos, también es otra razón para la sedimentación de coloides contaminantes de las aguas residuales; esto es, debido a que el hierro (III) del tanino forma iones complejos que generan hidrólisis de moléculas de agua aportando así cargas positivas al medio. Así, los coloides cargados negativamente son desestabilizados formándose lodos residuales. Esto se comprueba mediante el siguiente razonamiento en base a los resultados experimentales de la presente investigación: si el efecto de remoción de contaminación coloidal y disuelta mediante monómeros de aluminio es positivo (Figuras 1 y 2), entonces el agua residual se compone de contaminación con cargas eléctricas negativas. Si extractos de guarango también tienen efectos positivos de remoción de contaminación coloidal y disuelta, entonces los extractos de guarango disponen de un carácter electropositivo en la desestabilización coloidal, siguiendo mecanismos de neutralización de cargas. Un modelo matemático realizado en R-project (R Core Team, 2014; Russell, 2014) mediante el paquete RSM, incorporando el efecto de filtración con zeolita activada, se presenta en la Figura 5 los porcentajes a los cuales llegaría la remoción de turbidez mediante PCA 15%, PA 0.1% y extractos de guarango. Estos porcentajes oscilan entre 50-90%. Estudios sobre coagulación con productos naturales reportan eficiencias de remoción de turbidez de entre 49.71 hasta 95.89 % con extractos de Acacia mearnsii, Moringa oleifera, Dolichos lablab y Cicer arietinum (Asrafuzzaman, Fakhruddin, & Hossain, 2011; Beltrán-Heredia, Sánchez-Martín, & RodríguezSánchez, 2011; Kazi & Virupakshi, 2013). En referencia a la remoción de lodos, el uso de biocoagulante produjo 85% menos volumen de lodos que mediante el uso de PCA 15% (Figura 6). Experimentalmente se demostró que el grado de compactación de los lodos generados en la biocoagulación es mayor que cuando se utiliza policloruro de aluminio, en concordancia con lo manifestado por Alo, Anyim, & Elom (2012) sobre el volumen de lodos generados por la alumina. Cabe recalcar la relevancia de estudios enfocados a la calidad de compactación de lodos en función de su fácil remoción en sedimentadores de plantas de tratamiento. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 9 Figura 5. Modelo de superficie de respuesta de remoción de turbidez en función de la concentración de biocoagulante, coagulante PCA 15%, floculante PA 0.1% y zeolita activada. Figura 6. Modelo de superficie de respuesta para la formación de lodos debido al tratamiento con biocoagulante, PCA 15% y floculante PA 0.1%. 4. Conclusiones y Recomendaciones El proceso de tratamiento de aguas residuales provenientes de una industria textilera consistió en (i) coagulación-floculación del agua residual, (ii) sedimentación de lodos, (iii) remoción de remanentes colorantes mediante zeolita activada; para este proceso no fue necesario la regulación ni del pH, ni conductividad eléctrica del agua residual. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 10 El presente estudio revela el potencial de aplicación de extractos biocoagulantes de C. spinosa para la remoción de altas concentraciones de materia orgánica (1050 mg O2/L). No obstante, grados de remoción de turbidez hasta 24% y DQO hasta 52%, con 45.0 g/L de biocoagulante y 5.7 g/L de PA 0.1% sugieren una optimización del proceso de extracción de taninos del guarango. Se recomienda la optimización en la extracción y caracterización de taninos de plantas endémicas de Ecuador con características similares a las de C. spinosa, dado a su potencial de neutralización de cargas negativas y carácter adsorbente de materia orgánica en aguas residuales. Esto como una opción de bajo coste y amigable con el ambiente. La aplicación de biocoagulantes es de gran relevancia en países donde las plantas de tratamiento tecnificadas y automatizadas todavía no forman parte del manejo integral de contaminantes. Bibliografía Alo, M. N., Anyim, C., & Elom, M. (2012). Coagulation and Antimicrobial Activities of Moringa oleifera Seed Storage at 3° C Temperature in Turbid Water. Advances in Applied Science Research, 3(2), 887–894. Asrafuzzaman, M., Fakhruddin, A. N. M., & Hossain, M. A. (2011). Reduction of Turbidity of Water Using Locally Available Natural Coagulants. ISRN Microbiology, 2011, 1–6. doi:10.5402/2011/632189 Bellotti, N., del Amo, B., & Romagnoli, R. (2012). Caesalpinia Spinosa Tannin Derivatives for Antifouling Formulations. Procedia Materials Science, 1, 259–265. doi:10.1016/j.mspro.2012.06.035 Beltrán-Heredia, J., Sánchez-Martín, J., & Rodríguez-Sánchez, M. T. (2011). Textile wastewater purification through natural coagulants. Applied Water Science, 1(1-2), 25– 33. doi:10.1007/s13201-011-0005-2 Chambi, F., Chirinos, R., Pedreschi, R., Betalleluz-Pallardel, I., Debaste, F., & Campos, D. (2013). Antioxidant potential of hydrolyzed polyphenolic extracts from tara (Caesalpinia spinosa) pods. Industrial Crops and Products, 47, 168–175. doi:10.1016/j.indcrop.2013.03.009 Corcoran, E., Nellemann, C., Baker, E., Bos, R., Osborn, D., & Savelli, H. (2010). Sick water?: the central role of wastewater management in sustainable development : a rapid response assessment. Arendal, Norway: UNEP/GRID-Arendal. El Telégrafo. (2014). El Parque Industrial de Pelileo proyecta 58 hectáreas. 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Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.1 - 12 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 Copyright © 2015 Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363 Recibido (Received): 2015/01/20 Aceptado (Accepted): 2015/03/25 Influencia de los parámetros de corte en el desgaste del flanco de insertos recubiertos durante el torneado del acero AISI 316L (Influence of the cutting parameters on flank wear of coated inserts during turning of AISI 316L) Yusimit Zamora Hernández1, Yoandrys Morales Tamayo1, Arlys Michel Lastre Aleaga2, Roberto Beltrán Reyna3 Resumen: La mejora continua de los procesos de fabricación es fundamental para alcanzar niveles óptimos de productividad, calidad y corte en la producción de componentes y productos. Esta investigación tiene como objetivo determinar la progresión del desgaste del flanco de la herramienta de corte durante el torneado en seco de alta velocidad para piezas de acero AISI 316L. Los datos experimentales fueron adquiridos utilizando dos niveles de avance de corte, dos niveles de material, tres de velocidad de corte y cuatro de tiempos principales de corte. Un microscópio electrónico de barrido (SEM) fue utilizado para medir y analizar el desgaste de las herramientas de corte. Los resultados fueron comparados utilizando el análisis de varianza y el análisis de regresión múltiple para describir la relación entre las variables utilizadas en el estudio. En el análisis se demostró que el inserto de tres capas no sobrepasó el criterio de fin de vida del desgaste, mientras que el inserto de una capa sufrió un desgaste elevado para la mayor velocidad de corte. Se encontró que existe una relación entre los datos experimentales y los valores predichos para el desgaste del flanco con un error promedio general de 4,1182 %. Palabras clave: Torneado de alta velocidad; Desgaste de flanco; Acero inoxidable AISI 316L. Abstract: The continuous improvement of manufacturing processes is critical to achieve optimum levels of productivity, quality and cut production of components and products. This research aims to determine the cutting tool flank wearing progression, during a high speed dry turning, for AISI 316L steel parts. Experimental data were acquired using two cutting feed levels, two material levels, three cutting speeds, and four principal cutting times. A scanning electron microscope (SEM) was used to measure and analyze the wear of the cutting tools. Results were compared using analysis of variance and multiple regression for describing the relation between the variables used in the study. The analysis showed that the three layers coating insert did not exceed the end of life wearing criterion, while the one layer insert suffered a catastrophic wearing at the highest cutting speed. It was found that a relation exists between the experimental data and the predicted values for flank wear with a general average error of 4.1182%. Keywords: High speed turning; Flank wear; AISI 316L. 1 Universidad de Granma, Ingeniería Mecánica, Bayamo – Cuba. ([email protected]) Universidad Tecnológica Equinoccial- Sede Santo Domingo, Ciencias de la Ingeniería, Santo Domingo de los Tsachilas– Ecuador. ([email protected]) 3 Universidad de las Fuerzas Armadas, ESPE Extensión Latacunga-Ecuador.([email protected]) 2 14 1. Introducción La demanda de componentes mecánicos de alta calidad, gran exactitud y menores tiempos de entrega para sistemas de elevado desempeño ha aumentado considerablemente en los últimos años a nivel mundial. El avance alcanzado en las máquinas herramienta, en las herramientas de corte y en las tecnologías de maquinado han posibilitado la utilización del maquinado de alta velocidad (HSM).Este posibilita una mayor velocidad de remoción de material, reduce los tiempos de maquinado, el número de máquinas herramientas y garantiza un elevado acabado superficial, disminuyendo las fuerzas de corte y la vida útil de la herramienta de corte(Hernández et al., 2011). La importancia de evaluar el desgaste y predecir la vida de la herramienta radica en los efectos indeseables que provoca como: una menor exactitud dimensional de la pieza terminada, tensiones residuales superficiales, deficiente rugosidad superficial y aumento de las vibraciones durante el proceso de corte(Suresh et al., 2012b). Muchas soluciones para aumentar la vida de la herramienta han estado dirigidas a disminuir la temperatura en la interface herramienta-pieza mediante la utilización y desarrollo de fluidos de corte de diferentes naturalezas. La utilización de estos encarece los costos de fabricación, provoca daños en la salud de los operarios y afecta el medio ambiente. Las nuevas tecnologías para atenuar los efectos perjudiciales de los fluidos de corte se sustentan en el corte en seco, en la mínima lubricación y en el desarrollo de nuevas fórmulas de fluidos (Cordes, 2012). En los últimos años las investigaciones relacionadas con la evaluación de la vida útil de la herramienta han estado dirigidas a efectuar el corte de metales refrigerado, sin embargo son escasas las investigaciones relacionadas con el mecanizado en seco a altas velocidades utilizadas en el torneado de aceros inoxidables austeníticos. A continuación se muestra un resumen de los trabajos investigativos más relevantes en la elaboración de los aceros inoxidables austeníticos. Korkutet al.(2004), investigaron la influencia de la velocidad de corte en el desgaste de la herramienta y en la rugosidad superficial durante la elaboración en seco del acero inoxidable AISI 304 con herramientas multicapas (TiC, TiCN, Al2O3, TiN) utilizando velocidades de corte entre 120 y 180 m/min. Por otro lado, Ciftci en el(2006),evaluó la rugosidad superficial y las fuerzas de corte para herramientas revestidas durante el mecanizado en seco de los aceros inoxidables AISI 316L y AISI 304 empleando velocidades de corte entre 120 y 210 m/min. Estos autores utilizaron velocidades de corte bajas en sus análisis. Lin en el(2008), evaluó el comportamiento de la rugosidad superficial para aplicar el torneado de acabado en seco de los aceros AISI 303 y 304 utilizando velocidades de corte entre 250 y 450 m/min. Este autor utiliza elevadas velocidades de corte pero no evaluó el desgaste de la herramienta. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 15 En su artículo Xavior y Adithan en el(2009), determinaron la influencia de los fluidos de corte en el desgaste de la herramienta y en la rugosidad superficial durante el torneado de AISI 304 con herramientas de carburos y velocidades de corte de 38,95; 61,35 y 97,38 m/min. Estos autores analizaron bajas velocidades. Galanis y Manolakos en el (2010)desarrollaron un modelo para predecir la rugosidad superficial en cabezas femorales en el torneado del acero inoxidable AISI 316L utilizando velocidades hasta 440 m/min. Estos autores, aunque trabajaron en la gama de la alta velocidad no midieron el desgaste de la herramienta de corte. Mahdavinejad y Saeedy en el (2011) realizaron un estudio experimental para optimizar los parámetros de corte del torneado en seco y con fluidos de corte del acero inoxidable AISI 304. Este estudio utilizaron herramientas de carburo de tungsteno con velocidades de corte entre 100 y 200 m/min. Leppert y Peng en el(2012) analizaron la tensión residual producida en la capa superficial producida durante el torneado del acero inoxidable AISI 316L con herramientas recubiertas. En el maquinado emplearon velocidades de corte hasta 255 m/min. Estos autores no incluyeron en su investigación altas velocidades de corte, ni midieron el desgaste de los insertos. Naves y otros investigadores analizaron la aplicación de fluidos de corte a alta presión en las herramientas de corte con el objetivo de alargar la vida de estas. El factor analizado fue el desgaste del flanco para 300 m/min como velocidad de corte(Naves et al., 2013). En el 2014 Gerth y otros, realizan una investigación para profundizar en el estudio del proceso de adhesión que se produce entre la viruta y la arista de corte de la herramienta. La operación corresponde al corte ortogonal y la velocidad de corte que utiliza es de 150 m/min(Gerth et al., 2014). Estas dos últimas investigaciones no estudian el rango de alta velocidad y además utilizan los fluidos de corte para alargar la vida útil de las herramientas. Del análisis anterior se aprecian que las investigaciones se centran en el estudio de la rugosidad superficial, las fuerzas de corte y los menos estudiados son las vibraciones mecánicas, las deformaciones superficiales y el desgate de la herramienta en el mecanizado de alta velocidad en seco de los aceros inoxidables. Por tanto, esta investigación tiene como objetivo investigar la evolución del desgaste del flanco respecto al tiempo de maquinado de dos insertos de carburo recubierto durante el torneado en seco a altas velocidades del acero inoxidable AISI 316L. 2. Materiales y Métodos El torneado experimental fue ejecutado en condiciones secas, con el uso del torno multifuncional tipo Okuma Multus B200-W con una potencia del motor de 15 kW. La rotación del husillo oscila entre 50 y 5000 rpm y el peso máximo que soporta sobre el cabezal fijo es de 110 kg. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 16 La probeta seleccionada fue de acero inoxidable AISI 316L muy utilizado en la fabricación de productos resistentes a la corrosión y resistentes a altas temperaturas(Gaitonde et al., 2008). La composición química se puede observar es la tabla 1. Ni 2,05 10,08 P S N 0,059 Mo 0,029 Cr 0,031 Mn 16,95 (%) Si 1,50 Composición C 0,58 Elemento 0,015 Tabla 1. Composición química del acero AISI 316L. Las probetas de 100 mm de diámetro y 200 mm de longitud fueron torneadas con insertos recubiertos con marcación Sandvik, GC1115 y GC2015. Los recubrimientos de (TiCN−Al2O3−TiN) con un espesor de 15 µm correspondieron al inserto GC1115 y para el inserto tipo GC2015 su recubrimiento fue de TiN con 5 µm de espesor. La geometría de los insertos fue CCMT 12 04 04-MF con rompevirutas, el portaherramienta marca Sandvik de código C6-SCLCL-45065-12 y un adaptador con código C6-391.01-63 060. El ángulo de incidencia principal fue de 7°, el ángulo de ataque fue de 0° y el radio de la punta fue de 0,4 mm. La dureza de los insertos determinada con un microdurómetro marca SHIMADZU fue 1755 HV GC1115 y 1404 HV para el inserto GC2015. El análisis factorial completo fue el procedimiento utilizado para determinar la relación entre las variables independientes (parámetros de corte) y la variable dependiente (desgaste del flanco (w)). Un total de 64 ensayos para dos replicas fueron desarrollados con dos niveles de velocidades de corte (v), cuatro niveles de tiempo (T), dos niveles de avances de corte (f) y dos niveles de material de la herramienta, en la tabla 2 aparecen las variables estudiadas. Tabla 2. Variables consideradas en el estudio. Velocidad de Avance f(mm/rev) corte v(m/min) Tiempo principal de corte T(min) 2 3 400 0,08 0,16 4 5 0,6 1,2 450 0,08 0,16 2 3 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 17 En esta investigación fue asumido como criterio límite de desgaste del flanco 0,2 mm teniendo en cuenta los resultados de la revisión de la literatura científica además de que se trata de una elaboración de acabado en seco y a alta velocidad de corte(Cordes, 2012). Se realizaron pruebas iniciales para determinar el estado de los instrumentos de medición, máquinas y del personal encargado de la experimentación. Se cilindró la pieza comenzando con un filo nuevo y el corte fue interrumpido en diferentes valores de tiempo, según la Tabla 2, para medir el desgaste del flanco utilizando un microscopio electrónico de barrido marca JEOL. La medición del desgaste fue efectuada acorde a la norma ANSI/ASME B94.55M, además se utilizaron varias probetas de acero inoxidable AISI 316L para evitar cualquier efecto de confusión entre las mismas y la selección de la pieza para cada ensayo fue completamente aleatoria. 3. Discusión de los Resultados El objetivo del trabajo es evaluar la evolución del desgaste del flanco respecto al tiempo principal de maquinado de dos insertos de carburo recubierto para dos velocidades y dos avances de corte. En las figuras 1 y 2 se muestran las mediciones del desgaste del flanco de los insertos para 400 m/min y 450 m/min de velocidad de corte, para 5 y 3 min de tiempo de maquinado respectivamente. Se observa que para v = 400 m/min y f = 0,16 mm/rev los insertos GC1115 y GC2015 no exceden el criterio de fin de vida del desgaste del flanco (200 µm). Para la velocidad de 450 m/min y avance 0,16 m/min el inserto GC1115 sufre un gran desgaste sobrepasando por mucho el criterio de fin de vida del desgaste del flanco y el inserto GC2015 se aproxima a este límite, aunque no lo sobrepasa. (a) (b) Figura 1. Desgaste del flanco (w) de los insertos para f = 0,16 mm/rev, T = 5 min y v = 400 m/min donde: (a) GC1115 y (b) GC2015. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 18 (a) (b) Figura 2. Desgaste del flanco (w) de los insertos para f = 0,16 mm/rev, T = 3 min y v = 450 m/min donde: (a) GC1115 y (b) GC2015. La utilización de elevadas velocidades de corte provoca un aumento de la temperatura en la herramienta de corte, como consecuencia debilita la arista de corte(Bartarya & Choudhury, 2012).Los insertos maquinados a 400 m/min mostraron desgaste por abrasión, adhesión y mueca. Para el caso de la velocidad de 450 m/min, el inserto GC1115 presenta un excesivo desgaste revelando abrasión, adhesión, difusión, deformación plástica, y fractura del borde cortante, mientras que el GC2015 muestra abrasión, adhesión, difusión, y mueca, conclusión similar a la obtenida por Jianxin et al(2011). En la figura 3a se muestra la evolución del desgaste del flanco de los insertos para v = 400 m/min, se aprecia un mejor comportamiento del inserto GC1115 hasta 4 min de corte. Para los 5 min de maquinado el inserto GC2015 obtuvo el mejor resultado en cuanto al desgaste, ninguno de los dos insertos alcanzó el límite del criterio de fin de vida. Para la velocidad de corte de 450 m/min (figura 3b) el mejor desempeño hasta 1,2 min de corte fue también para el inserto GC1115, en cambio para los tiempos restantes el desgaste del flanco en sus filos de corte fue superior hasta llegar a desmoronarse antes de alcanzar el tiempo final de maquinado. Para el caso del avance en la figura 4a y 4b es apreciable que el comportamiento del desgaste del flanco fue favorable cuando se utilizó el avance de 0,08 mm/rev en las dos velocidades. a b Figura 3. Evolución del desgaste del flanco de los insertos GC1115 (1) y GC2015 (2) para v = 400 m/min (a) y v = 450 m/min (b). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 19 a b Figura 4. Evolución del desgaste del flanco con la utilización de los avances para v = 400 m/min (a) y v = 450 m/min (b). Se observó que la herramienta de menor desgaste GC2015 es coincidentemente la de menor dureza, debido a que posee tres recubrimientos específicos para mejorar la mecánica del corte. La capa compuesta por Ti(N,C) le proporciona resistencia al desgaste y estabilidad térmica, la capa de Al2O3 le suministra resistencia al calor y al desgaste cráter y el recubrimiento de TiN le aporta resistencia al calor y un bajo coeficiente de fricción(Suresh et al., 2012a). Además la herramienta de mayor dureza solo presenta un recubrimiento de 5 µm de espesor mientras que la suma de los recubrimientos del inserto de tres capas alcanza 15 µm de espesor. Se realizó el análisis de varianza para determinar los factores y las interacciones estadísticamente significativas en el desgaste del flanco y además se realizó un análisis de regresión utilizando el software STATGRAPHICS Plus versión 5.1 Análisis de varianza factorial y de regresión. El análisis del estudio experimental realizado para la velocidad de corte de 400 m/min se presenta en la tabla 3. Se midió la contribución de cada factor eliminando los efectos del resto de los factores. La importancia significativa de las variables para un 95% de confianza se comprueba determinando los p-valores inferiores a 0,05. Resultaron significativos el avance de corte, el tiempo de maquinado y la interacción entre estas dos variables, por el contrario los tipos de insertos no resultaron tener un efecto significativo en consecuencia que su p-valor es superior a 0,05. Tabla 3. Análisis de varianza factorial de desgaste del flanco de los insertos para 400 m/min. Suma de Grado de Cuadrado cuadrados libertad medio 300,12 1 3,12 Tiempo de maquinado Fuente Cociente-F p-valor 300,125 59,25 0,0000 1 3,125 0,62 0,4407 2503,75 3 834,583 165,61 0,0000 Inserto-Tiempo 221,62 3 73,875 14,66 0,0000 Residuo 95,75 19 5,039 3202,00 31 Avance de corte Inserto Total (corregido) Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 20 Se realizó un análisis de regresión para describir la relación entre el desgaste del flanco de cada inserto, el tiempo de maquinado y el avance de corte, para obtener la ecuación del modelo ajustado. Además se determinó el coeficiente de determinación ajustado (R2) que representa la bondad del ajuste. En la figura 5 y 6 se muestran las ecuaciones de regresión de los modelos ajustados para cada inserto y el coeficiente de determinación para 400 m/min de velocidad de corte a través de una superficie respuesta. Además se presenta el tiempo de vida útil de cada inserto (Tvu) para cada avance de corte teniendo en cuenta el criterio de fin de vida (200 µm). Figura 5. Análisis del desgaste del flanco del inserto GC1115 para v = 400 m/min. Figura 6. Análisis del desgaste del flanco del inserto GC2015 para v = 400 m/min. La comparación en el análisis de la varianza (tabla 4) del desgaste del flanco para v = 450 m/min muestra que los insertos, el tiempo de maquinado y la interacción entre ellos tienen un efecto estadísticamente significativo en el desgaste del flanco para un nivel de confianza del 95,0 %, sin embargo el avance de corte no tuvo un efecto significativo para este nivel de confianza. Los Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 21 resultados del análisis de regresión para describir la relación entre el desgaste del flanco de los insertos, el avance de corte y el tiempo de maquinado para velocidad de corte (450 m/min) se observan en la superficie respuesta que se muestra en las figuras 7 y 8. Además se puede observar el tiempo de vida útil de cada inserto (Tvu) para cada avance de corte utilizado. Tabla 4. Análisis de varianza factorial de desgaste del flanco de los insertos para 450 m/min. Suma de Grado de Cuadrado cuadrados libertad medio Avance de corte 275097,0 1 Inserto 243428,0 Tiempo de maquinado Inserto-Tiempo Fuente Residuo Total (corregido) Cociente-F p-valor 275097,0 7,94 0,1100 1 243428,0 7,02 0,0158 97439,0 3 324780,0 9,37 0,0005 705615,0 3 235205,0 6,79 0,0027 658405 19 34652,9 3,616 31 Figura 7. Análisis del desgaste del flanco del inserto GC1115 para v = 450 m/min. Figura 8. Análisis del desgaste del flanco del inserto GC2015 para v = 450 m/min. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 22 Análisis de los errores de los modelos propuestos en la investigación La exactitud y precisión de un modelo es evaluada y comprobada comúnmente por la ecuación 1 (Jiao et al., 2004; Asiltürk & Çunka, 2011; Suresh et al., 2012a). 1 N t −t Emedio = (N ∑ | it 0 | x 100) i (1) o Donde: Emedio, error medio absoluto. ti, son los valores reales obtenidos por experimentación. to, son los valores predichos por el modelo evaluado en cuestión. Los errores medios absolutos de los modelos obtenidos se muestran en la tabla 5. En ella se puede apreciar que los modelos alcanzaron errores medios absolutos menores al 15%. Tabla 5. Errores medios absolutos (%) obtenidos por regresión múltiple. Velocidad 400 450 Inserto Emedio (%) GC1115 1,662 GC2015 1,182 GC1115 11,979 GC2015 1,650 Promedio General 4,1182 3. Conclusiones y Recomendaciones En este trabajo los datos experimentales fueron adquiridos utilizando dos niveles de avance de corte, dos niveles de material, tres de velocidad de corte y cuatro de tiempo. Basados en los análisis y resultados del estudio del desgaste de la herramienta durante el torneado del acero AISI 316L se llegó a las siguientes conclusiones: El desgaste del flanco aumentó con el tiempo de maquinado para las velocidades de corte utilizadas en el estudio. Para las velocidades de corte estudiadas, el mejor desempeño corresponde al inserto GC2015 con tiempos de vida útil superiores al inserto GC1115. El desgaste del flanco tuvo mejor comportamiento para el avance de 0,08 mm/rev en todas las velocidades empleadas en este estudio. El análisis de varianza factorial demostró que el avance de corte y el tiempo de maquinado tienen un efecto significativo para un nivel de confianza del 95%. Se encontró que existe una relación entre los datos experimentales y los valores predichos para el desgaste del flanco con un error promedio general de 4,1182 %. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.13 - 24 23 Teniendo en cuenta los resultados de los errores y los coeficientes de determinación se puede expresar que los modelos obtenidos por regresión son adecuados para utilizarse como estimados del desgaste del flanco cuando se utilizan los parámetros de corte. Agradecimientos Los autores agradecen a la SEP por proporcionar la beca postgraduada de investigación en la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) en México. Se le agradece al Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica por el apoyo financiero, tecnológico y por todas las facilidades brindadas para el desarrollo del trabajo de investigación. Se agradece al Departamento de Ciencias Técnicas de la Universidad de Granma por el apoyo brindado. Bibliografía Asiltürk, I., & Çunka, M. (2011). 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Por las marcadas diferencias en las precipitaciones, éstas podrían perjudicar la calidad de las aguas, por consiguiente, el objetivo de este trabajo fue establecer la relación existente entre los iones y su ubicación en el gráfico: relación de los iones y mecanismos de procesos químicos de las aguas estableciendo su comportamiento y tendencia. El trabajo fue una investigación no experimental, transversal y descriptiva. Se tomaron 111 muestras simples en el conjunto de cauces que forman la cuenca de Río Grande, en los años 2013 y 2014, durante las épocas de estiaje y lluvia. Los parámetros medidos en las muestras fueron aniones y cationes. Los procesos que controlan la química del agua superficial de la zona de estudio en época de lluvia poseen una predisposición a la mineralización en equilibrio con las rocas, sin embargo, en el periodo de estiaje se observó la predisposición de las aguas hacia la zona donde predomina la evaporación con respecto a la precipitación, aumentando la composición química inorgánica de las aguas que en el tiempo podría ampliarse. Palabras clave: procesos químicos; mineralización; bicarbonatos; calcio Abstract: In the Rio Grande basin, the Chone Multi-Purpose dam (PMCH) is built with an investment of approximately $66 million, to irrigate over 7000ha. The marked differences in precipitation could impair the quality of water; therefore the aim of this study was to establish the relationship between the ions and their location in the graph: relationship of ions and mechanisms of chemical processes, water behavior and trend setting. The study was a non-experimental, cross-sectional and descriptive research. 111 samples were collected in the group of channels that form the Rio Grande basin, in 2013 and 2014 during times of drought and rain. The parameters were measured in the sample anions and cations. The processes that control the chemistry of surface water in the studied area during the rainy season have a predisposition to mineralization in equilibrium with rocks. However, in the time of drought, water movement was observed towards the area where evaporation with respect to precipitation predominates, increasing the inorganic chemistry of the waters that, in time, could be extended. Keywords: chemical processes; mineralization; bicarbonates; calcium 1 Universidad de las Fuerzas Armadas, Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción, Sangolquí – Ecuador ([email protected], [email protected], [email protected] ) 2 Universidad de las Fuerzas Armadas, Departamento de Ciencias Económicas y AdministrativasEcuador ([email protected] ) 26 1. Introducción La provincia de Manabí, al oeste del Ecuador, tiene gran variabilidad en la cantidad de pluviosidad que recibe anualmente. En un período de 20 años el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI), en su estación ubicada en Chone, registró en el año 1998 un valor aproximado a 2500 mm, en tanto que, en el año 1996 el valor fue próximo a 600mm, con un promedio anual cercano a los de 1200 mm, lo que dificulta la distribución permanente de la demanda de agua por parte de los habitantes y la biota en general. El Estado ecuatoriano, con el objetivo de evitar excesos o carencias del recuso hídrico en la zona, ejecuta el Proyecto Multipropósito Chone (PMCH) que tiene como objetivos la construcción de la presa de Río Grande y la construcción de un sistema de riego para abastecer una demanda de aproximadamente 7000 ha. De acuerdo al Estudio de Impacto Ambiental realizado para la construcción del proyecto Multipropósito Chone, difundido por la Secretaría Nacional del Agua (SENAGUA), en diciembre de 2010 se tomó datos de la estación M162 Chone durante el segundo semestre del año 2004 y se demostró un déficit hídrico de entre 200 a 600 mm debido a las bajas precipitaciones (Figura 1). Figura 1. Climograma del año 2004 con datos de la estación M162 Chone Fuente. SENAGUA, 2010 Por las marcadas diferencias en las precipitaciones, el objetivo del presente trabajo fue establecer la relación existente entre la composición química inorgánica del agua, la precipitación y la evaporación en la cuenca de Río Grande y ubicarla en el gráfico: relación de los iones y mecanismos de procesos químicos de las aguas (Gibbs, 1970) Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 27 2. Materiales y Métodos El presente trabajo fue una investigación no experimental, transversal y descriptiva (Díaz, 2009) con muestreo en el 100% de los cuerpos de agua (Guayacán, Juan Cayo, la Balsa, Coñaque, Sánchez y Platanales) que van a drenar a la cuenca del Río Grande. Con el fin de observar el incremento en la composición química inorgánica del agua, se muestreó en el nacimiento, tramo medio y desembocadura al cauce principal de la cuenca, tal como se indica en la Figura 2. Se tomaron 71 muestras simples en la época lluviosa (enero y febrero de 2013) y 40 similares, en época de estiaje (agosto y septiembre 2014) en toda la cuenca del Río Grande con el objetivo de comparar el incremento-decremento de la composición química inorgánica del agua en relación con la precipitación y la evaporación. La diferencia del número de muestras de la época lluviosa a la de estiaje radicó en que debido a la anegación de la cuenca no se pudo acceder a todos los puntos tomados en época de estiaje, sin embargo, los puntos neurálgicos fueron tomados, tal es el caso del punto donde se construye la presa PMCH, que corresponde en el estiaje al punto 24 y en lluvias al punto 11 Mediante datos obtenidos de la estación M162 del INAMHI se determinó las variaciones anuales y mensuales de precipitación durante un período de 20 años, datos que fueron completados y validados anticipadamente con apoyo de la estación Portoviejo, y se comprobó estadísticamente la información de acuerdo a lo que propone Monsalve (2009). Los parámetros medidos durante el muestreo fueron: cationes de sodio, potasio, calcio, magnesio; y aniones de carbonatos, bicarbonatos, sulfatos y cloruros que fueron analizados en el laboratorio LASA, el cual está acreditado al OAE, Organismo de Acreditación Ecuatoriano (http://www.laboratoriolasa.com/web/pags/cuerpo.html) En el litoral ecuatoriano existe un régimen de tipo tropical con una estación lluviosa única entre Diciembre y Abril (Pourrut, 1995) lo que se observa en la Figura 3. Con los resultados obtenidos se elaboraron curvas de distribución de los diferentes aniones y cationes de acuerdo al sistema hidrográfico, la altitud y los diferentes períodos, para observar cuál es la distribución de la concentración inorgánica de las aguas. Además, para comprender las variaciones producidas por las marcadas condiciones climáticas se empleó la curva que controla los procesos químicos del agua superficial propuesta por Gibbs (1970) y que sigue vigente tal como lo demostró Yu et al. (2014). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 28 Figura 2. Ubicación de los puntos de agua muestreados 3. Resultados Precipitación Antes de determinar las variaciones mensual y anual de las precipitaciones los datos de la estación M162 de Chone fueron completados y verificados estadísticamente, para ello se utilizó también la estación M005 de Portoviejo. La variación en la precipitación promedio mensual se observa en la Figura 3 y la variación promedio anual se observa en la Figura 4. La Figura 4 demuestra que las precipitaciones promedio máximas están en los años 1997, 1998 y 1999 siendo cercanas a los 2000 mm, en cuanto a las precipitaciones mínimas anuales fueron en los años 1991 y 1996 con valores cercanos a los 600mm. La cuenca hidrográfica del Río Grande, donde se construye el PMCH tiene un comportamiento hidrológico variado, desde precipitaciones que superan los 2000mm que aguas abajo generan inundaciones y pérdidas económicas, hasta precipitaciones con valores inferiores a los 600mm ocasionando pérdidas en los campos de cultivo por falta de agua para riego Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 29 350,000 Precipitación (mm) 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0,000 Meses Figura 3. Variación de la precipitación mensual en 20 años en la estación Chone 3000,000 Precipitación (mm) 2500,000 2000,000 1500,000 1000,000 500,000 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 0,000 Años Figura 4. Variación de la precipitación anual en 20 años en la estación Chone 4. Discusión El promedio de la concentración de aniones y cationes en la época de lluvias fue de 175 mgL-1, mientras que en la época de estiaje fue de 240 mgL-1, que inicialmente es lógico pues en el primer caso están diluidas las especies químicas y en el segundo concentradas, sin embargo, esto no siempre es una regla como lo citó Carrera y Pérez (2013), en la cuenca del río Milagro. Existe una predominancia del anión bicarbonato, que probablemente su contenido se origine en el desgaste y disolución de rocas en la cuenca que contienen carbonatos tales como la Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 30 piedra caliza, definida por la geología de la zona (Carta Geológica de Chone MIII-F2 3591-I, 1979). El catión predominante es el calcio, cuyo origen eventualmente se deba a la presencia de piedra caliza que presenta una baja solubilidad en agua pura; su disolución es promovida por la presencia de CO2 disuelto en el agua, el atmosférico o el generado en sedimentos ricos en materia orgánica (Fuentes y Masoll, 2002). En cuanto a la superioridad del calcio en ciertas zonas, posiblemente se deba a que los minerales predominantes son los feldespatos, además la geología del lugar describe que la zona de estudio posee restos fósiles, los que tienen como componente principal al calcio. En la Figura 5 se presentan la distribución de aniones y cationes en los diferentes sistemas hidrográficos que conforman la cuenca del Río Grande para la época de estiaje, donde se ve que el mayor contenido de sales está en el punto 24 perteneciente al Río Grande, debido a que es la descarga de todos los afluentes secundarios. La sal predominante es el sulfato de calcio. En la Figura 6 se presentan la distribución de aniones y cationes en los diferentes sistemas hidrográficos que conforman la cuenca del Río Grande para la época de lluvias, donde se ve que el mayor contenido de sales está en el punto 11 perteneciente al Río Grande, donde se construye la PMCH. La sal predominante es el bicarbonato de calcio. Diagrama que representa los procesos que controlan la química de las aguas superficiales Gibbs (1970) identificó tres mecanismos naturales que controlan la química del mundo de las aguas continentales superficiales: la mineralización en equilibrio con las rocas, predominancia de la evaporación con respecto a la precipitación y predominancia de la precipitación con respecto a la evaporación. Para definir el comportamiento de la cuenca del Río Grande se agrupó las estaciones por sistemas hidrográficos, resultando seis en la época de lluvias y siete en periodo de estiaje. De cada uno de los sistemas se obtuvo el valor promedio de los sólidos totales disueltos y de la relación Na:(Na+Ca) (Figura 7). Los resultados indican que las aguas del periodo de estiaje presentan una predisposición a la concentración del tipo bicarbonatada cálcica, ubicándose los puntos con tendencia a la zona de predominancia de la evaporación con respecto a la precipitación. Este tipo de zonas típicamente se ubican en el continente africano y asiático donde las lluvias son escasas y por tanto los problemas de sequía son comunes (Gibbs, 1970) Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 Estero Juan Cayo Río Sánchez Escuela Luis Duran Estero el Regreso Estero Pomarosa Cationes Estero Camino al río la Balsa Río Coñaque Río Boca de Platanales 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 5,0 Número de sitios de muestreo Aniones Concentración (mmol c L-1 ) Estero el Naranjo, Escuela Octavio Zambrano Río Grande 5,0 Presa PPMCH Río Grande 10,0 Estero Agua fría Estero Caracolillo 31 10,0 Ca2+ 2+ Mg + Na K + 2- CO 3 - HCO 3 - Cl 2- SO 4 15,0 Figura 5. Distribución de iones del muestreo de aguas en la cuenca donde se construye el PMCH (estiaje) Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 62 64 66 68 70 72 Río Platanales 32 Cationes 4,0 Camino al Retiro Río Cañitas Juan Cayo Estero a río Grande Presa PPMCH 6,0 Río Coñaque Río Sánchez Río Coñaque Aniones Concentración (mmolc L-1 ) 2,0 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 2,0 4,0 Ca²⁺ 6,0 Mg²⁺ Na⁺ K⁺ CO₃²⁻ HCO³⁻ Cl⁻ SO₄²⁻ Número de sitios de muestreo Figura 6. Distribución de iones del muestreo de aguas en la cuenca donde se construye el PMCH (época de lluvia). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 33 10000 Cuenca de Río Grande en donde se construye la presa Propósito Múltiple Chone Bajo Aguas marinas Precipitación o escorrentía Sales Totales Disueltas (mg/L) 1000 Mineralización en equilibrio con las rocas 100 Alto 10 Aguas continentales 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Ca - HCO3 0,5 0,6 0,7 Na: Na + Ca 0,8 0,9 1 Na - Cl Figura 7. Puntos de agua de la época de estiaje (∆) y de lluvia (□), ubicados en la curva de salinidad de Gibbs. En cuanto a las aguas en el período de lluvia presentan una predisposición a la concentración del tipo bicarbonatada cálcica, ubicándose los puntos con tendencia a la zona de mineralización en equilibrio con las rocas. Este tipo de zonas típicamente se ubican en trópico de Sudamérica, con características de suelos pobres por el lavado de minerales (Carrera et al., 2011) La precipitación se está reduciendo y la composición química inorgánica de las aguas de Río Grande aumentando en la época de estiaje que corresponde a ocho meses en el año, por lo que es necesario establecer un plan de manejo ecosistémico de la cuenca hidrográfica en donde se construye el PMCH. Se debe considerar el caso de la cuenca de Río Grande, que se constituye en un caso atípico pues en la zona ecuatorial donde está ubicado el Ecuador las precipitaciones son altas en comparación con el resto del planeta (Aparicio, 2012) 5. Conclusiones y Recomendaciones La cuenca hidrográfica de Río Grande, en donde se construye el PMCH, presentó una irregular distribución de lluvias en un período de 20 años. En el fenómeno del niño las precipitaciones superaron los 2500mm generando inundaciones, mientras que en otros Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 34 años, existió un estiaje con precipitaciones que no alcanzaron los 600mm al año. Los procesos que controlan la química del agua superficial de los sistemas hidrográficos que forman Río Grande poseen una predisposición a la zona de mineralización en equilibrio con las rocas, sin embargo, en el periodo de estiaje se observó la tendencia hacia la zona donde predomina la evaporación con respecto a la precipitación aumentando la composición química inorgánica de las aguas de la cuenca del Rio Grande en Chone-Ecuador, que en el tiempo podría ampliarse. Se recomienda la realización de un muestreo sistemático en los puntos analizados. Bibliografía Aparicio, F. (2012) Fundamentos de hidrología de superficie, Limusa Impreso en México. p 289 Carrera, D. Pérez A. (2013). Salinidad, fosfatos, nitratos y problemas de infiltración en las aguas de irrigación de Milagro. Revista Ciencia UNEMI p 83-95 Carta Geológica de Chone MIII-F2 3591-I. (1979). Díaz, V. Metodología de la investigación científica y bioestadística. Ediciones. RIL editores. p 121-122 Fuentes, F., & Massol-Deya, A. (2002). Manual de laboratorio, ecología de microorganismos. Puerto Rico. Gibbs, R.J. (1970) Mechanisms controlling world water chemistry, Science, 170: 1088-1090. INAMHI. (2008). Estudio Hidrológico de Inundaciones en la Cuenca Alta del Río Chone. Quito, Ecuador. LABORATORIA LASA. Disponible en http://www.laboratoriolasa.com/web/pags/cuerpo.html Monsalve, G. (2009). Hidrología en la Ingeniería. (1ra ed. 3ra Reimp.) Alfaomega, p 358 Pourrut, P. (1995). El agua en el Ecuador: Clima, precipitaciones escorrentía. Corporación editora Nacional. p. 118 Secretaria Nacional del Agua SENAGUA. (2012)., Ecuador. Construcción del Puente San Pablo en el canal San Antonio. Chone. Secretaria Nacional del Agua, Ecuador (2010) Proyecto Propósito Múltiple Chone. Estudio de Impacto Ambiental y Plan de Manejo Ambiental, Capitulo 5 Yu, Y., Song, X., Zhang, Y., Zheng, F., Liang, J., Liu L., (2014). Identifying spatio-temporal variation and controlling factors of chemistry in groundwater and river water recharged by reclaimed water at Huai River, North China. Stoch Environ. Res. Risk. Asses. 28:1135-114 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.25 - 34 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 Copyright © 2015 Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363 Recibido (Received): 2015/01/29 Aceptado (Accepted): 2015/03/25 La optimización evolutiva multi objetivo en la confección de equipos de desarrollo de software: una forma de lograr la calidad en el producto final (Evolutionary multi-objective optimization for software development teams building: a way of obtaining quality in the final product) Yasnalla Rivero Peña1, Pavel Novoa Hernández2, Yandi Fernández Ochoa3 Resumen: En la presente investigación se propone un modelo matemático que permite enfocar el proceso de creación de equipos de desarrollo de software como un problema multi objetivo discreto. Los objetivos considerados son el nivel de competencia y el nivel de utilización de los profesionales en el equipo. Dada la complejidad del espacio de búsqueda del problema, se propone la aplicación de un método de optimización aproximado. Específicamente se seleccionó el algoritmo genético NSGA-II basado en el concepto de Dominancia de Pareto. Este método fue aplicado en seis escenarios diferentes con el objetivo de analizar la calidad de soluciones que obtiene. En general se puede afirmar que el método es eficiente y obtiene soluciones (asignaciones) de alta calidad. Palabras clave: confección de equipos; optimización multiobjetivo; dominancia de Pareto Abstract: In this research a mathematical model to approach the process of creating software development teams as a discrete multi-objective problem is proposed. The objectives considered are the level of competition and the level of utilization of professionals in the team. Given the complexity of the problem search space, the application of an approximate optimization method is proposed. Specifically, the genetic algorithm NSGA-II based on the concept of Pareto dominance was selected. This method was applied in six different scenarios in order to analyze the quality of the obtained solutions. In general we can say that the method is efficient and gets solutions (assignments) of high quality. Keywords: team building; multiobjective optimization; Pareto dominance 1 Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”, Facultad de Informática y Matemática, Holguín – Cuba ([email protected]) 2 Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”, Facultad de Informática y Matemática, Holguín – Cuba ([email protected]) 3 Universidad Tecnológica Equinoccial, Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Campus Santo Domingo, Quito – Ecuador ([email protected]) 36 1. Introducción El aseguramiento de la calidad es un factor clave en el proceso de realización del software. En este contexto la selección adecuada del personal que formará los equipos de desarrollo es crucial e influye directamente en la efectividad del proceso (Llerena, 2004). En todas las metodologías de desarrollo actuales existen roles de trabajo que deben ser ocupados por profesionales capaces. Por ejemplo, en el caso del Proceso Unificado de Rational (RUP)(Ivar Jacobson, 2000), se pueden contar más de 30 roles agrupados en Analistas, Desarrolladores, Gestores, Apoyo, Especialistas de Prueba, y Otros roles. Obviamente RUP está diseñada para proyectos grandes. A diferencias de esta, las metodologías ágiles, y por tanto dedicadas a proyectos más pequeños, poseen un número de roles considerablemente menor. Tal es el caso de la metodología Programación Extrema (XP)(Beck, 2004), la cual cuenta con un total de 7 roles: Programador, Cliente, Encargado de pruebas, Encargado de seguimiento, Entrenador, Consultor, y Gestor. A excepción del Cliente (que forma parte del desarrollo del software), el resto debe ser seleccionado adecuadamente para lograr los objetivos del proyecto. Independientemente del tipo de metodología, la tarea de crear equipos de desarrollo a través de la asignación de profesionales a los roles, es compleja. Lo anterior se justifica si se tiene en cuenta que los profesionales poseen distintos niveles de competencias (habilidades, conocimientos, etc.) y que los roles requieren distintos niveles de dichas competencias. Además, es habitual que los mismos profesionales ocupen diversos roles en un mismo proyecto. Esto provoca un nivel de sobreutilización que pudiera ser beneficioso en algunos casos, pero desde el punto de vista de los profesionales constituye un aumento de su contenido de trabajo. La presente investigación trata de resolver esta dificultad mediante la automatización de este proceso. En esencia, se propone un modelo matemático que permite enfocar esta situación como un problema de optimización multiobjetivo discreto. Dada la complejidad del espacio de búsqueda de dicho problema, se propone en consecuencia la aplicación de un método aproximado moderno. Específicamente se trata del algoritmo genético NSGA-II, basado en el concepto de dominancia de Pareto. Dicho método fue analizado a través de 6 casos de estudio (escenarios) con diferentes número de roles y profesionales. 2. Metodología computacional A continuación se exponen los principales pasos seguidos en la metodología computacional empleada para darle solución al problema de la confección de equipos de desarrollo de software. El problema que se pretende resolver en esta investigación queda definido como sigue: Realizar la mejor asignación de un grupo de profesionales al conjunto de roles de la metodología RUP, maximizando el nivel de competencias requerido en cada rol, y minimizando la sobreutilización general de los profesionales empleados. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 37 Para resolver este problema se hace necesario modelar los aspectos que lo describen. Por ejemplo, una cuestión importante es cómo medir el grado de competencias de un profesional o un rol determinado. Asimismo, resulta necesario definir el grado de utilización óptima de los profesionales en los flujos de trabajo. Finalmente, aunque no queda de manera explícita en la definición dada anteriormente, este problema incluye casos especiales como por ejemplo, cuando el número de profesionales es inferior a la cantidad de roles, en cuyo caso habría que asignar un mismo profesional a varios roles. En la Sección siguiente se describe el modelo matemático propuesto que incluye estas y otras cuestiones. Modelo del problema A partir de la descripción dada en la sección anterior, el modelo matemático que se propone es el siguiente: Datos: R = {1,2, … n} Roles a ocupar por los profesionales. C = {1,2, … , m} Competencias a considerar en la asignación de los roles. P = {1,2, … q} Profesionales disponibles para ocupar los roles. 𝑀 ∈ [0,1](nxm) Matriz de roles vs. competencias. 𝑀∗ ∈ [0,1](𝑝𝑥𝑚) Matriz de profesionales vs. competencias. Variables de decisión: 𝑋 = (𝑥1 , 𝑥2 , … 𝑥𝑛 )𝑇 donde 𝑥𝑗 ∈ 𝑃(𝑗 = 1, … , 𝑛) Funciones objetivo: 1) Error del nivel de competencia requerida: 𝑛 𝑚𝑖𝑛 𝐹𝑐𝑜𝑚𝑝 (𝑋) = ∑(𝑚∗𝑗𝑖 − 𝑚𝑗𝑖 ) 𝑗=1 Donde 𝑚𝑗𝑖 ∈ 𝑀 es el nivel de competencia del profesional 𝑥𝑗 en la competencia i, mientras que 𝑚∗𝑗𝑖 ∈ 𝑀∗ es el nivel de competencia i requerido por el rol j. 2) Error del nivel de sobre-utilización de los profesionales: 𝑛 min 𝐹𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑑 (𝑋) = ∑(𝑢(𝑥𝑗 ) − 1) 𝑗=1 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 38 Donde 𝑢(𝑥𝑗 ) es una función que devuelve la cantidad de veces que el profesional es empleado en los roles. Como se aprecia en este modelo, el objetivo es obtener soluciones que posean valores mínimos de estos errores. En particular, las soluciones del problema son vectores de combinaciones de números enteros, los cuales a su vez son índices correspondientes a los profesionales. Habitualmente, en estos tipos de problemas la cantidad de soluciones (tamaño del espacio de búsqueda), puede determinarse mediante fórmulas conocidas del análisis combinatorio. En efecto, sea Ω el espacio de búsqueda, es fácil ver que su tamaño depende del número de profesionales disponibles (𝑝) y el número de roles a ocupar (𝑟). Más formalmente, la cantidad de soluciones viene dada por el número total de r- arreglos que se puede formar a partir de p elementos, en (este caso de profesionales): ‖Ω‖ = 𝑝𝑟 Para tener una idea de cuánto aumenta el tamaño de este espacio de búsqueda en función de p y r, suponga el caso en que se tienen que asignar 20 profesionales a 10 roles. En este caso ‖Ω‖ = 2010 = 1.24 𝑋 1013 , sin dudas un número grande. Claro está, entre estas soluciones también se encuentran algunas que resultarían poco prácticas y por tanto no deseables, tales como asignar a todos los roles el mismo profesional, esto es, cuando las componentes del vector solución cumplen que 𝑥𝑗 = 𝑎(𝑗 = 1, … , 𝑛).En la literatura existen varias investigaciones acerca de este tipo problema, conocido frecuentemente como problemas de construcción de equipos (team building problems), de entre los que se destacan los de (Wegener, 2005);(Novoa, 2013);(Ahmed, 2013). Dada su complejidad, la aplicación de técnicas exactas(Beveridge Gordon S. , 1970; Griva, 2009; Kaufamnn, 1978) resulta en algunos casos poco práctica y en otros simplemente imposible. En este contexto, los métodos numéricos aproximados justifican su aplicación, en especial las denominadas metaheurísticas (Edmund K. Burke, 2005; Melián, 2003) que han resultado ser eficientes en el tratamiento de este tipo de problemas. En la próxima sección se detalla el método de solución empleado. Las metaheurísticas son procedimientos que se caracterizan por obtener soluciones de alta calidad en un tiempo razonable. 3. Resultados y discusión En la actualidad existen diversos métodos para solucionar el modelo anterior. Sin embargo, dada la complejidad del problema, resulta adecuada la aplicación de métodos pertenecientes al campo de la Computación Inteligente (o Soft Computing). Estos métodos, denominados metaheurísticas, encuentran soluciones muy cercanas a la óptima en un tiempo razonable. Dentro de las metaheurísticas que pueden resolver eficientemente el modelo anterior se encuentran las basadas en el concepto de dominancia de Pareto(K. Deb, 2005; Knowles, 2008).Básicamente, este Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 39 concepto permite definir el conjunto de soluciones óptimas teniendo en cuenta el valor de cada función objetivo por separado. Como consecuencia se puede decir que una solución A domina a otra B, si A posee mejores valores en las funciones objetivo en relación a B. En particular, al conjunto de soluciones que no son dominadas por ninguna otra se le llama Conjunto de Pareto, mientras que a los valores correspondientes de las funciones objetivo se le denomina Frente de Pareto. Entonces, bajo estas consideraciones, resolver un problema multiobjetivo consiste en encontrar el conjunto de soluciones no dominadas más cercanas al Conjunto de Pareto. Las ventajas de aplicar un método que se base en estas consideraciones es que la posibilidad de contar al final con varias soluciones igual de buenas. Queda por parte del decisor (o usuario final), seleccionar las soluciones que le resulten útiles en su contexto. Una de las metaheurísticas más estudiadas (y de excelente rendimiento) en problemas de este tipo es la denominada NSGA-II(e. Deb, 2002). Este método está basado en el paradigma computacional Algoritmos Genéticos (GA), y su principal característica es la presencia de un novedoso procedimiento de ordenamiento de las soluciones no dominadas, el cual posee una baja complejidad computacional. En el trabajo original, NSGA-II fue probado en problemas multiobejetivo continuos, mientras que el problema que nos ocupa posee un espacio de búsqueda discreto. De manera que se necesita modificar los operadores de variación del algoritmo con el objetivo de que tengan sentido en el contexto discreto. Con respecto a esta cuestión, existen varias posibilidades. En el caso concreto de esta investigación seleccionamos los siguientes: Operador de mutación: Uniforme con tasa de mutación 0.01. Operador de cruzamiento: Scattered. Operador de selección: Tournament. El resto de los pasos del algoritmo NSGA-II se dejaron sin variación. Como entorno de experimentación se empleó el software Matlab versión 2012b, en particular la aplicación Global Optimization perteneciente a la caja de herramienta de igual nombre. Esta aplicación brinda una interfaz gráfica al usuario que posibilita el establecimiento de los elementos del modelo, así como los operadores mencionados anteriormente al algoritmo NSGA-II. Ejemplos ilustrativos Con el objetivo de mostrar el funcionamiento del método descrito anteriormente en la solución del modelo propuesto, hemos diseñado tres casos de estudio. Sus características se muestran en la Error! Reference source not found., como se aprecia, se tratan de tres escenarios posibles en la creación de equipos en metodologías de desarrollo como RUP. Cada escenario varía el número de roles, profesionales y competencias, con la consecuente repercusión en el tamaño del espacio de búsqueda (No. Soluciones, última columna). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 40 Tabla 1. Casos de estudio No. Caso de estudio No. Roles No. Profesionales CE1 10 10 5 1.00×1010 CE2 10 20 10 1.02×1013 CE3 10 40 15 1.05×1016 CE4 20 10 5 1.00×1020 CE5 20 20 10 1.05×1026 CE6 20 40 15 1.10×1032 Competencias No. Soluciones En relación a las respectivas matrices de roles vs. Competencias y profesionales vs. Competencias, se han generado con valores aleatorios en el intervalo [0,1], siguiendo una distribución uniforme. En general se realizaron 5 ejecuciones por cada escenario. Los resultados se muestran en la Figura 1 y Figura 2, las cuales corresponden al Frente de Pareto (de acuerdo a los objetivos del modelo: error del nivel de competencias y error del nivel de utilización), y al Conjunto de Pareto. En este último caso hemos representado a los profesionales a través de sus índices, los cuales a su vez han sido representados por colores. De este modo se puede obtener una vista sobre la diversidad de las soluciones obtenidas en cada escenario. A través de las gráficas de ambas Figuras, se puede ver que el algoritmo NSGA-II obtiene soluciones con bajos niveles de ambos objetivos, lo cual permite seleccionar las mejores asignaciones (Fig. 1). Asimismo, nótese que la diversidad de las soluciones se ve claramente afectada cuando el número de profesionales es menor que el número de roles. Tal es el caso del caso de estudio CE4, donde se deben asignar 10 profesionales a 20 roles (Fig. 2-d). En este caso, obsérvese la prevalencia del color azul, el cual indica la asignación de un mismo profesional (representado por ese color) a varios roles. Evidentemente, estas soluciones tienen asociado un error alto del nivel de utilización. No obstante, el algoritmo es capaz de encontrar otras con mejor error de utilización en este mismo escenario, como por ejemplo las soluciones desde la 20 a la 25. En sentido general, se puede concluir que el algoritmo NSGA-II resulta efectivo en el modelo considerado. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 41 Figura 1. Frentes de Pareto correspondientes a los casos de estudio considerados. Figura 2. Conjunto de Pareto (soluciones no dominadas) correspondientes a los casos de estudio considerados. Los colores representan los índices de los profesionales asignados a cada rol. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 42 4. Conclusiones y Recomendaciones En este trabajo se presentó un modelo multiobjetivo para resolver el problema de la creación de equipos de desarrollo de software de manera óptima. Dicho modelo establece dos objetivos a tener en cuenta en la asignación de profesionales a los roles: el primero está relacionado con el nivel de competencia que poseen los profesionales en cada rol, mientras que el segundo está dedicado a cuantificar la sobreutilización de los profesionales en los equipos. La idea en general es obtener equipos de trabajo formado por los profesionales más capaces en cada rol, y al mismo tiempo, que no se sobre utilicen dichos profesionales, esto es, no se asigne el mismo profesional a varios roles. Adicionalmente, se estudió la complejidad del espacio de búsqueda de dicho modelo, la cual resultó ser alta teniendo en cuenta que el número de soluciones aumenta conforme el número de profesionales y roles crecen. En consecuencia, se aplicó como método de solución, el algoritmo NSGA-II de excelentes resultados en diversos contextos reales. Dicho algoritmo fue modificado para tratar el tipo de solución (discreta en este caso) que presenta el modelo propuesto. Con el objetivo de estudiar como el algoritmo seleccionado resuelve el modelo propuesto, se diseñaron 6 casos de estudio. Los resultados obtenidos confirman la efectividad del algoritmo. Como trabajos futuros proponemos el estudio de otros algoritmos y enfoques que resuelvan este problema, así como la aplicación de estos a otros escenarios similares en el contexto de la creación automatizada de equipos. Bibliografía Ahmed, F., Deb, K., Jindal, A. (2013). Multi-objective optimization and decision making approaches to cricket team selection Applied Soft Computing. Applied Soft Computing Journal, 13(1), 402-414. Beck, K. (2004). Extreme Programing Explained:Embrace Change.Vol 2, 58-71. Beveridge Gordon S. , G. R. S. S. (1970). Optimization: Theory and Practice.153-227. Deb, e. (2002). A fast and elitist multi-objective genetic algorithm: Nsga-II ,IEEE Transactions in Evolutionary Computation,6(2),182-197. Deb, K. (2005). Search methodologies. Introductory Tutorials in Optimization and Decision Support Techniques.Springer Science-Business Media,LLC,273-316. Edmund K. Burke, G. K. (2005). Search methodologies. Introductory Tutorials in Optimization and Decision Support Techniques. Springer Science-Business Media,LLC,620. Griva, I., Stephen G. Nash, ArielaSofer. (2009). Linear and nonlinear optimization. Paper presented at the Society for Industrial and Applied Mathematics. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 43 Ivar Jacobson, G. B., James Rumbaugh. (2000). El Proceso Unificado de Desarrollo de Software.135-289. Kaufamnn, A., A. Henry Labordere. (1978). Métodos y modelos de la Investigación de Operaciones. In E. Continental (Eds.),478. Knowles, J., David Corne, y Kalyanmoy Deb. (2008). Multiobjective Problem Solving from Nature.From Concepts to Applications. In S.-V. B. Heidelberg (Eds.)pp. 1-28). Llerena, G. M. G. (2004). Experiencias en la implantación de un sistema de gestión de la calidad para el proceso de producción de software. Paper presented at the Convención Internacional.1-4. Melián, B., J.A. Moreno Pérez, y J.M. Moreno Vega. (2003). Metaheurísticas: Una visión global. 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Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 44 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.35 - 44 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 Copyright © 2015 Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363 Recibido (Received): 2015/01/20 Aceptado (Accepted): 2015/03/25 Diagnóstico de indicadores entéricos en cilantro (Coriandrum sativum) y perejil (Petroselinum sativum) que se expenden en mercados populares del norte de la ciudad de Quito (Diagnostic of enteric indicators in coriander (Coriandrum sativum) and parsley (Petroselinum sativum) sold at popular food markets in Quito) Dayana Cerón Salgado, Nubia Grijalva Vallejos1 Resumen: Se analizaron 108 muestras (54 de cilantro y 54 de perejil) obtenidas de manera aleatoria en tres puestos de expendio de tres mercados del norte de la ciudad de Quito seleccionados para este estudio. Se realizó la determinación de Coliformes Totales (CT), Coliformes Fecales (CF) y Escherichia coli (EC). La población de CT para cilantro fue de 5.09 log UFC/g y 6.39 log UFC/g para perejil. Se obtuvieron valores de CF de 607.0 NMP/g en el mercado uno, 596.7 log NMP/g en el mercado dos y 474.2 NMP/g para el mercado tres. El 23.1% de las muestras de perejil presentaron recuentos positivos para Escherichia coli mientras que para cilantro el 14.8% de las muestras fueron positivas. La presencia de indicadores entéricos (CT, CF y EC) fue independiente del mercado y puesto de expendio lo que indica un alto nivel de contaminación y demuestra la necesidad de un control microbiológico en el sistema de riego, cosecha, transporte y condiciones higiénicas de los manipuladores para asegurar la calidad de los vegetales tipo hoja, es recomendable establecer una normativa local para evaluar la calidad microbiológica de este tipo de alimentos. Palabras clave: Indicadores entéricos, Escherichia coli, cilantro, perejil. Abstract: In this research, 108 samples were analyzed (54 of coriander and 54 of parsley). These samples were obtained under a random method in three distribution spots on each of the markets around the north of the city of Quito. Total coliforms (TC), fecal coliforms (FC) and Escherichia coli (EC) were detected. The average of TC value for coriander was 5.09 log UFC/g and 6.39 log UFC/g for parsley. Values of 607.0 NMP/g for F for the market #1, 597.7NMP/g for the market # 2, and 474.2 NMP/g for the market # 3 were found. The 23.1% of the parsley samples presented positive recounts for Escherichia coli while for the coriander the 14.8% of the samples were positive for this bacterium. The presence of enteric indicators (TC, FC, and EC) was independent from the market and the distribution point which indicates a high contamination level and demonstrates the necessity of a microbiologic control on the irrigation system, farming, transport and hygienic conditions of handlers in order to assure the quality of the leafy vegetables, is recommended to set local norms to evaluate the microbiological quality of these foods. Keywords: enteric indicators, Escherichia coli, plant leaf type, coriander, parsley. 1 Universidad Tecnológica Equinoccial, Quito – Ecuador ([email protected]) 46 1. Introducción Las hortalizas son un grupo de alimentos que se cultivan en huertos o sembríos, su consumo principalmente está enfocado a la alimentación por poseer innumerables propiedades nutricionales (Rivera, Rodríguez, & López, 2009). El valor nutricional de las hortalizas se basa especialmente en micronutrientes como potasio, calcio, hierro; las cantidades de macronutrientes no son significativas ni presentan un alto valor calórico. Las hortalizas o vegetales tipo hoja como cilantro, perejil, apio, lechuga, acelga y espinaca son empleadas en platos tradicionales o comúnmente preparados en los hogares, tal es el caso de sopas, ensaladas, comidas rápidas (Verdú & Carazo, 2005). El cilantro es una planta herbácea, sus hojas presentan un aspecto muy fino con sabor y aroma característicos, es una fuente importante de vitamina K que interviene en factores de coagulación sanguínea. Se lo considera originario del norte de África y sur de Europa. Fue una de las primeras especies que se introdujo en América para la conservación de carnes y como hierba medicinal: sus frutos maduros se usan para condimentar. En países de Latinoamérica como México, Venezuela, Colombia y Ecuador se usan las hojas frescas enteras o picadas. Además del uso culinario, en muchas culturas (India, Grecia, China y Japón) se usa el cilantro como remedio casero. En estudios realizados en la década de los noventa se le atribuyó propiedades quelantes para atrapar metales en sangre que producen envenenamiento (Ramos, 2008). El perejil, planta herbácea, se consume de forma cruda. Es originario del Mediterráneo oriental. Los griegos y romanos lo veneraban como una planta sagrada que acompañaba las grandes festividades (Japon, 2011).Posee vitaminas como la A, B1, B2 y C aunque no son una fuente significativa, además de minerales como hierro y fósforo; su olor característico está dado por un aceite volátil llamado apiol (Galeazzi, 2004). El cilantro y el perejil son vegetales de consumo habitual que se ingieren crudos. Por su naturaleza pueden ser portadores de agentes infecciosos causantes de enfermedades transmitidas por alimentos (ETAs). Por el tipo de cultivo y la manipulación previa a la comercialización pueden presentar un alto número de enterobacterias que son la causa más importante de enfermedades gastrointestinales. La detección e identificación de este tipo de microorganismos, permite tener una idea de la calidad microbiológica que presenta el producto (Galeazzi, 2004). Las ETA´s representan un gran peligro para la salud de los seres humanos. Son producidas por la ingesta de alimentos y bebidas contaminados con microorganismos y sus toxinas, muchas personas enferman y mueren alrededor del mundo por consumir alimentos insalubres (Ramírez Merida, Alfieri, Gamboa, & Morón de Salim, 2009). Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 47 Pese a que no se notifica un elevado porcentaje de ETA’s, estas son solo una pequeña fracción de lo que ocurre en la realidad, razón por la cual no se tienen datos de la incidencia anual de las mismas, por ejemplo, se estima que en los países industrializados se informa <10% de la cifra real, mientras que en los países en vías de desarrollo se informa solo el 1% de las cifras reales (Fuentes & Cepedillo, 2012). El Sistema de Información Regional para la Vigilancia Epidemiológica de las Enfermedades Transmitidas por Alimentos (SIRVETA) de la OPS/OMS manifestó que los brotes relacionados con legumbres y hortalizas representan el 2,39% de las enfermedades de América Latina y el Caribe (Hualpa & Castillo, 2009). En estudios similares realizados en vegetales frescos en Venezuela, Perú y Costa Rica se detectó la presencia de microorganismos como Salmonella, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, mohos y levaduras que fueron hallados principalmente en lechuga, tomates, cilantro, perejil y cebollas (Rivera, Rodríguez, & López, 2009; Ramírez Merida, Alfieri, Gamboa, & Morón de Salim, 2009; Ginestre, Rincón, Romero, Castellano, & Ávila, 2010). Este estudio permitió determinar la calidad microbiológica de los dos vegetales frescos consumidos con alta frecuencia, como son cilantro y perejil, en los principales mercados del norte de la ciudad de Quito. 2. Metodología 2.1 Toma de muestra Se seleccionaron al azar tres puestos de expendio de estos vegetales. Las muestras fueron recolectadas los días sábados en el mercado La Ofelia, y los días domingos en los mercados Santa Clara y La Carolina, en las condiciones normales de manipulación y venta al público; tanto el cilantro como perejil fueron colocados en fundas plásticas por las mismas vendedoras, las muestras se tomaron de 3 lotes diferentes, durante los meses de febrero y marzo del 2014; cada muestra en 2 tomas distintas (2 réplicas). 2.2 Análisis microbiológicos Se realizaron diluciones sucesivas según la norma técnica ecuatoriana INEN 1529-2 (1999). Para la inoculación de las placas se utilizaron 7 diluciones sucesivas por cada muestra. Para el recuento de coliformes totales se aplicó el procedimiento según Yousef & Carlstrom (2006), en cuanto al recuento de coliformes fecales y Escherichia coli se realizaron tres tipos de colimetrías según la norma técnica ecuatoriana INEN 1529-8. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 48 2.3. Análisis estadísticos El análisis estadístico de los datos fue realizado utilizando el software estadístico INFOSTAT versión estudiantil, se utilizó un diseño factorial AxB, siendo la variable A los mercados y B los lotes; los resultados fueron procesados mediante un análisis de varianza (ANOVA), las medias fueron comparadas con la prueba de Tukey con una significancia de 0.05. 3. Resultados y Discusión 3.1 Coliformes Totales Para el recuento de coliformes totales se empleó el método de la determinación del número más probable (48h a 30°C) por la técnica de dilución en tubos. Según la combinación numérica obtenida con los tubos de BGBL se detectó en todas las muestras un NMP de coliformes >1100 UFC/g, razón por la cual se procedió a la determinación de coliformes totales por la técnica de recuento en placa. Los valores reportados en los recuentos en placa para coliformes totales se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Recuento de coliformes totales en cilantro y perejil adquiridos en diferentes mercados Cilantro Perejil Log UFC/g1 Mercado 1 5.36 ± 0.41a 7.45 ± 0.22a 2 4.33 ± 0.43b 5.52 ± 0.54c 3 5.57 ± 0.24a 6.20 ± 0.54b 1 media ± desviación estándar (n=6) Letras diferentes indican diferencia significativa entre mercado (p<0.05) En relación a los resultados de los recuentos obtenidos en cilantro, el promedio de las medias obtenidas fue de 5.09 log UFC/g presentando diferencias de 1 log entre cada uno de los mercados, el mercado 3 fue el que presentó mayor población de coliformes totales. Ginestre et al. (2010) reportaron que el 96% de las muestras presentaron coliformes totales en muestras de cilantro comercializados en mercados populares de Maracaibo, los recuentos obtenidos estuvieron en un rango de 4 - 9 log UFC/g, resultados que fueron similares a los obtenidos en el presente estudio. El valor promedio de los recuentos de coliformes totales en perejil fue 6.39 log UFC/g, siendo la diferencia entre medias superior a 0.6 log UFC/g entre los mercados. Los mayores recuentos se obtuvieron en el mercado 1. Rincón et al. (2010) analizaron la calidad microbiológica de vegetales Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 49 tipo hoja en dos supermercados de Maracaibo-Venezuela; reportaron la presencia de coliformes totales con valores para el cilantro de 4.19 log UFC/g y para el perejil de 4.03 log UFC/g, según los autores esta elevada carga microbiana indica que estos vegetales pueden representar una fuente potencial de microorganismos patógenos. Los resultados obtenidos en relación al recuento de coliformes totales por puesto de expendio en cada mercado, para cilantro y perejil, se muestran en las tablas 2 y 3 respectivamente; se obtuvieron resultados diferentes en cada uno de ellos. Tabla 2. Distribución de la población de coliformes totales en cilantro por puesto de expendio Log UFC/g1 1 Puesto Mercado 1 Mercado 2 Mercado 3 1 4.88 ± 0.01b 4.84 ± 0.06a 5.83 ± 0.1ª 2 5.72 ± 0.19a 3.89 ± 0.10c 5.42 ± 0.26ª 3 5.48 ± 0.23ab 4.25 ± 0.07b 5.46 ± 0.08ª media ± desviación estándar (n=2) Letras diferentes indican diferencia significativa entre mercado (p<0.05) Tabla 3. Distribución de la población de coliformes totales en perejil por puesto de expendio Log UFC/g1 1 Puesto Mercado 1 Mercado 2 Mercado 3 1 7.36 ± 0.11a 4.87 ± 0.12a 6.65 ± 0.07ª 2 7.42 ± 0.16a 5.67 ± 0.08a 6.43 ± 0.13ª 3 7.59 ± 0.37a 6.02 ± 0.17b 5.53 ± 0.10b media ± desviación estándar (n=2) Letras diferentes indican diferencia significativa entre mercado (p<0.05) Tanto para cilantro como para perejil en el mercado 2 se encontraron los valores de coliformes totales más bajos en las muestras analizadas. Al comparar los resultados de los recuentos obtenidos en cada vegetal se pudo observar de manera evidente que la contaminación microbiana fue más elevada en las muestras de perejil; tanto el mercado 1 como el 3 presentaron elevada contaminación de coliformes totales con una diferencia de medias superior a 0.9 log UFC/g. En el Ecuador no existen normativas que definan criterios microbiológicos para vegetales frescos que se consumen crudos, realidad que se repite en la mayoría de países de América Latina; sin embargo, en normas relacionadas de México (COFEPRIS, 1994) y Perú (DIGESA, 2008) se Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 50 establece que los niveles de aceptabilidad para coliformes totales en verduras y hortalizas son de 102 a 104 UFC/g. 3.2 Coliformes Fecales En la Tabla 4 se muestran los resultados de la cuantificación de coliformes fecales obtenidos por el método de NMP (45.5°C por 48 horas) referentes a los tres mercados y al tipo de vegetal analizado. Los valores más altos de coliformes fecales se encontraron en los mercados 1 y 2, posiblemente debido a que en ambos centros de expendio los puestos de venta se localizaron en un espacio al aire libre, los puestos de venta del mercado 3 se encontraron dentro de una infraestructura cerrada diseñada para el expendio y comercialización de alimentos. Tabla 4. NMP (Número más probable) de coliformes fecales en muestras de cilantro y perejil de los diferentes mercados NMP de Coliformes Fecales / g Mercado 1 Mercado 2 Mercado 3 Cilantro 246.9 350.2 231.2 Perejil 360.1 246.5 243.0 Total 607.0 596.7 474.2 Tanto en muestras de perejil así como en cilantro la presencia de coliformes fecales fue similar, presentándose en ambos vegetales en un 29.6% de las muestras evaluadas. Ginestre et al. (2010) reportaron porcentajes de coliformes fecales superiores al 80% en muestras de cilantro y 71% en perejil mientras que Rivera, Rodríguez, & López (2009) encontraron un porcentaje de coliformes fecales en perejil de 36.8%; los valores reportados en esta investigación son inferiores a ambos resultados. En ambas investigaciones se atribuyó esta contaminación al agua de riego procedente de ríos en los que se vierte agua residual no tratada que es propagada sobre cultivos que son vendidos en mercados locales y consumidos por la población urbana y rural de las ciudades. Los resultados obtenidos en este estudio se interpretan como no aceptables según la norma Oficial Mexicana NOM-093-SSA1 (COFEPRIS, 1994) ya que se establece que los límites máximos permisibles para este tipo de alimentos es de 100 NMP/g de coliformes fecales Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 51 3.3 Escherichia coli De las 108 muestras de vegetales tipo hoja analizadas, 41 (37,9%) resultaron positivas para E.coli; 25 de estas fueron de perejil y 16 de cilantro. Como se observa en la Figura 1, el perejil fue el que presentó mayor porcentaje de casos positivos de E. coli en relación al otro vegetal analizado. Perejil 17% Cilantro 11% Muestras Negativas 72% Figura 4.3. Presencia de Escherichia coli en muestras de vegetales tipo hoja analizados Monge, Chinchilla, & Reyes (2000) reportaron en su estudio sobre la estacionalidad de bacterias intestinales en hortalizas que se consumen crudas, que en el 42% de las muestras de hojas de cilantro, los niveles de E.coli oscilaron entre 4 log UFC/g y 7 log UFC/g y señalan que es necesario analizar las prácticas de manejo poscosecha ya que los índices de contaminación fecal de los productos hortícolas son mayores en las áreas de mercado que en las de cultivo. La Norma sanitaria peruana (DIGESA, 2008) establece que para frutas y hortalizas frescas (sin previo tratamiento), el rango microbiológico aceptable para E. coli es de 102 a 103 NMP/g; en la presente investigación se determinó que trabajando con diluciones hasta 103 se encontró que el 37.9% de las muestras analizadas fueron positivas, criterio que determina una calidad microbiológica poco satisfactoria de los vegetales en estudio. La presencia de la bacteria Escherichia coli en el 37.9% de las muestras analizadas indica una defectuosa práctica higiénica de las personas que están involucradas con la poscosecha, distribución, manipulación y comercialización de estos vegetales. E.coli al ser el mejor indicador de contaminación fecal y al estar presente en alimentos puede poner en riesgo la inocuidad alimentaria. 4. Conclusiones Los resultados pueden dar una idea general del nivel higiénico de los vegetales y otros productos alimenticios que se expenden en mercados y se consumen con alta frecuencia; la presencia de CT indica falencias en la aplicación de buenas prácticas de higiene durante la manipulación previa y la venta; sin embargo la presencia de este tipo de microorganismos en los alimentos no se considera como peligrosa para el consumidor. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 52 La presencia de coliformes fecales indica una deficiencia higiénica de las personas que manipulan los alimentos así como las condiciones insalubres de los mercados donde se comercializan vegetales frescos, las muestras positivas de E. coli fueron independientes del mercado y puesto de expendio por lo que se evidencia la importancia de un control microbiológico de los vegetales tipo hoja desde la cosecha para evitar brotes de enfermedades transmitidas por este tipo de alimento. 4.1 Perspectivas futuras Los organismos de control tanto nacionales como internacionales deben establecer criterios microbiológicos que indiquen valores máximos permisibles de estos microorganismos en vegetales tipo hoja con la finalidad de garantizar la inocuidad para los consumidores, además de fomentar la capacitación de los agricultores y comerciantes en lo que se refiere a Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) y Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) durante la recolección, almacenamiento, transporte y comercialización con la finalidad de asegurar la inocuidad del producto reduciendo los excesivos niveles de contaminación. Este tipo de estudios se puede realizar en otro tipo de vegetales donde se analice la calidad microbiológica ya que estos alimentos son de consumo masivo e ingeridos crudos o cocidos, por lo que es necesario contar con rangos establecidos. Bibliografía Camelo, A. (2003). Manual para la preparación y venta de frutas y hortalizas. Boletín de Servicios Agrícolas de la FAO. COFEPRIS, A. (1994). Norma Oficial Mexicana NOM-093-SSA1-1994, Bienes y Servicios, prácticas de higiene y Sanidad en la preparación de los Alimentos que ofrecen en establecimientos fijos. MEXICO DF DIGESA. (2008). Norma que Establece los criterios microbiológicos de la calidad sanitaria eiInocuidad para los alimentos y bebidas de consumo humano. Lima-Perú. Flores, G., & Rojas, R. A. (2005). Enfermedades transmitidas por alimentos y PCR: prevención y diagnóstico. Salud Pública de México, 388-390. Fuentes, J., & Cepedillo, L. (2012). Enfermedades Transmitidas por Alimentos (ETA). Definición e Historia. La Habana- Cuba. Galeazzi, V. O. (2004). En U. d. Alimentos, Análisis y simulación de procesos de secado de cilantro, perejil y epazote bajo condiciones de temperaturas cambiantes como requisito Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 53 parcial para obtener el título en Licenciatura en Ingeniería en Alimentos (págs. 9-10). Cholula Puebla. Ginestre, M., Rincón, G., Romero, S., Castellano, M., & Ávila, Y. (2010). Calidad microbiológica y bacterias enteropatógenas en vegetales tipo hoja. Kasmera, 98-105. Hualpa, D., & Castillo, M. (2009). Consumo de Lácteos sin Procesar. Un riesgo latente. Zona Alimentarya, 1-4. INEN. (1990). Control Microbiológico de los Aimentos. Determinación de Coliformes Fecales y E.coli. NTE INEN 1 529-8 . Quito, Ecuador. Japon, J. (2011). Cultivo de Perejil y HierbaBuena. Hojas Divulgadoras del Ministerio de Agricultura, Pesca y Ganadería. Ramírez Merida, L. G., Alfieri, A. Y., Gamboa, O., & Morón de Salim, A. (2009). 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Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 54 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.45 - 54 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 Copyright © 2015 Universidad Tecnológica Equinoccial http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/ e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363 Recibido (Received): 2015/01/27 Aceptado (Accepted): 2015/03/27 Efecto de la sustitución de grasa dorsal de cerdo por aceite de aguacate en la calidad de salchichas de pollo tipo suiza (Effect of replacing pork backfat with avocado oil on the quality of chicken sausages “Swiss type”) Adriàn Moreno Vaca1, Priscila Maldonado Pacheco2 Resumen: Se desarrolló un embutido con aceite de aguacate en sustitución total de la grasa dorsal de cerdo contenida en su formulación. El análisis de perfil lipídico para la grasa dorsal de cerdo reportó: AGS 35.45%; AGMI 41.95%; AGPI 20.71%. Para el aceite de aguacate: AGS 18.66%; AGMI 68.37%; AGPI 12.19%. Los tratamientos utilizados correspondientes a los porcentajes de contenido de aceite de aguacate como sustituto de la grasa dorsal de cerdo en su formulación fueron: T 1= 50%, T2= 75% y T3=100%. Se determinó la aceptabilidad sensorial de los tratamientos. No existieron diferencias estadísticamente significativas. Se escogió el tratamiento con más alta puntuación como el mejor, tratamiento T3. Se realizó la caracterización físico-química y microbiológica del tratamiento T3 y de un tratamiento el cual no tuvo en su formulación aceite de aguacate, tratamiento T0. Proteína en T0 fue 13.23% y en T3 12.56%. Grasa total, AGS y AGPI en T3 se redujeron en 3.7%, 5.24% y 2.53% respectivamente. AGMI presentó un incremento de 3.51% en T3. Ácidos trans fue 0 % para ambos tratamientos. Los resultados obtenidos en la caracterización microbiológica se encontraron dentro de los requerimientos establecidos en la NTE INEN 1338:12. Palabras clave: Sustitución; salchicha; grasa; aceite; aguacate Abstract: A kind of chicken sausage “Swiss type” was developed with avocado oil content to replace all fat from pork back fat in its formulation. Analysis of lipid profile for pork back fat reported: SFA 35.45 %; MUFA 41.95 %; PUFA 20.71 %. For avocado oil: SFA 18.66 %; MUFA 68.37 %; PUFA 12.19 % . Treatments used which corresponding to the percentages of avocado oil content as a substitute for pork back fat in their formulation were: T1 = 50 %, T2 = 75 %, T3 = 100 %. Sensory acceptability of treatments was performed. There were no statistically significant differences. Treatment T 3 with highest score was chosen as the best treatment. Physicochemical and microbiological characterization was performed for T 3 treatment and for a treatment which didn’t have in its formulation avocado oil, T 0 treatment. T0. Protein was 13.23% in T0 and 12.56% in T3. Total fat, SFA and PUFA in T3 were reduced in 3.7%, 5.24% and 2.53% respectively. MUFA showed an increase of 3.51% in T 3. Trans acids was 0% for both treatments. The results obtained were located within the acceptable range established in the NTE (INEN) 1338:12. Keywords: substitution; sausage; fat; oil; avocado. 1 2 Universidad Tecnológica Equinoccial, Quito – Ecuador ([email protected]) Universidad Tecnológica Equinoccial, Quito – Ecuador ([email protected]) 56 1. Introducción El consumo de grasas saturadas en exceso constituye un factor de riesgo para la salud humana favoreciendo el desarrollo de patologías como obesidad, enfermedades cardiovasculares, hipertensión, diabetes y dislipidemias, las cuales se encuentran entre las principales causas de mortalidad en el país (INEC, 2011). El Ministerio de Salud Pública del Ecuador a través de un comunicado de prensa dio a conocer que 82 % de alimentos procesados ofertados en Ecuador contienen grasa, sal y azúcar en niveles altos y por el contrario solamente un 2 % tienen niveles bajos. (LA HORA, 2013. 22 de noviembre), Actualmente, en la elaboración de salchicha, existe una tendencia dirigida a la disminución del contenido de grasa saturada del producto por razones de salud, así como la incorporación de grasa vegetal en la formulación (García, Palo & Salas 2008). En Turquía, en la Universidad de Ege se desarrollaron embutidos en los cuales se reemplazó parcialmente la grasa animal por aceite de avellana de 60 al 90 %, conservando la estabilidad en el embutido (Yildiz & Serdaroglu 2012). El estudio expone que el reemplazo con aceite de avellana mejoró la calidad nutricional, bajando el colesterol e incrementando el contenido de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados sin que esto provocara un efecto adverso en la emulsificación o en los atributos sensoriales. Si bien existen trabajos asociados al reemplazo de grasa dorsal de cerdo por aceite vegetal, no se ha realizado un estudio del efecto en la calidad de salchichas de pollo tipo suiza utilizando aceite de aguacate como sustituto parcial de la grasa dorsal de cerdo en la obtención de este tipo de producto. El objetivo del presente trabajo fue estudiar el efecto de la sustitución de la grasa dorsal de cerdo por aceite de aguacate en la calidad de salchichas de pollo tipo suiza. 2. Metodología 2.1. Elaboración de salchicha de pollo tipo suiza La carne de pollo, grasa dorsal de cerdo, aceite de aguacate y tripa sintética se obtuvo de proveedores locales. Se retiró las venas, exceso de grasa, tendones, huesos y otras partes de la carne de pollo que no se utilizan en el proceso. Se realizó adicionalmente un análisis de pH de la carne de pollo con el fin de comprobar su aptitud para la elaboración del embutido. Se congeló la materia prima a temperatura de -8 °C antes del proceso de picado. Se procedió a cortar la grasa en porciones de 2 a 3 cm y la carne en porciones de 5 a 10 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 57 cm. La carne y la grasa se molieron utilizando un molino industrial HOBBART modelo 4B12. Para la carne de pollo se utilizó el disco de 5 mm y para la grasa animal se utiliza el disco de 9 mm. Se colocó la carne en el en el cutter marca TALSA modelo T-3394 hasta obtener un granulo fino, con una temperatura máxima de entre 10 - 12 ºC. Se adicionó sal, nitritos, fosfatos y gradualmente la tercera parte del hielo previamente picado en un triturador de hielo, se añadió el hielo en función de la temperatura que mostró el cutter y al observar que se inició la solubilización de las proteínas con un incremento incontrolable de la temperatura se añadió gradualmente el hielo restante de la formulación. Posteriormente se adicionó el conservante INBAC junto con las especias. Se agregó el aceite de aguacate en diferentes porcentajes de sustitución de la grasa animal: T0= 0 % de aceite T1= 50 % de aceite, T2= 75 % de aceite, T3=100 % de aceite. En todos los casos el porcentaje restante fue grasa dorsal de cerdo. Se obtuvo la emulsión cárnica resultante del cutter y se procedió a dejarla en reposo por 1 hora a una temperatura de 5 ºC. Se procedió a colocar la emulsión en la embutidora manual marca SIRMAN serie 03LOO898, seguidamente se embutió en tripas artificiales de calibre 18. El producto que ha sido embutido se llevó a escaldado en agua; se inició con una temperatura de 40 ºC para posteriormente controlar que se mantenga entre los 76 – 80 ºC. El escaldado se realizó por aproximadamente 60 minutos hasta que la temperatura interna del producto llegó a los 68 – 72 ºC. Una vez alcanzada la temperatura interna requerida, se sometió a los embutidos a un choque térmico en agua hasta que la temperatura interna del embutido alcanzó 22 ºC. Se eliminó el exceso de agua de la superficie de los embutidos para ser empacados al vacío. Las salchichas empacadas se llevaron a refrigeración a una temperatura recomendada de 0-4 ºC por 24 horas. 2.2. Análisis de aceptabilidad sensorial Se evaluó la aceptabilidad sensorial de los atributos de color, olor, sabor, textura al masticar (homogeneidad y dureza). Se elaboró un test mediante escalas hedónicas con preguntas acerca de los atributos color, olor, sabor y textura al masticar; se utilizó una escala semi estructurada de nueve puntos, donde 9 fue la máxima puntuación de aceptabilidad. Cada muestra se identificó con un código de 3 dígitos obtenido de una tabla de números aleatorios. Se eligió un panel de evaluadores los cuales analizaron los productos elaborados con aceite de aguacate en su formulación y evaluaron según el test proporcionado. 2.3. Análisis fisico-químicos Se efectuaron determinaciones de proteína, método AOAC 928,08 para clasificar al embutido dentro de norma INEN; grasa total, método AOAC 920,39 con la finalidad de dar cumplimiento a la legislación de etiquetado nutricioal; perfil lipídico y grasas trans, método AOAC 991,39, para establecer las diferencias en el perfil lipídico de la salchicha elaborada con grasa dorsal y con aceite de aguacate. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 58 2.4. Análisis microbiológicos Se realizaron conteos totales de Escherichia coli, método AOAC 991, 14; Aerobios mesófilos, método AOAC 990,12; Staphylococcus aureus, método AOAC 2003,07; Salmonella, método AOAC 967 25.26.27. Se utilizaron placas petrifilm 3M™ correspondientes a cada microorganismo a identificar. En el proceso de inoculación de la muestra en los análisis microbiológicos se utilizó una micropipeta 10-1000 μL marca GLASSCO. Estos análisis son un requisito solicitado en la Norma INEN 1338 – 2012. 2.5. Análisis de datos En el análisis de aceptabilidad sensorial se empleó un diseño de bloques completos al azar (DBCA). Para los análisis físico-químicos se empleó un diseño completamente al azar (DCA). Los resultados en ambos casos fueron procesados mediante un análisis de varianza (ANOVA) y las medias comparadas con una significancia de 0,05 usando el software estadístico STATGRAPHICS CENTURION XVI. 3. Resultados y Discusión 3.1. Determinación de perfil lipídico de grasa dorsal de cerdo La determinación del perfil lipídico se realizó mediante cromatografía de gases. En la Tabla 1 se muestra los valores del perfil lipídico obtenidos de la grasa dorsal de cerdo. Se reportó un contenido de 35.45 % de AGS, proveniente de los ácidos grasos mirístico, palmítico y esteárico; 41.95 % de AGMI proveniente de los ácidos grasos palmitoleico y oleico; 20.71 % de AGPI proveniente de los ácidos linoleico y linolénico Tabla 1. Perfil Lipídico de grasa dorsal de cerdo Número Ácido Graso *% lipídico Mirístico C14:0 1.45 Palmítico C16:0 23.09 Palmitoleico C16:1 1.71 Esteárico C18:0 10.91 Oleico C18:1 40.24 Linoleico C18:2 20.11 Linolénico C18:3 0.60 Ácidos Grasos Saturados 35.45 Ácidos Grasos Monoinsaturados 41.95 Ácidos Grasos Poliinsaturados 20.71 *Cada valor es el promedio de los resultados obtenidos. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 59 Los resultados obtenidos son similares a los reportados por Bañon et al. (2000) para el perfil lipídico de grasa dorsal de cerdo, quien describe que estos valores refieren a una grasa de buena calidad, sin embargo la grasa utilizada en el presente estudio puede considerarse como una grasa blanda, ya que el porcentaje de ácido linoleico es mayor al 15 %. 3.2. Determinación de perfil lipídico de aceite de aguacate En la Tabla 2 se muestra los valores del perfil lipídico obtenidos del aceite de aguacate. Se reportó un contenido de 18.66 % de AGS, proveniente de los ácidos grasos palmítico y esteárico; 68.37 % de AGMI proveniente de los ácidos grasos palmitoleico y oleico; 12.19 % de AGPI proveniente de los ácidos linolénico y linoleico. Tabla 2: Perfil lipídico de aceite de aguacate Número Ácido Graso % lipídico Palmítico C16:0 Palmitoleico C16:1 Esteárico C18:0 Oleico C18:1 Linoleico C18:2 Linolénico C18:3 Ácidos Grasos Saturados Ácidos Grasos Monoinsaturados Ácidos Grasos Poliinsaturados 18.00 9.42 0.61 58.95 11.50 0.69 18.61 68.37 12.19 *Cada valor es el promedio de los resultados obtenidos. Los resultados obtenidos para el perfil lipídico del aceite de aguacate están de acuerdo a los valores presentados por (Acosta 2011) que indican 16.99 % de AGS, 69. 89 % de AGMI, 13.09 % de AGPI. 3.3. Determinación de aceptabilidad sensorial Los resultados de la evaluación sensorial de los tratamientos T1, T2 y T3 se describen a continuación en la Tabla 3, en la cual se presenta las medias y desviación estándar de cada atributo evaluado. Tabla 3. Resumen de medias por atributos 2 Atributos Tratamientos 1 Color Olor Sabor 5.67±2.16 a Textura al masticar T1 5.00±2.63 a 5.93±2.47 a 6.22±2.39 a T2 5.13±2.72 a 5.61±2.03 a 5.32±2.50 a 5.68±2.58 a T3 5.86±2.59 a 6.04±2.29 a 5.52±2.78 a 5.88±2.50 a 1 Tratamientos con contenido de aceite de aguacate en sustitución de la grasa animal: T1= 50 % de aceite, T2= 75 % de aceite, T3=100 % de aceite. 2 Letras diferentes en una misma columna indica diferencia significativa (P<0.05). Cada valor es el promedio ± la Desviación Standard de los resultados obtenidos. n=100 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 60 3.3.1. Olor Los promedios de los resultados obtenidos para el atributo olor agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 1. Valoración promedio 6,10 6,00 5,90 5,80 5,70 5,60 Series1 5,50 5,40 5,30 T1 T2 T3 Tratamientos Figura 1. Calificación promedio obtenida para el atributo olor en los tratamientos T 1, T2, T3 En el atributo olor la muestra con el 100% de grasa dorsal presenta la mayor aceptación. (Banda 2010), reportan resultados similares, ya que en la evaluación estadística de los datos de aceptabilidad del atributo olor, no se encontraron diferencias importantes, sin embargo se observó que el tratamiento con mejor aceptabilidad era aquel en el que se utilizaba el porcentaje más alto de grasa vegetal en sustitución de la grasa dorsal de cerdo. El mejoramiento de la percepción en el aroma del embutido al utilizar aceite de aguacate puede deberse a que el aguacate contiene 25 compuestos de aroma conocidos como “volátiles de aroma”, entre los cuales se encuentra el pentanal; este compuesto parecería ser responsable del olor y un ligero sabor a nueces del aguacate maduro Haas (Obenland 2012). La variedad de aguacate Haas es utilizada en la elaboración del aceite usado para la presente investigación. En el proceso de obtención del aceite de aguacate se logra mantener todas las propiedades originales de la fruta (Olaeta 2003). 3.3.2. Color Los promedios de los resultados obtenidos para el atributo color agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 2. Como se evidencia en la gráfica al evaluar el atributo de color la formulación con el 100% de aceite de aguacate presenta mayor aceptación por el consumidor. Pascual et al. (2002), reportan resultados similares al evaluar el atributo color, señalan que en las pruebas estadísticas realizadas no existían diferencias significativas entre las formulaciones donde se utilizaba aceite de oliva en sustitución parcial de la grasa dorsal de cerdo en salchichas tipo Frankfurt. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 61 Valoración promedio 6,00 5,80 5,60 5,40 5,20 5,00 Series1 4,80 4,60 4,40 T1 T2 T3 Tratamientos Figura 2. Calificación promedio obtenida para el atributo color en los tratamientos T 1, T2, T3 (Banda 2010), señala que no se encontraron diferencias significativas para el atributo color y se estableció que el mejor tratamiento fue aquel que contenía el porcentaje más alto de grasa vegetal en sustitución de la grasa de cerdo, que en ese caso fue 75 %. 3.3.3. Sabor Los promedios de los resultados obtenidos para el atributo sabor agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 3. A diferencia de los resultados de olor y color en el atributo de sabor la muestra con menor contenido de aceite de aguacate presenta la mayor aceptación. En el estudio realizado por Pascual et al. (2002), reportan de igual manera que no se encontró diferencias significativas para el atributo sabor entre los ensayos realizados, adicionalmente señalan que en trabajos similares en los que se utilizó aceite de oliva, girasol, maíz y soya tampoco se encontraron diferencias significativas respecto al sabor. Selgas et al. (2005), indica que la grasa animal contribuye al sabor de los productos cárnicos, logrando de esta manera mejorar la percepción de los consumidores hacia los Valoración promedio mismos. 6,0 5,9 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5,0 Series1 T1 T2 T3 Tratamientos Figura 3. Calificación promedio obtenida para el atributo sabor en los tratamientos T1, T2, T3 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 62 3.3.4. Textura Los promedios de los resultados obtenidos para el atributo textura agrupados por Valoración promedio tratamientos se muestran en la Figura 4. 6,3 6,2 6,1 6,0 5,9 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 Series1 T1 T2 Tratamientos T3 Figura 4. Calificación promedio obtenida para el atributo textura en los tratamientos T 1, T2, T3 Al igual que en sabor la muestra con menor porcentaje de aceite es la que presenta mayor preferencia por el consumidor. Pascual et al. (2002), reporta resultados de no haber encontrado diferencias importantes en la evaluación sensorial para el atributo textura, sin embargo explica que se encontró una mayor preferencia para el tratamiento en el cual utilizó un menor porcentaje de aceite de oliva en sustitución parcial de la grasa de cerdo en salchichas Frankfurt. Adicionalmente se señala que el empleo de grasa animal logra ablandar el producto incrementando de esta manera la terneza. 3.4. Selección del mejor tratamiento El resumen de resultados obtenidos en la evaluación de aceptabilidad sensorial para cada tratamiento se muestran en la Tabla 4. Tabla Error! No text of specified style in document.. Resumen de medias por tratamientos Tratamientos 1 Media 2 T1 5.71±0.52 a T2 5.44±0.26 a T3 5.82±0.22 a 1 Porcentajes de contenido de aceite de aguacate en sustitución de la grasa animal: T1= 50 % de aceite, T2= 75 % de aceite, T3=100 % de aceite. 2 Letras diferentes en una misma columna indica diferencia significativa (P<0.05). n=100 No se encontraron diferencias significativas entre cada tratamiento, por lo cual el tratamiento que presentó mejores características de aceptabilidad de acuerdo a su media fue el Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 63 tratamiento T3 que contenía 100 % de aceite de aguacate en sustitución de la grasa dorsal de cerdo. En la Figura 6 se aprecia la calificación promedio de los atributos evaluados por cada tratamiento. Color 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Textura al masticar Olor Sabor T1 (50% aceite aguacate) T2 (75% aceite aguacate) T3 (100% aceite aguacate) Figura 1. Perfil descriptivo de los tratamientos en función a su contenido de aceite García et al. (2008), reportan resultados similares, ya que al no encontrar diferencias significativas para las pruebas sensoriales de color, olor y textura se eligió la muestra con el mejor puntaje promedio. 3.5. Caracterización físico-química Los resultados obtenidos en los análisis físico-químicos se muestran en la Tabla 5, donde se muestran las medias y desviación estándar de cada análisis realizado. Tratamiento Tabla 4. Composición proximal de los tratamientos analizados Proteína Grasa AGS AGMI AGPI (%) (%) (%) (%) AGT (%) (%) Salchicha 100% grasa dorsal de cerdo 13.23±0.77 a 16.93±1.06 a 8.46±0.28 a 2.99±0.10 a 4.56±0.15 a 0 12.56±0.15 a 13.26±1.39 b 3.19±0.37 b 6.50±0.75 b 2.03±0.23 b 0 Salchicha 100% aceite de aguacate Cada valor es el promedio ± la Desviación Standard de los resultados obtenidos Letras diferentes en una misma columna indica diferencia significativa (P<0.05). n=3 Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 64 3.5.1. Determinación de proteína Los promedios de los resultados obtenidos en la determinación de proteína agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 7. 14,00 13,00 12,00 % Proteína 11,00 10,00 Salchicha 100% Salchicha 100% grasa dorsal de aceite de cerdo aguacate Figura 7. Contenido de proteína de los tratamientos analizados En el tratamiento que contenía 100 % de aceite de aguacate, se observa una reducción en el contenido de proteína en un 0.67 % en relación al tratamiento con 100 % de grasa dorsal en su formulación. (Yildiz & Serdaroglu 2012), reportan de igual manera que al remplazar la grasa dorsal de cerdo por aceite de avellana en un 60 – 90 % en la elaboración de salchichas, existió una variación en el contenido de proteína de los tratamientos evaluados, sin embargo no representó una diferencia estadísticamente significativa. La grasa dorsal de cerdo contiene entre 2.7 y 8.9 % de proteína (FAO 2007, Mataix 2009). La proteína encontrada en el tejido adiposo proviene del tejido conectivo donde los animales bien alimentados almacenan grasa. Este tejido conectivo forma la fascia que se encuentra en la capa adiposa. La fascia es una membrana conjuntiva que limita el músculo de la grasa y de otros músculos formando grupos funcionales; proporciona una matriz de sostén además de permitir a la grasa adherirse extensamente a los músculos. Las proteínas que componen este tejido conectivo son el colágeno y elastina (Chaitow & Walker2006, Grüner, et al. 2005). 3.5.2. Determinación de grasa total Los promedios de los resultados obtenidos en la determinación de grasa total agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 8. El contenido de grasa total se redujo en 3.7 % en el tratamiento que contenía 100 % de aceite de aguacate en sustitución de la grasa de cerdo en su formulación. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 65 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 % Grasa 12,00 11,00 10,00 Salchicha 100% grasa dorsal de cerdo Salchicha 100% aceite de aguacate Figura 8. Contenido de proteína de los tratamientos analizados Pascual et al. (2002), de igual manera indica una reducción en el contenido de grasa total en salchichas tipo Frankfurt con aceite de oliva en su formulación en comparación al contenido encontrado en el tratamiento control el cual contenía 100 % de grasa dorsal. (Yildiz & Serdaroglu 2012), reportan resultados similares a los presentados en esta investigación, ya que al sustituir la grasa dorsal de cerdo únicamente con aceite de avellana, se alcanzó una reducción del 0.05 - 0.13 % en el contenido de grasa total de los ensayos experimentales contrastando con el contenido del tratamiento testigo, al tener este porcentaje bajo de reducción de grasa total los autores declaran que no existieron diferencias significativas en el contenido de grasa total al utilizar aceite de avellana. 3.5.3. Determinación de perfil lipídico de los tratamientos evaluados Los promedios de los resultados obtenidos en la determinación de perfil lipídico agrupados por tratamientos se muestran en la Figura 9. Salchicha 100% grasa Salchicha 100% aceite 8,46 3,19 2,99 6,5 4,56 2,03 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 AGS AGMI AGPI Figura 9. Perfil lipídico de los tratamientos evaluados Existe una disminución en el contenido de AGS en el tratamiento con 100% de aceite de aguacate, probablemente debido a que la grasa dorsal de cerdo contiene un 35.45 % de AGS contra el 18.61 % presente en el aceite de aguacate. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 66 Se determinó un aumento en el contenido de AGMI en el tratamiento con 100 % de aceite de aguacate, posiblemente a causa del contenido de este tipo de ácidos grasos en el aceite de aguacate, el cual es de 68.37 % contra un 41.95 % presente en la grasa dorsal de cerdo. Se estableció una disminución en el contenido de AGPI en la salchicha elaborada con aceite de aguacate en relación al tratamiento control con grasa de cerdo. Esta variación pudo haber sido ocasionada por el contenido de AGPI presente en el aceite de aguacate que es de 12.19 %, mientras que en la grasa de cerdo este contenido es mayor llegando a 20.71 %. El alto nivel de insaturación de la grasa de cerdo pudo deberse al uso de alimentos balanceados ricos en ácido linoleico como son el maíz o la soja en la dieta de los cerdos (Bañon et al. 2000). (Yildiz & Serdaroglu 2012), reportan resultados similares a los presentados en este estudio respecto al perfil lipídico de salchichas, los autores indican una disminución del contenido de AGS en la salchicha elaborada utilizado un 90 % de aceite de avellana en sustitución de la grasa dorsal de cerdo. Adicionalmente muestran un aumento del contenido de AGMI en relación a su tratamiento control. En los dos tratamientos evaluados se obtuvo 0 % ácidos grasos trans, lo cual indica que no existió hidrogenación biológica en la grasa de cerdo como consecuencia de la degradación bacteriana de ácidos grasos; de igual manera no existió hidrogenación debida al calentamiento en el proceso de cocción en el aceite de aguacate (Panisello 2004, Ruiz 2009, Serna 2010). 3.6. Caracterización microbiológica Los promedios de los resultados obtenidos en la determinación de perfil lipídico agrupados por tratamientos se muestran en la Tabla 6. Se identificó la presencia de Aerobios mesófilos y Staphilococcus aureus en los tratamientos analizados, sin embargo se logró notar una menor carga microbiana en el tratamiento con 100 % de aceite de aguacate en su formulación. (Pascual & Calderón 2000), indican que el crecimiento bacteriano en aceites y grasas, a excepción de margarinas, es muy limitado y en la mayoría de casos llega a ser nulo, ya que las baterías no pueden multiplicarse en un producto si este no contiene agua, razón por la cual los aceites generalmente no suponen un problema de carácter sanitario. La norma CODEX STAN 19-1981 para grasas y aceites comestibles no regulados por normas individuales, establece un contenido máximo de humedad del 0.2 %, mientras que la norma NMX F-052 para aceite de aguacate, establece en sus especificaciones un contenido Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 67 de humedad máximo de 0.5 % para aceite de aguacate y un 0.1 % de humedad para aceite comestible puro de aguacate IMNC. (2007). Tabla 5. Resultados de análisis microbiológicos y requisitos según norma INEN 1338:12 para productos cárnicos cocidos Salchicha Salchicha 100% grasa 100% aceite Requisitos norma INEN dorsal de de 1338:12 cerdo aguacate Nivel de aceptación Requisito 4 Aerobios mesófilos ufc/g* 5.6 x 10 Escherichia coli ufc/g* Ausencia Staphilococcus aureus ufc/g* 1.8 x 10 1 Salmonella /25g 2 Ausencia 4.1 x 10 4 5.0 x 10 Ausencia 1.0 x 10 2 Ausencia 5 <10 1.0 x 10 Nivel de rechazo 1.0 x 10 7 3 Ausencia 1.0 x 10 4 - 1 Especies cero tipificadas como peligrosas para humanos * Requisitos para determinar término de vida útil ** Requisito para determinar inocuidad del producto (FAO 2007), establece un contenido de humedad del 7.7 % para la grasa dorsal de cerdo al ser un producto fresco. La grasa dorsal de cerdo al contener mayor porcentaje de humedad y al ser un producto fresco es más susceptible a ataques microbianos, mientras que el aceite de aguacate al contener un porcentaje de humedad relativamente bajo y ser un producto procesado, presentará una carga microbiana muy baja. 4. Conclusiones y Recomendaciones La grasa dorsal de cerdo presentó un nivel de instauración bastante elevado debido a su alto porcentaje de ácido linoleico; por su parte el alto contenido de ácidos grasos insaturados encontrados en el aceite de aguacate permitió vislumbrar las características nutraceúticas del mismo. Se consiguió reemplazar en su totalidad la grasa animal presente en la formulación, logrando además conservar las características sensoriales y tecnológicas propias de este tipo de producto cárnico. Se determinó la aceptabilidad del producto obtenido a través de un análisis sensorial; el tratamiento con 100 % de aceite de aguacate en sustitución de la grasa dorsal de cerdo alcanzó una puntuación de 5.82 / 9, logrando de esta manera obtener el mejor resultado de aceptabilidad a pesar de no haber sido altamente puntuado en sus atributos de sabor y textura por la ausencia de grasa dorsal en su formulación. Se determinó que el tratamiento patrón contenía mayor porcentaje de proteína, sin embargo ambos tratamientos reportaron más del 12 % de proteína, por lo cual de acuerdo a la norma INEN 1338:12, se los considera como salchichas tipo I. Enfoque UTE, V.6-N.1, Mar.2015, pp.55 - 70 68 La adición de aceite de aguacate alteró la composición de ácidos grasos de las salchichas elaboradas, ya que se encontraron diferencias significativas para los tratamientos evaluados respecto a la composición de ácidos grasos saturados e insaturados. Se identificó la presencia de Aerobios mesófilos y Staphilococcus aureus en los tratamientos analizados, no obstante los resultados reportados en son inferiores a los valores dictados por la norma INEN 1338:12, por lo cual de acuerdo a la legislación normativa ecuatoriana los embutidos elaborados cumplen con los requisitos de seguridad alimentaria. Se cuantificó una carga microbiana menor en el tratamiento con 100 % de aceite de aguacate en su formulación, debido a que la grasa dorsal de cerdo al contener mayor porcentaje de humedad y al ser un producto fresco fue más susceptible a ataques microbianos, mientras que el aceite de aguacate al contener un porcentaje de humedad relativamente bajo y ser un producto procesado, presentó una carga microbiana muy baja. Los resultados encontrados permiten el planteamiento de nuevos temas de investigación con relación a la sustitución de grasa dorsal de cerdo utilizando aceite de aguacate como el estudio de la vida útil del producto a nivel microbiológico, ya que el aceite de aguacate al no ser susceptible a ataques microbianos podría influir en el crecimiento de bacterias en el embutido. Bibliografía Acosta, M. (2011). Evaluación y escalamiento del proceso de extracción de aceite de aguacate utilizando tratamiento enzimático. Tesis de Pregrado de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, Colombia. AOAC. (2012). Official Methods of Analisis (19th Ed.). Association of Official Analytical Chemists. Gaithersburg, USA. Banda, D. (2010). El Efecto de la sustitución de grasa animal (cerdo) por grasa vegetal (Danfat FRI – 1333) en la formulación y elaboración de salchichas Frankfurt. Tesis de Pregrado de Ingeniería de Alimentos. Universidad Técnica de Ambato. Ambato, Ecuador. 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