En los siguientes años se prevé un incremento considerable del mercado de alimentos funcionales, entre los cuales es importante destacar la presencia de los chocolates por sus propiedades sensoriales y antioxidantes, que los hacen adecuados para la salud del ser humano. La presente propuesta plantea la adquisición de un microscopio Raman y equipos complementarios, con la finalidad de realizar estudios de la composición química, física y sensorial de chocolates funcionales hechos con cacao fino de aroma y enriquecidos con frutas nativas de la región Amazonas. Raman es una tecnología no invasiva que permitirá estudiar, de manera rápida y eficaz, la composición y estructura química de los cristales contenidos en la grasa de cacao, los cuales son responsables de generar las características de textura y fusión en boca del chocolate. Así también, el fenómeno de floración de la grasa (defecto del chocolate que causa pérdidas de millones de dólares en la industria) será factible de estudiar con esta tecnología. El polvo de cacao, licor de cacao y otros ingredientes serán analizados con los equipos complementarios para medición del tamaño de partículas por difracción laser y caracterización de sus parámetros reológicos durante las etapas críticas del procesamiento del chocolate. Con el uso conjunto de estos equipos se lograrán los objetivos del proyecto de investigación que acompañan a la propuesta. La región Amazonas es productora de cacao fino de aroma; sin embargo, se dedica aún a la venta de materia prima. Con los aportes científicos generados por el proyecto se espera lograr una amplia aceptación en el sector académico y empresarial del país; así como mejorar un proceso existente de elaboración de chocolate que sea de interés del gremio chocolatero y les permita mejorar sus procesos y productos, para de esta manera lograr que el conocimiento generado en la universidad sea útil para la empresa.

Objetivo general

El objetivo de la presente propuesta es adquirir un microscopio Raman y equipos complementarios que nos servirán para incrementar la capacidad de infraestructura y equipamiento de nuestros institutos y laboratorios de investigación de la UNTRM, específicamente el laboratorio de Biotecnología Agroindustrial de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias. Ello permitirá realizar una investigación relevante en el campo de la agroindustria y otros temas relacionados con la alimentación, como por ejemplo la producción de carne

Objetivo específico 1

Adquisición del equipo y puesta en marcha

Objetivo específico 2

Caracterizar la materia prima a utilizar en la elaboración de chocolates funcionales

Objetivo específico 3

Optimizar el proceso de elaboración de chocolates funcionales

Objetivo específico 4

Evaluar los parámetros de calidad de chocolates funcionales

Descripción

La tecnología Raman es utilizada en análisis de diversos alimentos; sin embargo, en la ingeniería del chocolate las investigaciones aún son escasas, por lo que seríamos los primeros en usar dicha tecnología en nuestras investigaciones. El microscopio Raman es un equipo de última tecnología y determinante para la investigación científica, puesto que es una de las técnicas científicas más sencillas de usar, las más potente y la más versátil de las técnicas analíticas. Es usada por científicos e ingenieros y se emplea para comprender mejor la composición de los materiales. En ciencia, podemos identificar materiales desconocidos a partir de sus singulares huellas espectrales Raman, por tanto, es posible identificar, diferenciar e investigar una amplia gama de materiales. Así también, permite distinguir incluso las formas cristalinas muy similares (polimorfas) de la misma sustancia química.

Es una técnica no destructiva, pues se puede analizar la misma muestra varias veces sin dañarla y, normalmente, no es necesaria una preparación de la muestra. La tecnología Raman ofrece la flexibilidad de poder controlar el volumen de análisis, variando desde pequeñas cantidades de material (<1 micra de tamaño) a muestras de algunos centímetros. A su vez, analiza la muestra incluso cuando está sellada dentro de un recipiente transparente (por ejemplo, un vial o un tubo capilar) o dentro de una celda con una ventana de visualización (por ejemplo, celdas de presión o temperatura). Las bandas Raman son el resultado directo de las vibraciones moleculares, las cuales son muy sensibles a los cambios químicos y estructurales, de manera que pueden detectarse sutiles diferencias en el entorno molecular. La relación directa existente entre las vibraciones y las bandas Raman también hace más fácil la interpretación de los resultados.

Por estos motivos, el equipo propuesto permitirá a los investigadores hacer un trabajo más rápido. Por ejemplo, en muchos experimentos analíticos es necesario desarrollar protocolos de preparación de muestra que, a veces, son tediosos, pues en algunos casos no se dispone de equipos necesarios y se tiene que recurrir a la adaptación de metodologías existentes en publicaciones científicas para poder llegar a los resultados esperados. Por otro lado, debido a que, actualmente, en el laboratorio usamos técnicas destructivas de análisis, no es posible repetir el ensayo en la misma muestra, más aún cuando trabajamos con muestras vegetales (cacao, maíz, arroz, café, etc.), estas no se pueden recuperar debido a la estacionalidad de la cosecha. Este problema estaría solucionado con la aplicación de la metodología Raman.

El equipo propuesto aún no está disponible en instituciones públicas de la región ni el país. Este equipo se complementa fácilmente con un texturómetro que está disponible en el Laboratorio de Ingeniería de Procesos Agroindustriales de la Universidad Nacional de Trujillo. El equipo generará impacto regional y nacional, sobre todo en el rubro de la chocolatería y sector cacaotero, a quienes estarán dirigidos los resultados del proyecto de investigación inicial. Esto les permitirá cubrir tecnologías de alto costo para ser aplicados en el control de calidad de sus chocolates, puesto que por el momento no cuentan con ello, lo que no les permite saber las condiciones finales del producto terminado.

Al finalizar el proyecto, se espera que poco a poco se vayan sumando más instituciones y personas interesadas en los estudios para ser utilizados en otros materiales y productos. Debido a que en el Perú no se ha hecho investigación en este tema, nuestra propuesta será de interés para la academia y la empresa, pues se podrán cubrir brechas causadas por la inexistencia de tecnologías de alto costo que no están a disponibilidad de la pequeña empresa para que puedan realizar investigación en el mejoramiento de sus productos, por ello los resultados de estas investigaciones serán de gran relevancia.

Institución Responsable del Equipamiento

Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

RUC: 20479393568

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Amazonas

Provincia: Chachapoyas

Distrito: Chachapoyas

Dependencias: Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias, y Facultad de Ingeniería Zootecnista, Agronegocios y Biotecnología

Entidad Colaboradora de interés de uso

Universidad Nacional de Trujillo

RUC: 20172557628

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: La Libertad

Provincia: Trujillo

Distrito: Trujillo

Universidad Nacional de Jaén

RUC: 20487463737

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Cajamarca

Provincia: Jaén

Distrito: Jaén

Investigador principal

Nombres: Ilse Silvia

Apellido paterno: Cayo

Apellido materno: Colca

Entidad: Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

Dependencia: Facultad de Ingeniería Zootecnista, Agronegocios y Biotecnología

Coinvestigadores

Nombres: Efraín Manuelito

Apellido paterno: Castro

Apellido materno: Alayo

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

Dependencia: Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias

Nombres: Erick Aldo

Apellido paterno: Auquiñivin

Apellido materno: Silva

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

Dependencia: Facultad de Ingeniería Zootecnista, Agronegocios y Biotecnología

Coordinador administrativo

Nombres: Jesús Ermila

Apellidos: Reina Tuesta

Entidad: Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

Equipamiento mayor

Un equipo mayor es aquel considerado como altamente sofisticado, con un valor superior a S/. 600,000.00, que, por la relevancia de su uso en la investigación científica, tiene la capacidad de generar impacto regional y/o nacional en relación con la disponibilidad de tecnología. Así, la adquisición de este equipo permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación de alto costo que, por una parte, no se encuentran suficientemente desarrollados y/o por debajo de estándares nacionales y que, por otra parte, aún no se encuentran disponibles en la región o en el país.

Nombre del equipo mayor

Microscopio Raman

Descripción condiciones técnicas

El microscopio Raman confocal es un microscopio Raman dispersivo de grado de investigación. Está diseñado para los químicos analíticos que necesitan un instrumento fácil de usar, es de bajo mantenimiento y un microscopio confiable que proporciona excelente resolución espacial, junto con el rendimiento y la reproducibilidad requeridos en entornos analíticos exigentes. Adicionalmente, posee un sistema totalmente integrado que se puede configurar fácilmente con hasta cuatro rayos láser de excitación.

El equipo combina las potencialidades de un Microscopio de Fuerzas Atómicas (MFA) con las potencialidades para la caracterización composicional y estructural de materiales a escala submicrométrica que permite la Espectroscopia Raman Confocal. El sistema permite la obtención de imágenes topográficas de alta resolución por MFA (hasta 3 nm de resolución lateral, dependiente de las puntas empleadas); imágenes y cuantificación de variación de las propiedades elásticas de la superficie de los materiales; y una caracterización estructural mediante espectroscopia Raman con resolución espacial de 300 nm. Finalmente, permite una caracterización no destructiva de los materiales con respecto a su composición química, alta resolución topográfica en 3D y determinación de las características mecánicas (dureza, adhesión y viscosidad) de la superficie del material.

Lugar donde se instalará el equipo

El equipo será instalado en la Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas, en el Laboratorio de Biotecnología Agroindustrial – Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias, ubicado en el campus universitario (calle Higos Urco N.° 342-350-356 – calle Universitaria N.° 304, provincia Chachapoyas, región Amazonas).

Equipamiento secundario

Un equipo secundario es un quel que asegura el correcto funcionamiento y operatividad del equipo mayor. Estos equipos pueden ser necesarios para la preparación de muestras, para que el ambiente esté controlado, entre otras condiciones. Ej.: termocicladores, cámaras de flujo laminar, aire acondicionado, estabilizadores de energía, computadoras, etc.

Nombre del equipo secundario

Medidor de tamaño partículas

Descripción

El analizador de tamaño de partículas por difracción láser proporciona distribuciones de tamaño de partículas rápidas y precisas, tanto en dispersiones secas como húmedas, con el mínimo de esfuerzo. Este aparato, que mide gamas de tamaños de partículas desde nanométricas a milimétricas, cuenta con un rendimiento excepcional en el tamaño de superficie más pequeño y proporciona mediciones independientes del operador en las que todos pueden confiar. Combina una apariencia moderna y elegante con un diseño compacto, lo que le da mayor valor a la inversión en instrumentos, así como al precioso espacio de laboratorio.

Un diseño de núcleo óptico completamente nuevo ofrece tiempos de medición rápidos para un alto rendimiento de la muestra y un rango de tamaño de medición de 10 nm a 3,5 mm combinado con una gama de accesorios de dispersión húmeda y seca, lo cual posibilita más aplicaciones que nunca. Actualmente, los usuarios desean instrumentos que sean fáciles de usar y que no requieran un alto nivel de experiencia para obtener buenos resultados, de forma que el software del equipo ofrece una interfaz moderna e intuitiva, un desarrollo de métodos optimizado y consejos de expertos sobre sus resultados.

Nombre del equipo secundario

Reómetro

Descripción

Reómetro para investigación en la caracterización de fluidos complejos, focalizado en la caracterización reológica de dispersiones y otros fluidos complejos y sólidos suaves. Cuenta con funciones de acción dual sin precedentes, tanto para pruebas de cizalla como verticales. Por un lado, un reómetro modular, con una verdadera funcionalidad de conexión rápida para todos los sistemas de medición y unidades de control ambiental, permite también realizar pruebas reológicas pioneras siguiendo los procedimientos de operación estándar. Por otro lado, un reómetro modular, con una verdadera funcionalidad ‘plug and play‘ para todos los sistemas de medición y unidades de control ambiental, permite realizar pruebas reológicas basadas en procedimientos operativos estándar (SOP) pioneros. Dirigido a la caracterización de dispersiones y otros fluidos complejos y sólidos blandos, el reómetro tiene capacidades de acción dual sin precedentes para pruebas de corte y vertical (o axial).

Proyección de uso

Luego de la instalación del equipo mayor (microscopio Raman), la estimación de las horas de uso anuales para el equipo mayor será de la siguiente manera (por razones de seguridad del equipo, los porcentajes de uso anual no llegarán al 100%):

En el año 1: 1 tesis de pregrado (480 horas que corresponden al 16.44 %); 1 tesis de posgrado (720 horas que corresponden a 24.66 %); 1 tesis de pregrado adicional a la programada en el proyecto (480 horas que corresponden al 16.44 %) y 1 proyecto de investigación de los coinvestigadores (720 horas que corresponden al 24.66 %). En total, el equipo se usará durante 2400 horas anualmente (82.19 %).

En el año 2: 1 proyecto de investigación de los coinvestigadores (720 horas que corresponden a 24.66 %); 2 proyectos de otras instituciones como uso externo (1440 horas que corresponden al 49.32 %); 1 tesis de pregrado de otras instituciones como uso externo (480 horas que corresponden al 16.44 %). En total, el equipo se usará durante 2640 horas que corresponde al 90.41 % de uso anual.

Adquisición de un Analizador genético de 24 capilares AB 3500XL para fortalecimiento de las actividades de

caracterización molecular de los vertebrados acuáticos como base para la implementación del ADN ambiental (eDNA) en la Amazonía peruana

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Sectores: Agroindustria y Elaboración de Alimentos

Tipo de sector: Estratégico

Área de conocimiento OCDE: Ingeniería y Tecnología

Sub área de conocimiento OCDE: Otras Ingenierías y Tecnologías

Disciplina de conocimiento OCDE: Alimentos y Bebidas

Departamento: Amazonas

Provincia: Chachapoyas

Distrito: Chachapoyas

Descripción

El mercado de alimentos funcionales alcanzará los US $ 441.56 billones al 2022, dentro de estos se encuentra el chocolate, cuyos beneficios para la salud, junto con su sabor excepcional y textura, son los principales factores para su éxito en este mercado. Un factor de diferenciación importante es la suavidad, atributo que es gobernado por el tamaño de varias partículas de los ingredientes que forman su fase dispersa impactando directamente sobre la fusión en boca y textura al ser probado. Al ser la grasa del cacao responsable de la calidad del chocolate (textura, chasquido característico al ser partido, brillo, fusión en boca y resistencia a la floración de la grasa), se estudiará la composición y estructura de sus cristales utilizando la tecnología Raman. Ello con la finalidad de que puedan ser manipulados en alguna de las etapas de procesamiento y luego modificar las propiedades físicas, comportamiento reológico y atributos sensoriales del chocolate para elaborar un producto que cumpla con las características de calidad exigidas por mercados competentes.

Se utilizarán las técnicas de espectroscopía Raman, junto con la reología y el estudio de la distribución del tamaño de partículas, para determinar su influencia sobre la calidad del chocolate, lo cual brindará herramientas potentes para el inicio de la mejora de los procesos de fabricación de chocolate por los pequeños productores de la región Amazonas y el país. Se espera que el gremio de chocolateros y la academia usen los conocimientos generados por este proyecto de investigación para mejorar sus procesos de producción o aprendizaje en el mediano plazo. Por otro lado, los artículos de investigación publicados ayudarán a los investigadores de la UNTRM, UNT y UNJ a posicionarse como los pioneros en el país en utilizar estas tecnologías para la investigación en chocolate, de forma que se podrán crear círculos de investigación dedicados a este tema.

Al término del proyecto, por un lado, los pequeños productores cacaoteros de Amazonas tendrán la oportunidad de mejorar la calidad de sus chocolates, producidos artesanalmente y sin conocer los fundamentos del proceso. Por otro lado, los estudiantes de la UNTRM, y sus aliados, habrán obtenido el título profesional mediante el apoyo del proyecto; se tendrán profesionales capacitados en el uso de los equipos y la realización de investigaciones de relevancia para su publicación en revistas indizadas; y la UNTRM será más visible en cuanto a sus publicaciones científicas. Adicionalmente a ello, los microempresarios chocolateros nacionales tendrán oportunidades de realizar sus estudios y solicitar los servicios de la universidad para el análisis composicional y control de calidad de sus chocolates.