INTRODUCCIÓN   

El Ecuador produce para fines de exportación granos de leguminosas y cereales tales como maíz, arroz, quinua, fréjol, garbanzo, arvejas entre otros, a éstos se suman otro tipo de semillas como el café y el cacao (Banco Central del Ecuador, 2019; Ministerio de Producción Comercio Exterior Inversiones y Pesca, 2023). Estos productos son ampliamente utilizados en la elaboración de derivados en la industria agroalimentaria, especialmente granos como el maíz y leguminosas (Albán et al., 2021). Es por esta razón que, para la elaboración de los diferentes derivados de estos granos, o incluso para su comercialización directa o almacenamiento, se requiere que estos tengan las mejores características externas, tales como color, tamaño y dureza, así como en su composición y carácter nutrimental a fin de asegurar su calidad hasta que llega al consumidor (Figueroa et al., 2013).

La evaluación de las propiedades físicas en los granos ofrece un primer control de calidad en la selección de estos como materias primas (Chachapoya, 2014). Los granos son materiales biológicos con características específicas que se ven afectadas principalmente por factores genéticos y ambientales, de modo que, determinar sus propiedades físicas posibilita conocer y estimar sus propiedades estructurales básicas y de esta manera garantizar su calidad en el mercado, por esta razón se debe considerar: 1. Sus formas irregulares y composición heterogénea en su estado natural, 2. Características y propiedades con distribución de frecuencia no normal, 3. Otros factores que influyen: cambios (reacciones) químicas, contenido de humedad, proceso de respiración y actividad enzimática, y 4) Fluctuaciones de calidad ocasionadas por la variedad o tipo de grano, condiciones de desarrollo y grado de madurez (Ponce, 2019; Vélez, 2013).

Con base a lo anterior, resulta fundamental señalar que, la obtención de datos de orden gravimétrico permite la planificación, diseño y optimización de maquinaria y equipos de uso en poscosecha, tales como secadoras, aireadoras, silos, trilladoras, entre otros (Hernández & Ríos, 2011).

Para la caracterización física de granos, se emplean técnicas gravimétricas, es importante mencionar que el análisis gravimétrico es una técnica de laboratorio utilizada para determinar la masa o la concentración de una sustancia midiendo un cambio en la masa (Khan Academy, 2020). Dentro de estas técnicas se encuentra la determinación del peso de 1000 granos, este parámetro permite cuantificar la eficiencia de los granos y consiste en verter en un cierto volumen conocido la muestra de grano y posteriormente se pesa, con este valor se puede conocer la calidad del endospermo, esta metodología se estandariza en las normas ISO 520 y 7971-1, entre otras y se realiza en laboratorios acreditados (EUROLAB, 2022).

Por otro lado, otro de los parámetros empleados en la caracterización de granos es la determinación de densidad aparente y real, Atarés (2020) define a la densidad como una propiedad básica de cualquier producto, y se define como su masa por unidad de volumen, donde sus unidades más comunes son g/ml y kg/m³, además señala que en el caso de alimentos porosos tales como granos, es necesario especificar si se está haciendo referencia a su densidad aparente o real. La densidad aparente es el cociente entre la masa de producto y el volumen aparente del mismo (volumen incluyendo los huecos entre los granos). Por otro lado, la densidad real es el cociente entre la masa del producto y su volumen real (volumen excluyendo los huecos entre los granos), las ecuaciones correspondientes se describen en la sección de cálculos previos (Chiralt, Martínez, Camacho, & González, 1998).

La forma y tamaño de los granos son también parámetros que permiten caracterizar a granos y semillas, en dependencia del tipo de forma que presentan los granos, éstos se pueden categorizar, de modo que de manera general, en granos es importante medir la longitud, el ancho y el espesor, entendidos como ejes: mayor, medio y menor respectivamente, de esta manera se consigue estimar el diámetro geométrico medio y esfericidad como se indica en la sección de cálculos preliminares, la relación matemática entre la densidad aparente y la densidad al permite obtener el factor de empaque conocido como porosidad (Rojas, 2010 & Ponce, 2019).

El objetivo del presente ensayo experimental es caracterizar las propiedades físicas de granos de frijol variedad frutilla de origen comercial, a través de la evaluación de los siguientes parámetros: propiedades geométricas (diámetro geométrico medio y esfericidad), densidad aparente, densidad real y peso de 1000 granos en el Laboratorio de Tecnología de Alimentos de la Facultad de Ciencias Químicas y finalmente discutir a la luz de la literatura científica los resultados obtenidos.

DIAGRAMA DE FLUJO

CÁLCULOS PREVIOS

• Fórmulas 

Propiedades geométricas: esfericidad y diámetro medio geométrico

Propiedades gravimétricas: densidad

Propiedades gravimétricas: porosidad

• Norma Técnica Recomendada

NTE INEN 1561: Granos y cereales. Fréjol en grano:

https://studylib.es/doc/5717677/nte-inen-1561–granos-y-cereales.-fr%C3%A9jol-en-grano#google_vignette

RESULTADOS OBTENIDOS

1. Propiedades Geométricas

N.	Ancho (mm)	Largo (mm)	Espesor (mm)
1	7,98	14,92	4,94
2	8,17	16,21	6,07
3	7,41	15,14	5,67
4	7,45	16,47	5,91
5	8,65	13,99	6,64
6	7,96	16,93	6,29
7	7,55	15,53	5,55
8	7,48	15,52	4,94
9	7,89	15,22	5,01
10	7,57	14,96	5,50
11	7,42	15,54	5,88
12	7,75	16,01	5,30
13	7,51	14,79	5,00
14	8,15	16,70	6,38
15	6,76	14,26	5,02
16	7,67	15,48	5,02
17	8,09	16,76	5,81
18	7,04	15,32	6,48
19	7,70	16,03	5,84
20	8,44	15,82	5,71
21	7,51	14,71	5,71
22	7,09	12,29	3,15
23	7,11	11,63	4,88
24	7,19	13,75	5,42
25	8,33	14,22	5,55
26	7,70	13,57	4,88
27	8,33	14,74	4,81
28	7,70	14,54	5,37
29	7,25	12,87	5,13
30	7,71	13,26	4,59
31	8,44	17,31	6,53
32	7,66	15,80	5,83
33	6,58	14,27	5,06
34	7,91	15,24	6,13
35	7,29	14,26	5,30
36	7,97	15,57	5,05
37	7,89	15,36	5,60
38	7,83	12,07	5,72
39	8,07	18,33	7,14
40	8,49	16,89	6,72
41	7,28	14,46	5,13
42	7,73	14,76	4,74
43	8,17	14,59	6,14
44	7,63	13,31	5,32
45	7,45	15,22	5,39
46	7,77	14,97	5,77
47	7,83	15,55	6,50
48	6,75	13,81	5,44
49	7,05	14,02	5,62
50	7,46	15,32	5,96
PROMEDIO	7,67	14,96	5,55
DESVIACION ESTANDAR	0,466	1,331	0,679
COEFICIENTE DE VARIACIÓN	6,069	8,891	12,231

Diámetro medio geométrico

Esfericidad

Datos:

• Peso de la probeta: 134.83 g

Cálculo de la Densidad Aparente:

Daparente 1: 46,56 g/52 ml = 0,895 g/ml

Daparente 2: 48,69 g/52 ml = 0,936 g/ml

Daparente 3: 44,84 g/52 ml = 0,862 g/ml

Promedio de Densidad Apr = 0,898 g/ml

Peso grano con probeta (g)		Peso grano con probeta y agua (g)		Peso probeta más agua (g)		Volúmenes (ml)		Densidades reales (g/ml)
P1 g+p	173.84	P1 g+p+a	194.83	P1 p+a	187.43	V1	52	ρ1	0.997
P2 g+p	172.32	P2 g+p+a	194.48	P2 p+a	187.89	V2	50	ρ2	0.997
P3 g+p	173.46	P3 g+p+a	194.37	P3 p+a	187.68	V3	50	ρ3	0.997
Promedio									0.997

Cálculo del Volumen

Cálculo de la Densidad Real:

Dreal 1 = 31,61 g/ 31,70 ml = 0,997 g/ml

Dreal 2= 31,9 g/ 31,99 ml = 0,997 g/ml

Dreal 3= 31,95 g/ 32,04 ml = 0,997 g/ml

Prom de densidad real= 0,997 g/ml

Cálculo de la Porosidad:

ε= 1 – (0,898 g/ml / 0,997 g/ml)
ε= 0,099

ESPECIFICACIONES DE CALIDAD

El frejol en grano de acuerdo con la Norma INEN 1 561 deben cumplir con los siguientes requisitos establecidos en la Tabla 4.

Granos	Granos partidos	Granos abiertos	Variedades contrastantes	Porcentajes MAX. en masa de granos dañados
	%	%	%	Por calor	Por hongos	Por insectos	TOTALES
1 2 3 4	2.0 2.2 3.0 5.0	1 1 3 4	3 4 6 8	0.5 1.0 2.0 3.0	0.5 1.0 2.0 3.0	0.5 1.0 2.5 3.0	1.5 3.0 6.5 9.0

Además de lo detallado en la tabla 4 el frejol que se comercialice no debe tener ningún olor extraño (olores diferentes del característico del grano normal que puede ser causado por plaguicidas, fermentación y otros), ni con la presencia de insectos causantes de daños primarios y secundarios que se determinara ocularmente y el nivel de infestación se determinara de acuerdo con la Tabla 2. También deben tener un contenido de humedad no mayor del 13% de acuerdo con la Norma INEN 1 235, en cuanto al tiempo de cocción de acuerdo con la norma INEN 1 558 debe estar el 90% de los granos de la muestra cocidos cuando son sometidos a cocción.

Niveles de infestación	No. De insectos vivos en 1000 g de frejol en grano		No. Total de insectos permitidos
	Primarios	Secundarios	Primarios – Secundarios
Libre Ligeramente Infestados Infestados	0   1 a 3 mayor de 3	0   1 a 4 mayor de 4	0   4 mayor de 4

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

Densidad Aparente

Los valores de densidad aparente nos proporcionan información para el almacenamiento de granos. La densidad aparente al considerar los espacios entre los granos nos determina el volumen máximo de almacenamiento. La densidad aparente nos da un promedio de 0.898 g/ml este resultado se obtuvo de tres repeticiones. Los valores de densidad aparente están estrechamente relacionados con el porcentaje de contenido de humedad en los granos. Mientras los valores de densidad aparente sean altos el contenido de humedad es menor y viceversa. Estos datos nos pueden ayudar para determinar los procesos respiratorios de los granos, que deben ser lentos para una mayor conservación (Ordóñez et al., 2012).

Densidad Real

La densidad real de partículas, muy útil en los procesos de separación como la sedimentación, la centrifugación y en el transporte neumático e hidráulico de polvos y partículas (Huamán Castilla et al., 2016). Tras la realización de las 3 repeticiones con granos de frejol, la densidad real promedio resultante es 0.997 g/ml, embargo, en otros estudios la densidad real del fréjol canario es 1.30 g/ml, chocho 0.72 g/ml (Aguilera et al., 2023) y fréjol Matambú es 1.34 g/ml (Valerio, 2016). Por ello, el valor obtenido con el fréjol utilizado en la práctica es relativamente bajo al comparar con los otros valores de los granos, la razón por la cual puede variar la densidad real es por las propiedades geométricas y el aumento del contenido de humedad de los granos (Ordóñez et al., 2012).  No obstante, la dificultad para el cálculo de la densidad real de una muestra podría ser debido a la dificultad para determinar el volumen de una muestra de granos de manera no destructiva y sobre un gran número de granos (Cleva et al., 2013).

Los valores de densidad aparente aportan información útil para el análisis de la transferencia de calor a través de los granos, en el control de calidad, en la evaluación, cálculo y diseño de sistemas de transporte, limpieza y clasificación; mientras que los de densidad real en el diseño de sistemas de almacenamiento, empaque, deshidratación y transporte (Carcasi et al., 2014).

Porosidad

La porosidad es la fracción de huecos en el lecho de granos y determina la pérdida de carga que debe vencer el aire en procesos tales como secado y aireación (Ordóñez et al., 2012) además permite entender la forma en la cual los granos se acomodan en el lecho poroso (Huamán Castilla et al., 2016).

La porosidad obtenida en frejol es 0.099, sin embargo, se encontraron valores de 0.39 – 0.42 con una humedad de 25.2 % (Corea et al., 2021), 2.21 en frejol blanco moteado, 9.07 en frejol rojo pequeño y 6.21 en frejol negro, esto ya que las principales propiedades físicas de los materiales biológicos que dependen de la humedad son la forma y el tamaño, la densidad, la porosidad, la masa de los granos y la fricción contra diversas superficies (Singh & Chandra, 2014). Además, la baja porosidad puede estar relacionada con la composición nutricional del producto ya que esta propiedad física caracteriza la textura y la calidad de los alimentos secos (Kibar et al., 2014).

CONCLUSIONES

En conclusión, tras determinar las propiedades físicas de los granos de frejol se observó que los valores de densidad aparente fueron menores a los obtenidos tras calcular la densidad real, esto debido a que la densidad real de los granos es un parámetro físico que representa el peso de un mililitro de grano considerando el volumen de aire que se encuentra en los espacios intergranulares, mientras que la densidad real no considera dichos espacios. Por otra parte, el valor de porosidad obtenido indica que existe un bajo contenido de espacios vacíos o poros, determinando así que los granos tienen una constitución más compacta.

RECOMENDACIONES

• Proporcionar herramientas completamente funcionales para el desarrollo de la práctica.
• Esclarecer la nomenclatura y símbolos utilizados en las formulas presentadas para el desarrollo de los cálculos.

REFERENCIAS

Aguilera, D. D. S., Terán, S. G. S., Pino, D. R. A., Escobar, K. Y. R., Pisco, M. L. C., & Morejon, J. P. A. (2023). Caracterización fisicoquímica de fréjol canario (Vigna unguiculata) y chocho guaranguito (Lupinus mutabilis) y su incidencia en la funcionalidad de harinas. Revista Bases de la Ciencia, 8(1), 38-50.

Carcasi, P. A., Pereira, P., & Valencia, M. (2014). Determinación de características físicas en semillas de quinua (Chenopodium quinoa Willd.) mediante procesamiento digital de imágenes. Revista Venezolana de Ciencia y Tecnología de alimentos, 5(2), 148-165.

Cleva, M. S., Sampallo, G. M., González Thomas, A. O., & Acosta, C. (2013). Método para la determinación del volumen de una muestra de granos de arroz mediante el procesamiento digital de imágenes. RIA. Revista de investigaciones agropecuarias, 39(2), 185-190.

Corea, J., Vílchez, L., & Espinosa, R. (2021). Comportamiento fluidodinámico de cuatro granos en dos modelos de secadores de lecho fluidizado. Nexo Revista Científica, 34(03), 46-57.

Huamán Castilla, N. L., Yupanqui, G., Allcca, E., & Allcca, G. (2016). Efecto del contenido de humedad y temperatura sobre la difusividad térmica en granos andino. Revista de la Sociedad Química del Perú, 82(3), 259-271.

INEN (1987). Granos y cereales. Frejol en grano (Norma núm. 1 561).                                  https://apps.normalizacion.gob.ec/descarga/index.php/buscar

INEN (2012). Cereales y leguminosas. Fréjol. Determinación del tiempo de cocción (Norma                       núm. 1 558). https://apps.normalizacion.gob.ec/descarga/index.php/buscar

INEN (1987). Granos y cereales: Determinación del Contenido de Humedad (Norma núm. 1 235).   https://apps.normalizacion.gob.ec/descarga/index.php/buscar

Kibar, H., Öztürk, T., & Temizel, K. E. (2014). Effective engineering properties in the design of storage structures of postharvest dry bean grain. Acta Scientiarum. Agronomy, 36, 147-158. https://doi.org/10.4025/actasciagron.v36i2.19394

Ordóñez, M., Gely, M., & Pagano, A. (2012). Estudio de las propiedades físicas y de la cinética de secado de granos de maíz colorado duro. Avances en Ciencias e Ingeniería, 3(3), 153-171.

Singh, Y., & Chandra, S. (2014). Evaluation of physical properties of kidney beans (Phaseolus vulgaris). Food Sci. Res. J, 5(2), 125-129.

Valerio, O. (2016). Cinética de la masa y expansión volumétrica del frijol en hidratación.

Albán, M. G., Caviedes, M., Zambrano, J., Aguirre, H., Amores, F., Analuisa, I., … Zambrano, E. (2021). Memorias del I Simposio Ecuatoriano del Maíz (1er ed., Vol. 38; M. Albán, G. Caviedes, & J. Zambrano, Eds.). Quito, Ecuador: USFQ Press. Recuperado de http://archivosacademicos.usfq.edu.ec

Atarés, L. (2020). Determinación de la porosidad. Valencia, España. Recuperado de https://m.riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/52102/20.%20Art%C3%ADculo%20docente.%20Determinaci%C3%B3n%20de%20la%20porosidad.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=La%20densidad%20aparente%20es%20el,los%20granos)%5B2%5D.

Banco Central del Ecuador. (2019). La economía ecuatoriana creció 0,1% en 2019. Quito, Ecuador. Recuperado de https://www.bce.fin.ec/index.php/boletines-de-prensa-archivo/item/1359-la-economia-ecuatoriana-crecio-01-en-2019

Chachapoya, D. (2014). Producción de alimentos balanceados en una planta procesadora en el cantón Cevallos (Tesis previo la obtención del título de Ingeniero Agroindustrial), Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. Recuperado de https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/8927/3/CD-5974.pdf

Chiralt, A., Martínez, N., Camacho, Ma. D. M., & González, C. (1998). Experimentos de fisicoquímica de alimentos (1ra Edición, Vol. 1). España: Universidad Politécnica de Valencia.

EUROLAB. (2022). Determinación del peso del grano en mil (1000). Recuperado el 11 November 2023, de EUROLAB – Laboratuvar website: https://www.laboratuvar.com/es/gida-analizleri/fiziksel-analizler/bin-1000-dane-agirligi-tayini

Figueroa, J., Narváez, D., Mauricio, A., Taba, S., Gaytán, M., Véles, J., … Cuevas, A. (2013). Propiedades físicas del grano y calidad de los grupos raciales de maíces nativos (criollos) de México. Rev. Fitotec. Mex., 36(3-A), 3–305.

Hernández, F., & Ríos, J. (2011). Maquinaria Agrícola 1 (Primera Edición, Vol. 1). Colombia: EUROPEAID y Universidad en el Campo. Recuperado de www.espaciograficosa.com

Khan Academy. (2020). Introducción al análisis gravimétrico: gravimetría por volatilización. Recuperado el 11 November 2023, de Química Avanzada (AP Chemestry) website: https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/stoichiometry-and-molecular-composition-ap/limiting-reagent-stoichiometry-ap/a/gravimetric-analysis

Ministerio de Producción Comercio Exterior Inversiones y Pesca. (2023). Ecuador busca fortalecer las exportaciones agroalimentarias a Corea. Recuperado el 9 November 2023, de Ministerio de Producción Comercio Exterior Inversiones y Pesca website: https://www.produccion.gob.ec/ecuador-busca-fortalecer-las-exportaciones-agroalimentarias-a-corea/

Ponce, N. (2019). Unidad III. Características morfológicas y físicas de los granos básicos, industriales, oleaginosas y secundarios. El cerrillo Piedras Negras, Toluca, México. Recuperado de http://ri.uaemex.mx/bitstream/handle/20.500.11799/108413/secme-8641_2.pdf?sequence=2&isAllowed=y

Rojas, A. F. (2010). Caracterización físico-mecánica de las semillas de vitabosa (Mucuna deeringiana). Trabajo de Investigación, Magister en Ciencia y Tecnología de Alimentos. Universidad Nacional de Colombia. 134 p.

Vélez, J. (2013). Introducción a las propiedades físicas de los alimentos (1era Edición). España: Editorial Académica Española.

Visitas: 15