Download ESTUDIO DEL SECADO CONVECTIVO DE HOJAS DE STEVIA

Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química
PATROCINANTE:
DIRECTORES:
Profesor Eduardo Castro M.
Profesor Eduardo Castro M.
Ingeniero Civil Químico.
Ingeniero Civil Químico.
Magister en Ciencias de los Alimentos.
Magister en Ciencias de los Alimentos.
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Química.
Química.
Profesor Luis Puente D.
Ingeniero en Alimentos.
Doctor en Tecnología de Alimentos.
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Química.
_______________________________________________________________________
ESTUDIO DEL SECADO CONVECTIVO DE HOJAS DE STEVIA
REBAUDIANA Y FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DE UNA PLANTA
ELABORADORA DE EDULCORANTE A BASE DE STEVIA
__________________________________________________________________
Memoria para optar al título de Ingeniero en Alimentos
Denisse Margaret Jeria Heitmann.
Alberto Andrés Pozo Cofré.
Santiago, Chile
2011
DEDICATORIA
Dedico esta memoria a las dos personas que me dieron la vida, que me enseñaron lo importante
que es la responsabilidad, el ser cada día mejor y que no importa cuántas veces caigas sino cuántas
veces te levantas y sigues adelante. Me entregaron valores y herramientas esenciales para vivir y por
sobre todas las cosas me dieron AMOR, elemento fundamental para mi crecimiento.
A mis padres, a quienes admiro y agradezco todo lo que hoy soy.
LOS AMO
SU HIJA DENISSE
Dedico esta memoria a mi familia, especialmente a mi madre Teresa y mi padre Carlos. Los que
siempre han estado orgullosos de sus hijos.
Les dedico esta memoria, y más que eso, mí título como muestra de que lo cosechado por ustedes
durante estos años de sacrificio, ha rendido frutos y los seguirá dando.
Con amor.
Alberto Andrés Pozo Cofré.
ii
AGRADECIMIENTOS
A Dios, le agradezco el cuidarme y acompañarme dándome energía, sabiduría y todo su
amor para enfrentar la vida cada día.
A mi familia: A mis padres, Ilse y Héctor, gracias por su paciencia, su amor y su apoyo. A
mis hermanos, Nicole, Héctor y Marianne gracias por mantener la niñez en mí y por sus
distracciones que muchas veces me hicieron olvidar el stress. A mi tía Ximena, gracias por
brindarme su cariño, su apoyo y sus consejos en muchos momentos. A mi abuela y mi tío
Gustavo, gracias por su cariño y por acompañarme en todos los momentos importantes. A la
señora María, gracias por su gran cariño y preocupación. A la familia Miranda Soto por su
cariño, su gran alegría y estar siempre en los momentos importantes.
A la familia Pozo-Cofré, gracias por recibirme en su vida, por acogerme en su casa tantas
tardes de estudio y por entregarme su cariño.
A mis profesores, les agradezco los conocimientos entregados y el haber participado de mi
formación profesional y en algunos casos también personal, especial agradecimiento a la
profesora Isabel Fuentes, por el apoyo y cariño entregado.
A mis amigas, que conocí durante los años de estudio de Ingeniería en Alimentos, gracias
por su apoyo, energía y cariño entregado durante toda la carrera, las largas clases y las noches
de estudio y por entender tantas veces mis niñerías y a veces participar de ellas.
A Natalia, gracias por su amistad, por recibirme tantas veces en su casa y en sus
vacaciones como una más de su familia y por transmitirme su energía de vivir.
A Paulina, gracias por su amistad, por sus consejos, por el cariño entregado por ella y por
su familia y por enseñarme que hay cosas importantes por las cuales llorar y que la vida es una
sola y se debe vivir al 100%.
A Alberto, gracias por su amistad, su apoyo, su paciencia y por siempre tener una palabra
de calma en los momentos difíciles. Gracias por compartir tu vida conmigo y por tu amor.
GRACIAS A TODOS
DENISSE
iii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la vida por darme tantas oportunidades y cosas bellas.
Por darme la oportunidad de pertenecer a una familia humilde, en donde humilde no es
sinónimo de pobreza sino de grandeza.
Por darme un padre y una madre a los cuales agradezco su entrega y sacrificio, que con su
trabajo me demostraron que siempre es posible conseguir lo que uno anhela, y que los
recuerdos más bellos y duraderos no se logran con dinero.
Por darme dos hermanos que han servido de modelo para mi crecimiento como persona.
Por entregarme amigos y amigas irremplazables, de los cuales aprendí innumerables
lecciones que no encontré en los libros.
Los amigos del pasaje, esos que siempre han estado a unos pasos cuando los necesito,
con los cuales aprendimos que la vida no es fácil, pero que con el apoyo de los que te aman
todo puede ser mejor. A ellos les digo, ¡esté donde esté siempre seré uno de ustedes y nunca
los olvidaré!
Gracias por los amigos del colegio, a esta altura hermanos, con los cuales logré superar
una de las etapas más bellas y complicadas para mí.
Gracias por los amigos de la universidad, gracias por recibirme como uno más, agradezco
a aquellos que olvidaron lo que era dormir para entregar un trabajo o para festejar.
Gracias a las personas que han creído en mis capacidades con respecto a lo laboral,
especialmente a los que comparten diariamente en Alfa Laval, gracias por hacer de esta
empresa un mejor lugar donde trabajar, gracias por sus constantes preocupaciones, por los
conocimientos entregados y por el apoyo dado de forma desinteresada.
Gracias a los profesores y técnicos de la universidad, por enseñarme que la teoría no sirve
sin la práctica.
iv
Gracias Paulina por tu espontaneidad, por mostrarme que el mundo puede ser mucho más
alegre cada día.
Gracias Natita por enseñarme que la vida es sumamente simple y que las preocupaciones
son solo trabas para el crecimiento.
Gracias Denisse por ser la persona que siempre ha creído en mí, gracias por tu apoyo,
gracias por todos los buenos momentos que seguiremos viviendo, gracias por tu amor, gracias
por recordarme que es bueno ser un niño a veces.
Gracias a la familia Jeria-Heitmann, por acogerme en su alero sin exigir nada a cambio,
gracias por compartir conmigo la familia que han formado, gracias por compartir su felicidad.
Gonzalo gracias por motivarme a conocer las bellezas de nuestro país, por ser el amigo
que siempre ha estado en los momentos de apuro y con el que comprendí que nunca hay que
apresurar las cosas, simplemente las cosas ocurren cuando tienen que ocurrir. Al final siempre
habrá alguien que te recoja.
Y gracias a la vida por enseñarme que nunca debemos quejarnos de la vida que nos tocó
vivir, ya que al fin de cuentas nosotros decidimos como vivirla.
GRACIAS A TODOS
ALBERTO
v
AGRADECIMIENTOS EN CONJUNTO
Al profesor Eduardo Castro Montero, patrocinante y director de la memoria, gracias por su
gran sabiduría, conocimiento y apoyo desinteresado. Gracias por poner piedras en nuestro
camino que más que dificultades, nos sirvieron para ver la vida siempre desde un punto más
alto
Al profesor Luis Puente Díaz, director de la memoria, gracias por acercarnos e interesarnos
en la Stevia, por su conocimiento y por su ayuda con la memoria.
A Don Carlos, técnico del laboratorio, gracias por su gran ayuda y apoyo durante los
últimos años de estudio. Gracias por su tiempo, paciencia y por siempre tener una palabra de
aliento.
A Claudio Rojas, gerente de Manto Verde, gracias por acercarnos a la idea de
industrialización de la Stevia, por entregarnos conocimientos de ésta y por su apoyo con la
materia prima.
A Claudio Mañes, gracias por facilitarnos las plantas de Stevia, con las cuales esta
memoria no se podría haber realizado.
A César Vargas, amigo de la familia, gracias por su gran ayuda, expertiz y apoyo en temas
de la memoria. Además por alentarnos siempre a ser mejores.
A Eric Echegaray y Roberto Lemus, gracias por su desinteresada ayuda con temas de la
memoria.
vi
RESUMEN
El objetivo de esta memoria fue determinar las características del secado
convectivo de las hojas de Stevia rebaudiana y estudiar la factibilidad técnicoeconómica de una planta productora de edulcorante en polvo en base a las hojas de
Stevia, las cuales poseen steviolglicósidos que son compuestos dulces (300 veces
más que el azúcar), no calóricos ni dañinos para el ser humano.
Se determinaron isotermas de sorción y se ajustaron a modelos matemáticos. El
modelo que mejor se ajustó a la isoterma a 25°C de la hoja fresca fue BET con un r2
de 0,9591, mientras que GAB fue el modelo que mejor se ajustó a las isotermas a
30°C y 40°C de la hoja fresca con un r2 de 0,9816 y de 0,9659, respectivamente, y
para la isoterma a 25°C de la hoja seca con un r2 de 0,9899.
Se realizó el secado convectivo de las hojas de Stevia hasta una humedad de
10%, mediante aire por convección forzada. El secado a 70°C tuvo una duración de 85
minutos, a 60°C fueron 95 minutos y a 50°C fueron 150 minutos.
El modelo exponencial fue el que mejor se ajustó a los datos de secado a 50°C y a
70°C con r2 de 0,997 y 0,990 respectivamente, mientras que para el secado a 60°C el
modelo que mejor se ajustó fue el cúbico con un r2 de 0,991.
Para la realización del proyecto de instalación de la planta productora de
edulcorante a base de Stevia, se evaluó la oferta y la demanda tanto nacional como
internacional, en donde la Stevia ya ocupa el 4% del mercado.
Además se determinó que el área de la planta es de 640 m2 y la capacidad
productiva de 310 toneladas de edulcorante en polvo a base de Stevia y eritritol, lo
que se traduce en 6.174.110 de cajas de 100 sobres de 0,5 g, anualmente.
Para evaluar la rentabilidad se determinó: TIR (131%), VAN ($10.075.505.856) y
PRI (0,78 años), aplicando una tasa de descuento de 17% y utilizando el precio de la
hoja de Stevia secada en túnel ($3.500). Los índices obtenidos permiten indicar que el
proyecto es rentable. A la vez que se determinó que la rentabilidad del proyecto se ve
afectada por el precio de la hoja seca de Stevia.
vii
CONVECTIVE DRYING STUDY OF STEVIA REBAUDIANA LEAVES AND
TECHNICAL - ECONOMIC FEASIBILITY OF A PRODUCTION PLANT OF POWDER
SWEETENER BASED IN STEVIA REBAUDIANA LEAVES.
ABSTRACT
The objective of this work was to determine the characteristics of convective drying
of Stevia rebaudiana leaves and study the technical and economic feasibility of a
production plant of powder sweetener based in Stevia Rebaudiana leaves. The leaves
has steviolglicosides, sweet compounds (300 times sucrose), non caloric and not
harmful to humans.
Sorption isotherms were determined and fitted to mathematical models. BET was
the best model which fitted to 25°C isotherm of fresh leaves (r2 = 0.9591) and for dry
leaves, at the same temperature, GAB was the best fit (r2 = 0.9816). GAB also fitted to
30°C (r2 = 0.9659) and 40°C (r2 = 0.9899) in fresh leaves isotherms.
Convective drying was performed in Stevia leaves until 10% moisture, through
forced convection air. Drying at 70°C lasted 85 min, while at 60°C and 50°C, were 95
and 150 minutes, respectively.
Exponential model was the best model which fitted to 50°C and 70°C drying curves
2
(r = 0.997 and 0.990, respectively). Cubic model was the best model which fitted to
60°C drying curve (r2 = 0.991).
To evaluate the feasibility of a production plant of powder sweetener based in
Stevia leaves, the supply and demand, local and international, was assessed. Stevia
already occupies 4% of the market
The production plant area is 640 m2 and the capacity is 310 tons of powder
sweetener based in Stevia leaves mixed with erythritol, this means 6,174,110 boxes
with 100 sachets each one (0.5 g/sachet) annually.
For
profitability´s
measurement
were
determined
IRR
(131%),
NPV
($
10,075,505,856) and PRI (0.78), as indicators, applying a discount rate of 17%
and using the dried, in tunnel, Stevia leaves value ($3,500). The indicators obtained
suggest that the project is profitable. While it was determined that the project´s
profitability is affected by the price of Stevia dried leaves.
viii
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ............................................................................... 1
CAPÍTULO II: ANTECEDENTES GENERALES Y MARCO TEÓRICO ................... 3
2.1
ANTECEDENTES DE LA STEVIA REBAUDIANA BERTONI .................................... 3
2.1.1
Compuestos químicos de las hojas..................................................... 4
2.1.2
Perfil químico nutricional de las hojas ................................................. 4
2.1.3
Propiedades de los steviolglicósidos ................................................... 5
2.1.4
Rendimiento agrícola .......................................................................... 5
2.1.5
Reglamentación y toxicidad ................................................................ 6
2.2
MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 7
2.2.1
Secado por aire caliente ....................................................................... 7
2.2.2
Isotermas de sorción ............................................................................ 7
2.2.3
Estudio de mercado .............................................................................. 8
2.2.4
Estudio de factibilidad técnico-económica............................................. 8
CAPÍTULO III: HIPÓTESIS Y OBJETIVOS ........................................................... 10
3.1
HIPÓTESIS ................................................................................................. 10
3.2
OBJETIVO GENERAL.................................................................................... 10
3.3
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 10
CAPÍTULO IV: MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................... 11
4.1
MATERIALES ............................................................................................... 11
4.1.1
Materia prima ...................................................................................... 11
4.1.2
Reactivos químicos ............................................................................ 11
4.1.3
Equipos e instrumentos ..................................................................... 11
4.2
MÉTODOS ................................................................................................. 12
4.2.1
Mediciones iniciales de las hojas frescas de Stevia ........................... 12
4.2.2
Determinación de humedad inicial de las hojas de Stevia.................. 12
4.2.3
Determinación de isotermas .............................................................. 13
ix
CAPÍTULO V: RESULTADOS ............................................................................... 18
5.1
DIMENSIONES Y AW DE LA HOJA FRESCA STEVIA. .......................................... 18
5.2
HUMEDAD INICIAL HOJA FRESCA STEVIA. ...................................................... 18
5.3
DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE DESORCIÓN Y ADSORCIÓN....................... 19
5.4
MODELADO DE ISOTERMAS. ......................................................................... 20
5.5
SECADO DE HOJAS DE STEVIA ...................................................................... 22
5.6
MODELADO DE CURVAS DE SECADO ............................................................. 26
5.7
ESTUDIO DE MERCADO ............................................................................... 28
5.7.1
Análisis del producto: ........................................................................ 28
5.7.2
Análisis de la demanda: .................................................................... 29
5.7.3
Análisis de la oferta: ......................................................................... 32
5.8
FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA ............................................................ 33
5.8.1
Estudio técnico .................................................................................. 33
5.8.2
Estudio económico ............................................................................ 41
CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES .......................................................................... 46
CAPÍTULO VII: BIBLIOGRAFÍA ............................................................................ 48
ANEXOS…………………………………………………………………………………..57
x
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Hojas y flores de la planta Stevia rebaudiana Bertoni........................ 3
Ilustración 2: Hojas de Stevia fresca .................................................................... 12
Ilustración 3: Representación isotermas. .............................................................. 13
Ilustración 4: Sistema de secado por convección forzada. ................................... 15
Ilustración 5: Hojas de Stevia secas 10% humedad base seca. ........................... 18
Ilustración 6: Mercado global de Stevia, período 2006 – 2010 ............................. 30
Ilustración 7: Mercado global de Stevia por región 2010.……..….…......................31
Ilustración 8: Diagrama de bloques del proceso productivo. ............................... ..35
Ilustración 9: Estructura organizacional de la empresa......................................... 38
xi
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1: Modelo de BET ................................................................................. 14
Ecuación 2: Modelo de GAB ................................................................................ 14
Ecuación 3: Modelo de Henderson....................................................................... 14
Ecuación 4: Modelo de Caurie ............................................................................. 14
Ecuación 5: Modelo Smith .................................................................................... 14
Ecuación 6: Modelo Oswin ................................................................................... 14
Ecuación 7: Modelo Bradley ................................................................................. 14
Ecuación 8: Porcentaje de error medio relativo .................................................... 14
Ecuación 9: Error cuadrático medio...................................................................... 14
Ecuación 10: Coeficiente de correlación lineal ....................................................... 14
Ecuación 11: Humedad en base seca .................................................................... 15
Ecuación 12: Humedad en base humeda ............................................................... 15
Ecuación 13: Velocidad de secado......................................................................... 15
Ecuación 14: Modelo Henderson - Pabis................................................................ 16
Ecuación 15: Modelo Cúbico .................................................................................. 16
Ecuación 16: Modelo Exponencial.......................................................................... 16
Ecuación 17: Razón de humedad........................................................................... 16
Ecuación 18: Difusividad efectiva ........................................................................... 16
Ecuación 19: Ecuación de Arrhenius…………………………………………………... 16
xii
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Isotermas de desorción a 25°C, 30°C, 40°C. ......................................... 19
Gráfico 2: Isoterma de desorción y adsorción a 25°C. ............................................ 20
Gráfico 3 Curvas de secado de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C. ................... 23
Gráfico 4: Velocidad de secado de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C. ............. 24
Gráfico 5: Relación de humedad versus tiempo a 50°C, 60°C y 70°C. ................... 24
Gráfico 6. Logaritmo de la relación de humedades versus tiempo.......................... 25
Gráfico 7: Logaritmo natural de la difusividad efectiva............................................ 26
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Dimensiones (mm) y pesos (g) de hojas de Stevia. ................................. 18
Tabla 2: Resultados isoterma de desorción a 25°C. ............................................... 21
Tabla 3: Resultados isoterma de desorción a 30°C y 40°C. ................................... 22
Tabla 4: Difusividad efectiva de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C. .................. 26
Tabla 5: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 50°C. 27
Tabla 6: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 60°C. 27
Tabla 7: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 70°C. 27
Tabla 8: Disponibilidad azúcar refinada. ................................................................. 29
Tabla 9: Mercado global de edulcorantes nutritivos y no nutritivos ......................... 31
Tabla 10: Detalle de los trámites que presta la Seremi Región de Coquimbo ........ 39
Tabla 11: Valor por kilo de hoja seca de Stevia ...................................................... 41
Tabla 12: Inversiones planta productora de edulcorante a base de Stevia. ............ 42
Tabla 13: Valores anuales de ingreso, costo y gasto.............................................. 43
Tabla 14: Índices económicos obtenidos ................................................................ 44
xiv
NOMENCLATURA
Símbolo
aw
A
A, B
a, b, c, d, k
C
Deff
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K
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L
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Xo
Xe
∆X
∆t
Significado
Actividad de agua
2
Área de secado (cm )
Constante de Smith, Oswin y Bradley, características para cada alimento
Parámetros del modelo de Henderson-Pabis, exponencial y cúbico.
Constante de BET; Constante de GAB
2
Difusividad efectiva (m /s)
2
Factor de Arrhenius (m /s)
Energía de activación (kJ/mol)
Porcentaje de error
Constante de Henderson
Constante de GAB
Pendiente de gráfico ln (MR) versus tiempo
Espesor del producto a secar (mm)
Masa sólido seco (g)
Razón de humedades
Constante de Henderson
Número de observaciones
Velocidad de secado ( g agua/g sólido seco* tiempo)
Constante de los gases (joule/mol*temperatura)
Error cuadrático medio
Coeficiente de correlación
Tiempo (min)
Temperatura en °K
Constante de Caurie, característica del material
Contenido de humedad calculada a partir de cada modelo
(g agua/g sólido seco)
Humedad de la monocapa (g agua/g sólido seco)
Contenido de humedad de seguridad que proporciona la máxima estabilidad al
alimento deshidratado durante el almacenamiento.
Contenido de humedad experimental (g agua/g sólido seco)
Promedio de contenido de humedad experimental
(g agua/g sólido seco)
Contenido de humedad (g agua/g sólido seco)
Contenido de humedad (g agua/g sólido total)
Humedad al tiempo t (g agua/g sólido seco)
Humedad inicial (g agua/ g sólido seco)
Humedad de equilibrio (g agua/ g sólido seco)
Diferencia de humedad
Diferencia de tiempo
xv
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
El azúcar es un edulcorante de origen natural constituido fundamentalmente por
sacarosa que se obtiene mediante extracción acuosa de la caña de azúcar (Saccharum
officinarum L) o la remolacha azucarera (Beta vulgaris) (Quiroz, 2003).
Es muy
utilizada a nivel doméstico (repostería, edulcorante de bebidas calientes o frías, entre
otros) así como en la industria alimentaria, en donde cumple con una serie de roles
tecnológicos tales como, edulcorante, acción conservante, confiere características
organolépticas a productos horneados, sirve de sustrato para la fermentación,
modificador de textura, agente de volumen, entre otros (WSRO, 2010). Sin embargo el
consumo de azúcar como edulcorante está asociado a una serie de enfermedades
tales como la obesidad, diabetes, enfermedades del corazón y de tipo degenerativas
(Malik, 2006; Schulze, 2004; Welsh, 2010).
Frente a esta situación es que desde hace algunos años se inició la búsqueda del
edulcorante “ideal” que reemplace el azúcar, el cual debe ser totalmente inocuo, de
sabor dulce, que se perciba y desaparezca rápidamente, muy parecido al del azúcar
común, sin sabor residual y resistente a las condiciones del alimento y del tratamiento
a los que se someterá (Rodríguez, 2007).
Actualmente es habitual encontrar en el mercado decenas de productos
edulcorantes, naturales y artificiales, que han transformado a este sector en una de las
áreas más dinámicas dentro de los aditivos alimentarios (Solà, 2010). A la vez, aún no
existe consenso dentro de la comunidad científica sobre la total inocuidad de estos
productos, principalmente de los edulcorantes artificiales, pudiéndose encontrar
referencias que indican que la ingesta es segura para la salud humana y otras en las
que es posible asociar la ingesta de edulcorantes a enfermedades (SERNAC, 2003;
Bosetti, 2009).
1
Es en este contexto en que la Stevia (Stevia Rebaudiana Bertoni), y los
steviolglicósidos, compuestos dulces de esta hoja, aparecen como una gran
alternativa, debido a su elevado poder edulcorante y nulo aporte calórico. El consumo
de Stevia tiene efectos beneficiosos en la salud, entre los que se destacan la actividad
antibacterial bucal, hipoglicémica, hipotensora y anti-estrés (Soejarto, 2002; Goyal,
2010; Thomas, 2010).
Debido a sus características como edulcorante y el atractivo económico que ésta
tiene, se observa a nivel internacional un aumento en el cultivo, industrialización y
consumo de hojas de Stevia, siendo China el mayor productor de edulcorante, seguido
por Paraguay, mientras que entre los mayores consumidores se encuentran China,
Japón y Corea. La Stevia se comercializa en diversos formatos, algunos con un menor
procesamiento, como lo son las hojas secas trituradas y los con mayor procesamiento
tales como tabletas, polvo y líquida (Zenith, 2011; Zubiate, 2007; Rajagopal, 2009).
En nuestro país es posible encontrar Stevia proveniente principalmente desde Asia
y Latinoamérica como extracto, líquido, en polvo, tabletas y como hoja seca. También
es posible encontrar cultivos de esta planta en fase experimental, principalmente en la
quinta región y una empresa productora de cristales y concentrado de Stevia (Sainz,
2010; Rojas , 2010).
Con la presente memoria se pretende aportar información científica sobre el
proceso de secado de las hojas de Stevia, en túnel, cultivadas en nuestro país y
entregar directrices para la industrialización nacional de este edulcorante.
2
CAPÍTULO II: ANTECEDENTES GENERALES Y MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la Stevia Rebaudiana Bertoni
La Stevia Rebaudiana Bertoni o Ka'a He'ê (nombre nativo), es una planta de origen
paraguayo, que junto a otras 154 variedades conforman el género Stevia (Anexo 1).
La Stevia Rebaudiana Bertoni es la única especie que contiene componentes dulces
en sus hojas, denominados de forma genérica como steviolglicósidos (Rojas , 2009).
La Stevia es una planta arbustiva que alcanza una altura de 40 a 100 cm.
(CAPASTE, 2010). Posee una raíz perenne, abundante, que apenas ramifica y no
profundiza (Rojas , 2009). Sus
tallos poseen un alto contenido de antioxidantes,
siendo 5 a 6 veces mayor que el del té verde (Tokohu, 2010).
En la Ilustración 1 se observan las hojas y flores de la Stevia. Las primeras son de
un color verde intenso, pequeñas y en promedio miden 5 cm de largo y 2 cm de
ancho. Las flores son hermafroditas y se ubican en capítulos pequeños de 7-15 mm
(CAPASTE, 2010). El fruto es un aquenio delgado y plumoso que es fácilmente
diseminado por el viento (Rojas, 2009).
Ilustración 1: Hojas y flores de la planta Stevia Rebaudiana Bertoni.
3
La hoja seca de Stevia contiene de 9 a 13% de steviolglicósidos, el tallo posee
menos de 3% y la raíz no contiene. En la inflorescencia el contenido de
steviolglicósidos en las hojas se reduce al 3% del peso seco (Rojas, 2009).
El cultivo de Stevia se considerada un cultivo perenne, siempre y cuando se
realicen las prácticas adecuadas para mantener el sistema radicular y así lograr un
rebrote luego de cada cosecha (FUNCFOS, 2010). En promedio posee un período
vegetativo de tres meses donde alcanza la madurez fisiológica, disminuye el contenido
de fibra, se acentúa el color verde y aroma, y debido a la aparición de steviolglicósidos
las hojas presentan un mayor dulzor (Rojas, 2009) .
2.1.1
Compuestos químicos de las hojas
Las hojas de Stevia de la variedad criolla, poseen un alto contenido de clorofila, (3
veces mayor al de otras plantas) y se postula que es el precursor en la síntesis de los
steviolglicósidos (Anexo 2). Dentro de estos compuestos se encuentran el steviósido
(6-8% de la hoja seca) y rebaudiósido A o reb-A (3-5% de la hoja seca), éste último
más dulce y menos amargo que el primero, el cual se intenta aislar para su uso en
edulcorantes. Se encuentran en menor cantidad los ent-kaureno glicósidos, algunos
compuestos no dulces y otros que proporcionan sabor desagradable y amargo (Rojas,
2009) (Anexo 3), los cuales deben ser removidos durante la elaboración del
edulcorante (Olmedo, 2009; Kennelly, 2002; Stevia-paraguay, 2010; Pasquel, 1999).
2.1.2
Perfil químico nutricional de las hojas
El perfil químico proximal de la hoja de Stevia seca, revela presencia de proteínas,
grasa, carbohidratos y micronutrientes (Anexo 4), nutrientes que en conjunto aportan
275 kcal/100 g de hoja seca, valor calórico 31% menor que el de la sacarosa (Rojas,
2009).
4
2.1.3

Propiedades de los steviolglicósidos
Origen natural: Los steviolglicósidos se producen en las hojas de Stevia de donde
se aíslan y purifican sin realizar modificaciones químicas (FDA, 2010).

Contenido calórico: Los steviolglicósidos no se metabolizan ni se acumulan en el
cuerpo por lo que su aporte calórico es nulo (FDA, 2010).

Dulzor: El reb-A es 250 a 450 veces más intenso en dulzor que la sacarosa,
mientras que el steviósido lo es unas 300 veces más (Kinghorn, 2002).

Solubilidad: El steviósido es menos soluble en agua que el reb-A, 1 gramo de
steviósido se disuelve en 800 ml de agua, mientras que 1 gramo de reb-A se
disuelve en 80 ml de agua (Kinghorn, 2002).

Estabilidad: A 120°C el steviósido es estable por una hora, sin embargo sobre
140°C se observó su descomposición (Kroyer, 1999). Por otra parte el reb-A es
estable
en
distintas
matrices
alimentarias
durante
varias
semanas
de
almacenamiento. En el caso de las bebidas carbonatadas el reb-A es estable en
los rangos de pH de 4 a 6 y a temperaturas de 5°C a 25°C, hasta por 26 semanas
(Cargill, 2008).
2.1.4
Rendimiento agrícola
La producción de steviolglicósidos depende en gran medida de la especie y
fenotipo de la planta de Stevia con la que se trabaje, es por esto que se ha
determinado que la reproducción a través de esquejes es el método más
recomendado para este tipo de cultivo, pues se obtiene una plantación uniforme con
iguales características a las plantas madre (Zubiate, 2007).
Con el fin de obtener plantas de alta calidad se han realizado estudios de
poliploidía (Brucher, 1974; Utsunomiya, 1977; Sato, 1975), con los cuales se
obtuvieron aumentos de productividad en términos de masa foliar, mayor contenido de
steviolglicósidos, reducción de área de cultivo y costos de producción (Handro, 1994).
En promedio es posible cultivar 140.000 plantas por hectárea con un rendimiento por
cosecha de 2.500 a 3.000 kilos de hoja seca por hectárea (Rojas , 2009).
5
Dentro de las variedades mejoradas se encuentra la “Morita”, que presenta mayor
rendimiento de hojas y mayor contenido de reb-A que la variedad criolla, es así que de
un total de 10% de steviolglicósidos, el 70-80% corresponde a reb-A, haciendo que
las hojas secas sean más dulces y menos amargas (FUNCFOS, 2010; Rojas, 2009).
Otra variedad mejorada es la Eireté, que presenta un aumento del contenido total de
steviolglicósidos, con valores sobre un 10%, alcanzando incluso un 20%, y un 7% más
de reb-A, con respecto a la variedad criolla (Casaccia, 2006).
2.1.5
Reglamentación y toxicidad
La FDA permitió en 1995 el uso de la Stevia como suplemento dietético y en
diciembre del 2008 aprobó su uso en alimentos y bebidas asignándole la categoría de
GRAS (generalmente reconocido como seguro), lo cual fue respaldado por una serie
de estudios toxicológicos que demostraron que los steviolglicósidos no afectan a la
salud de las personas (Kraska, 2009). Por otra parte, estudios realizados en animales
indican que la ingesta de distintas dosis de steviolglicósidos no influye en el
crecimiento, no altera los exámenes hematológicos ni bioquímicos de sangre y no
provocan cambios en el peso de órganos. En relación a los efectos sobre la
reproducción, la administración de extracto acuoso de Stevia no afecta la actividad
sexual, la fertilidad y tampoco las características de los órganos reproductivos
(Kinghorn, 1985). En cuanto a la ingesta límite de steviolglicósidos se determinó una
dosis letal 50% (LD50) de 15 gramos por kilogramo de peso corporal (McMurty, 2009).
En junio de 2008 la JEFCA (comité mixto FAO/OMS de Expertos en Aditivos
Alimentarios), estableció que los edulcorantes que contengan hasta un 95% de
steviolglicósidos (reb-A y steviósido principalmente) son seguros para el consumo
humano en un rango de 0-4 mg/kg peso/día (Williams, 2009).
En Chile, el Ministerio de Salud incorporó al artículo 146 del Reglamento Sanitario
de los Alimentos, el cual hace referencia al uso de edulcorantes no nutritivos, el
edulcorante a base de Stevia dentro de la lista de productos permitidos fijando la
ingesta diaria permitida de 4 mg/kg peso (MINSAL, 2010).
6
2.2
Marco Teórico
2.2.1 Secado por aire caliente
El secado de alimentos se define como el proceso unitario en el cual se aplica
calor, con el fin de remover el agua presente por evaporación. El principal propósito
del secado es extender la vida útil de los alimentos mediante la reducción de la
actividad de agua (Fellows, 2000).
El secado por aire caliente se lleva a cabo mediante dos mecanismos de
transferencia de calor, la conducción y principalmente la convección. En este último se
utiliza el movimiento de los fluidos para transferir calor, el que puede ocurrir de forma
natural o forzada. En la convección natural el movimiento del fluido se genera debido a
las diferencias de densidad producidas por las diferencias de temperatura, mientras
que en la convección forzada, el movimiento es producido por medios externos, tales
como, bombas, agitadores o ventiladores. La convección es el principal modo de
transferir calor entre la superficie de un material sólido y el fluido circundante (Wang,
2006; Knudsen, 1999).
2.2.2 Isotermas de sorción
La actividad de agua (aw) es la medida del estado del agua en los alimentos y es
un concepto comúnmente usado en correlación con la estabilidad microbiológica de
los alimentos, ya que permite el desarrollo de límites generales dentro de rangos
donde ciertos tipos de reacciones deteriorativas son dominantes (Labuza, 2007; FAO,
2011).
Para entender la influencia del agua en un sistema alimentario se requiere de la
determinación de niveles de aw correspondientes al rango del contenido de agua al
cual el alimento está sujeto. Existen muchos valores críticos de actividad de agua
correspondientes a los valores mínimos y máximos para las reacciones químicas y
físicas (Labuza, 2007).
7
Las isotermas de sorción ilustran el estado estacionario del agua retenida por los
sólidos en función de la aw o de la humedad relativa de almacenamiento a una
temperatura constante (Labuza, 1968). Así las isotermas son una herramienta
extremadamente útil debido a que pueden ser usadas para predecir que reacciones
disminuirán la estabilidad del alimento a una determinada temperatura, permiten la
selección de ingredientes para cambiar la aw con el fin de aumentar la estabilidad y
pueden ser usadas para predecir ganancia o pérdida de humedad (Bell, 2000).
2.2.3
Estudio de mercado
El estudio de mercado de un proyecto consiste en estimar el total de los productos
o servicios provenientes de una nueva empresa que los consumidores estarían
dispuestos a adquirir a determinados precios. Este total representa la demanda desde
el punto de vista del proyecto y se especifica para un período de tiempo determinado.
Dado que la magnitud de la demanda variará en general con los precios, interesa
hacer la estimación para distintos precios y tener presente la necesidad de que el
empresario pueda cubrir los costos de producción con un margen razonable de
utilidad. El estudio del mercado no sólo sirve para determinar la demanda, la oferta,
los precios y los medios de publicidad, sino también es la base preliminar para los
análisis técnicos, financieros y económicos de un proyecto (Ramírez, 2009).
2.2.4
Estudio de factibilidad técnico-económica
El estudio de factibilidad técnica evalúa en detalle el cómo se producirá,
almacenará y distribuirá un producto o servicio a realizar. Entre los factores que se
deben considerar se encuentran los materiales, la mano de obra, el transporte, la
localización, el equipamiento, los recursos energéticos, la conectividad, etc. Además
es una excelente herramienta para la solución de problemas y planificación a largo
plazo, sirviendo como evidencia de si un negocio puede ponerse en marcha y
mantenerse en el tiempo (Wolfe, 2011).
8
En el estudio de factibilidad económica se debe dar primordial importancia a la
optimización de todos aquellos aspectos que dependen de una decisión de tipo
económico como, por ejemplo, el tamaño, la tecnología, la localización del proyecto,
entre otros (Sapag, 2003). Dentro de este estudio se encuentra el estudio de viabilidad
financiera que requiere de la cuantificación de los beneficios y costos monetarios que
ocasionaría el proyecto si fuese implementado, en forma ordenada y sistemática. La
evaluación del proyecto se realiza sobre los flujos de caja proyectados para una
determinada cantidad de períodos, determinando así su rentabilidad (Sapag, 2003)
9
CAPÍTULO III: HIPÓTESIS Y OBJETIVOS
3.1 Hipótesis

Las características del secado convectivo de las hojas de Stevia, afectan la
factibilidad técnico-económica de una planta productora de edulcorante a base
de hojas secas de Stevia.
3.2 Objetivo general

Determinar las características del secado convectivo, en túnel, de las hojas de
Stevia Rebaudiana y estudiar la factibilidad técnico-económica de una planta
productora de edulcorante a base de hojas secas de Stevia Rebaudiana.
3.3 Objetivos específicos

Establecer las isotermas de sorción de las hojas de Stevia y ajustarlas a
diferentes modelos matemáticos para describir su comportamiento.

Establecer las curvas de secado de las hojas de Stevia y ajustarlas a diferentes
modelos matemáticos para poder predecir el comportamiento del secado de las
hojas de Stevia.

Establecer el proceso productivo, diseñar la planta elaboradora y determinar
los equipos necesarios para producción de edulcorante a base de hojas de
Stevia.

Determinar costos, gastos y utilidades para evaluar rentabilidad del proyecto.
10
CAPÍTULO IV: MATERIALES Y MÉTODOS
4.1
Materiales
4.1.1
Materia prima
Para las isotermas de sorción y el secado se utilizaron hojas frescas de Stevia
(Stevia Rebaudiana Bertoni; variedad Eireté). Las semillas provenientes de Paraguay
fueron plantadas y cultivadas en la quinta región, en el sector rural de Limache, luego
los plantines fueron reubicados y cosechados en Santiago.
4.1.2

Reactivos químicos
Sales saturadas (Anexo 5) utilizadas en isotermas según Labuza (1984) y Wolf
(1985).

Timol: fungicida que evita desarrollo de moho en muestras de aw>0,7 (Vega,
2005).
4.1.3
Equipos e instrumentos

Balanza de precisión Radwag, serie WTB, fabricada en España.

Balanza analítica AE ADAM, modelo AFA-120LC, fabricada en Estados Unidos.

Estufa W.C Heraeus GMBH HANAU, tipo TU 60/60, Nº 2760-02, fabricada en
Alemania.

Estufa Heraeus, tipo KB 600, Nr 0.2618, fabricada en Alemania.

Secador por convección forzada fabricado en la Facultad de Ciencias Químicas y
Farmacéuticas (Universidad de Chile), rango de temperatura del aire, 20°C a 80°C,
velocidad del aire 0,7 - 2 m/s.

Notebook Samsung, modelo R580, fabricado en Corea.

Higrómetro de pelo, Durotherm, fabricado en Alemania
11
4.2
Métodos
4.2.1
Mediciones iniciales de las hojas frescas de Stevia
Las hojas cosechadas en el mes de agosto, provenían de plantines cultivados en
Santiago desde mayo. Estas hojas se limpiaron en forma manual eliminando materias
extrañas y se registró el peso y las dimensiones de 5 hojas (Ilustración 2). Al mismo
tiempo se midió la aw de la hoja con un higrómetro de pelo.
Ilustración 2: Hojas de Stevia fresca
4.2.2
Determinación de humedad inicial de las hojas de Stevia
El contenido de humedad inicial de las hojas se determinó en triplicado, según el
método 930.15 de la A.O.A.C (A.O.A.C, 1998). Se registró el peso inicial de las hojas
por medio de una balanza analítica, luego las hojas fueron llevadas a la estufa a 105°C
en cápsulas metálicas y al cabo de 2 horas se retiraron de la estufa, se llevaron a un
desecador por 2 horas y tras su enfriamiento se registró el peso final de las hojas
secas mediante una balanza analítica.
12
4.2.3
Determinación de isotermas
Las isotermas de desorción a 25°, 30° y 40°C para la hoja fresca y la isoterma de
adsorción a 25°C para la hoja seca, fueron determinadas de acuerdo al método
gravimétrico estático (Spiess, 1983; Labuza, 1984) (Ilustración 3). Las muestras se
trabajaron en duplicado para cada temperatura y pesaron en promedio 0,3500 g
(±0,0001). Se situaron en canastillos metálicos y luego se colocaron en frascos de
vidrio herméticos junto a las soluciones salinas saturadas (Anexo 5), preparadas de
acuerdo al método propuesto por Labuza (1984) y el proyecto COST 90 (Wolf, 1985). A
los frascos se les adicionó timol. Las muestras se mantuvieron en la estufa, registrando
su peso cada dos días hasta que la diferencia entre los pesos fue constante.
Ilustración 3: Representación isotermas.
13
4.2.4
Modelado de las isotermas de sorción
Los datos obtenidos en las diferentes mediciones fueron graficados y luego
ajustados mediante el software Microsoft Excel 2010 a los siguientes modelos: BET
(Ecuación 1), GAB (Ecuación 2), Henderson (Ecuación 3), Caurie (Ecuación 4), Smith
(Ecuación 5), Oswin (Ecuación 6) y Bradley (Ecuación 7) (Gálvez, 2006).
La calidad del ajuste de los modelos propuestos se evaluó a través del porcentaje
de error medio relativo (%E) (Ecuación 8), el error cuadrático medio (RMSE) (Ecuación
9) y del coeficiente de correlación lineal (r2) (Ecuación 10) (Gálvez, 2007).
Ecuación 1
(
)
(
(
)
)
(
(
)
)
Ecuación 2
(
(
⌊
)
[
(
)
⁄
(
)
]
Ecuación 4
(
)
Ecuación 5
(
)
Ecuación 6
)
Ecuación 7
( )
∑
√∑
∑
∑
Ecuación 3
⌋
(
(
|
|
(
)
̅ )
̅ )
Ecuación 8
Ecuación 9
Ecuación 10
14
4.2.5
Determinación de curvas de secado
El secado de las hojas se realizó en un secador de convección forzada utilizando
aire caliente a tres temperaturas (50ºC, 60ºC, 70ºC) y a una velocidad del aire de 0,9 ±
0,1 m/s, hasta alcanzar una humedad comercial del 10% (Rojas, 2009). Para el registro
de los pesos de la muestra, se utilizó una balanza conectada a un computador
mediante un cable R232 y a través del software R232 Data Logger se consiguió
registrar el peso de la muestra en forma continua. Las muestras de hojas frescas de
Stevia (3 ± 0,5 g) fueron puestas en una rejilla de aluminio de dimensiones 28 x 10,5 x
0,7 cm, la que mediante soportes se conectó a la balanza, pudiendo así registrar los
pesos en forma instantánea (Ilustración 4).
Ilustración 4: Sistema de secado por convección forzada.
Una vez registrados los pesos se calculó la humedad en base seca y húmeda
(Ecuaciones 11 y 12) y la velocidad de secado (Ecuación 13) para cada temperatura
(Gálvez, 2007).
Ecuación 11
Ecuación 12
(
)
Ecuación 13
15
4.2.6
Modelado del secado
Los datos de humedad obtenidos en el proceso de secado fueron graficados y
ajustados, a los modelos de Henderson-Pabis (Ecuación 14), cúbico (Ecuación 15) y
exponencial (Ecuación 16), mediante los software Datafit 8.2 y Sigmaplot 11.0 (Gálvez,
2007).
La calidad del ajuste de los modelos propuestos se evaluó a través del porcentaje
de error medio relativo (%E) (Ecuación 8), del error cuadrático medio (RMSE)
(Ecuación 9) y del coeficiente de correlación lineal (r2) (Ecuación 10). Además se
calculó la razón de humedad (Ecuación 17) con la cual se determinó la difusividad
efectiva en la hoja de Stevia (Ecuación 18), la energía de activación y el factor de
Arrhenius (Ecuación 19) (Kadam, 2011).
(
)
Ecuación 14
Ecuación 15
(
)
(
(
Ecuación 16
)
Ecuación 17
)
(
)
(
Ecuación 19
)
[
⁄
Ecuación 18
]
Ecuación 20
16
4.2.7
Estudio de mercado y factibilidad técnico-económica
Para realizar el estudio de mercado se analizó la oferta y la demanda de los
edulcorantes, para lo cual se revisó la bibliografía disponible y se analizaron
estadísticas de comercio nacional e internacional de los edulcorantes, centrándose en
los edulcorantes a base de hojas de Stevia (Zenith, 2011). Se revisaron los
edulcorantes disponibles en supermercados y tiendas de Santiago (Cencosud, 2011;
Walmart, 2011), y se realizaron entrevistas a empresarios involucrados con la
producción y comercialización de hojas y edulcorantes a nivel nacional, con el fin de
entregar una visión completa tanto del mercado de la hoja de Stevia como de los
edulcorantes elaborados a base de ésta (Sainz, 2010; Rojas, 2010; Sapag, 2003).
Para el estudio técnico se revisó la información disponible en textos, se realizaron
reuniones con proveedores de equipos e insumos y se visitaron campos de cultivos de
Stevia y plantas procesadoras de hojas, con el fin de establecer el proceso productivo
para la obtención del edulcorante, seleccionar los equipos necesarios para llevar a
cabo este proceso, establecer las dimensiones de la planta, determinar la localización
geográfica del proyecto y desarrollar de la ingeniería básica del mismo, (Sapag, 2003).
Para el estudio de factibilidad económica del proyecto de la planta productora de
edulcorante a base de hojas secas de Stevia, se realizó una revisión bibliográfica que
incluyó temas tales como, precio y disponibilidad de materias primas (Rojas, 2010),
precios de venta del edulcorante (Cencosud, 2011; Walmart, 2011) y todos los costos y
gastos necesarios para poner en marcha el proyecto y mantenerlo a lo menos por
cinco años, tiempo para el cual se establecieron los flujos de ingresos y egresos
(Aspee, 2011; Vargas, 2011), pudiéndose determinar la rentabilidad del proyecto
mediante los índices de rentabilidad, VAN, TIR y PRI (Sapag, 2003). Estos índices
fueron calculados con el precio de hoja de Stevia secada en túnel y a modo de
comparación se calcularon con los precios de compra de la hoja seca de Stevia,
secada en cancha y mediante secado solar.
17
CAPÍTULO V: RESULTADOS
5.1
Dimensiones y aw de la hoja fresca Stevia.
Las dimensiones y el peso de las hojas frescas de Stevia se muestran en la Tabla
1. El espesor de la hoja fue 0,14 ± 0,01 mm, el largo 40,16 ± 2,78 mm y el ancho 14,94
± 1,87 mm, mientras que el peso fue 0,1318 ± 0,0104 g, (Tabla 1). Las dimensiones de
las hojas son un 40% inferiores a lo citado (CAPASTE, 2010), lo que puede deberse a
que los plantines aún no se encontraban en su etapa máxima de madurez y/o a que
las hojas tenían un menor desarrollo debido a las condiciones climáticas de Chile.
Tabla 1: Dimensiones (mm) y pesos (g) de hojas de Stevia.
Muestra
1
2
3
4
5
Promedio
Espesor (mm)
0,15
0,14
0,15
0,13
0,14
0,14 ± 0,01
Largo (mm)
43,00
40,58
36,00
42,18
39,02
40,16 ± 2,78
Ancho (mm)
13,9
12,5
17,2
16,3
14,8
14,94 ± 1,87
Peso (g)
0,125
0,1355
0,1172
0,1423
0,1391
0,1318 ± 0,0104
El valor obtenido de aw de la hoja fresca de Stevia fue 0,94 ± 0,01; el cual se
encuentra por debajo de los valores típicos de productos vegetales (Schmidt, 2007).
5.2
Humedad inicial hoja fresca Stevia.
Se determinó una humedad en base húmeda de 84,14% ± 0,01% (5,30 ± 0,01 g
agua/g sólidos secos) y 15,86% ± 0,01% de sólidos secos (Ilustración 5).
Ilustración 5: Hojas de Stevia secas 10% humedad base seca.
18
5.3 Determinación de isotermas de desorción y adsorción.
En el Gráfico 1 se muestran las isotermas de desorción de las hojas de Stevia
fresca obtenidas a las 25°, 30° y 40°C. Se observa que los puntos al ser graficados,
describen una curva sigmoídea, común en alimentos con actividades de agua bajo
0,95 (Labuza, 2007), lo que concuerda con la aw obtenida experimentalmente, y que la
humedad de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura. Estos resultados
coinciden con los obtenidos en estudios de hojas de apio (Román, 2010), hojas de
menta (Ethmane, 2009 ), hojas de congorosa (Cordeiro, 2004), perejil, orégano
(García, 2007) y hojas de Stevia (Taharazako, 1985).
Xbs (g agua/g s.s)
1,60
1,40
Isoterma 40°C
1,20
Isoterma 30°C
1,00
Isoterma 25°C
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,00
0,20
0,40
aw
0,60
0,80
1,00
Gráfico 1: Isotermas de desorción a 25°C, 30°C, 40°C.
El Gráfico 2 muestra las curvas de desorción de hojas frescas y adsorción de hojas
secas de Stevia, obtenidas a 25°C. Se observa que para una misma aw la humedad
de equilibrio de la curva de desorción es mayor que la de la curva de adsorción. Este
comportamiento se conoce como fenómeno de histéresis y es frecuente en isotermas
de alimentos (Román, 2010; Labuza, 2007).
19
1,60
1,40
Xbs (g agua/g s.s.)
1,20
1,00
0,80
0,60
desorción
0,40
adsorción
0,20
0,00
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
aw
Gráfico 2: Isoterma de desorción y adsorción a 25°C.
En la curva de adsorción del Gráfico 2 se observa un importante grado de
adsorción de agua alcanzado una humedad cercana a 0,5 [
] , en un
ambiente con una humedad relativa de 22,5% (al cabo de 20 días de medición). Por
ello se deben tomar precauciones para la utilización y almacenamiento de la hoja
seca, las cuales deberán ser usadas idealmente al momento de su recepción en la
planta o enfardadas con algún material barrera al agua.
5.4
Modelado de isotermas.
En las Tablas 2 y 3 se presentan los parámetros r2, %E y RSME con los que se
evaluó la calidad del ajuste de los modelos matemáticos a 25°C, 30°C y 40°C. Las
constantes obtenidas en cada modelo se utilizaron para determinar una ecuación que
permita el ajuste a los datos experimentales (Anexo 6).
20
Al observar los valores de r2 y los índices de error de la Tabla 2, se determinó que
el modelo de BET es el que mejor se ajusta a los datos obtenidos a 25°C en la
isoterma de la hoja fresca de Stevia, mientras que GAB es el modelo que mejor se
ajusta a la isoterma de hoja seca de Stevia a 25°C, con el cual es posible estimar
humedades de equilibrio con mayor grado de exactitud.
Las humedades de equilibrio para la hoja de Stevia fresca a 25°C van desde 0,52
a 1,49 [
] y para la hoja seca desde 0,50 a 1,32 [
] (Anexo 7).
Tabla 2: Resultados isoterma de desorción a 25°C para hoja de Stevia fresca y seca.
Temperatura
25°C
Hoja fresca
25°C
Hoja seca
Modelo
2
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
r
0,9591
0,9563
0,9651
0,9404
0,8673
0,8673
0,9241
%E
4,224
4,277
5,639
5,891
10,69
10,69
8,187
RSME
0,033
0,006
0,068
0,071
0,104
0,100
0,086
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
0,9709
0,9899
0,9747
0,9772
0,8607
0,8607
0,9176
75,65
2,066
5,007
4,126
10,94
10,94
8,620
0,520
0,027
0,056
0,042
0,100
0,100
0,080
Las humedades de equilibrio obtenidas a 30°C se encuentran en el rango de 0,53
a 0,63 [
] (Anexo 8) y el modelo de GAB es el que mejor se ajusta a estos
datos (Tabla 3). En los datos obtenidos a 40°C, se observa que las humedades de
equilibrio se encuentran entre 0,11 y 0,16 [
], siendo el modelo de GAB el
que mejor se adecua para estimar humedades de equilibrio (Anexo 9).
21
Tabla 3: Resultados isoterma de desorción a 30°C y 40°C.
Temperatura
30°C
Hoja fresca
40°C
Hoja fresca
5.5
2
Modelo
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
R
0,8057
0,9816
0,9469
0,9423
0,7339
0,7339
0,8042
%E
36,84
0,562
1,160
1,054
2,172
2,172
2,299
RSME
0,219
0,005
0,008
0,008
0,016
0,016
0,016
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
0,9659
0,8888
0,9366
0,7226
0,7226
0,7784
2,162
4,218
2,930
7,124
7,127
6,301
0,004
0,008
0,005
0,011
0,011
0,011
Secado de hojas de Stevia
En el Gráfico 3 se presentan los resultados obtenidos luego de secar hojas de
Stevia hasta una humedad de 10% por medio de aire caliente a 50°, 60° y 70°C. En
este gráfico se observa que a medida que las temperaturas son más elevadas, los
tiempos de secado decrecen, alcanzando 150 minutos a 50°C, 95 minutos a 60°C y 85
minutos a 70°C. Estos resultados permiten establecer que el tiempo de secado de las
hojas de Stevia depende de la temperatura, por lo que al haber una mayor
temperatura del aire de secado, la remoción de humedad se ocurre en un menor
tiempo.
Los tiempos obtenidos son comparables con un estudio japonés realizado a hojas y
tallos de Stevia, que presentó similares resultados, 150 minutos (50°C), 120 minutos
(60°C) y 80 minutos (70°C) (Taharazako, 1985). Durante el desarrollo del secado los
valores de humedad fueron decreciendo hasta el último tercio de la curva, en donde la
humedad se acerca a la de equilibrio, describiendo un proceso normal de secado
(Toledo, 2007).
22
Xbh (g agua/g sólido húmedo)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Secado 50°C
Secado 60°C
Secado 70°C
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (minutos)
Gráfico 3 Curvas de secado de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C.
En el Gráfico 4 se muestran las velocidades de secado de las hojas de Stevia a
50°C, 60° y 70°C. Se observa que la velocidad de secado, disminuye a medida que la
humedad de la hoja decrece, lo que concuerda con los resultados obtenidos en otro
estudio de secado de hojas de Stevia realizado en Japón (Taharazako, 1985).
Durante el secado de las hojas el agua es removida desde la superficie, y a medida
que el tiempo de secado transcurre, la velocidad de secado disminuye debido al menor
contenido de agua disponible en la superficie (Toledo, 2007).
A 50°C la velocidad de secado fue menor que a las otras dos temperaturas,
mientras que la velocidad de secado a 70°C fue la mayor, por ello es posible
establecer una relación directa entre la velocidad de secado y la temperatura, es decir,
al haber una mayor temperatura las hojas de Stevia se secan más rápido. Los
resultados obtenidos fueron similares a los de un estudio japonés realizado a hojas de
Stevia y uno francés realizado en hojas de menta (Taharazako, 1985; Ethmane, 2009).
23
Nc (g agua/cm^2 * minutos)
0,20
0,15
0,10
50°C
60°C
70°C
0,05
0,00
0
1
2
3
4
5
6
Xbs (g de agua/ g sólidos secos)
Gráfico 4: Velocidad de secado de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C.
El Gráfico 5 presenta la razón de humedad en el tiempo para cada temperatura de
secado. A 70°C la razón de humedad comienza a ser constante a los 80 minutos y se
acerca a la humedad de equilibrio, mientras que en el secado a 60°C la humedad de
equilibrio se alcanza a los 90 minutos. Ambas curvas presentan comportamientos
similares entre sí pero distintas de la de 50°C en la que el equilibrio se alcanza a los
140 minutos.
1
0,9
50°C
60°C
70°C
0,8
MR ( - )
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
50
100
Tiempo (minutos)
150
Gráfico 5: Razón de humedad versus tiempo a 50°C, 60°C y 70°C.
24
Los resultados que se presentan en los Gráficos 4 y 5 concuerdan con estudios
realizados en hojas de menta y hortalizas (Kadam, 2011; García, 2007). El secado de
las hojas de Stevia hasta la humedad del 10% se produjo en el periodo decreciente de
la razón de humedades, con una alta velocidad de secado, sin embargo no alcanzaron
un periodo de velocidad de secado constante.
La ecuación de difusión de Fick (Ec.18) para partículas de geometría plana, fue
utilizada para calcular la difusividad efectiva de la humedad de las hojas de Stevia
secas (Kadam, 2011). Al graficar el Ln (MR) versus tiempo es posible determinar la
difusividad efectiva del agua para las tres temperaturas de secado, a través de las
pendientes de las rectas (ko) y la ecuación 19. La linealización se presenta en el
Gráfico 6.
Tiempo (minutos)
0
20
40
80
100
120
y = -0,0282x + 0,105
R² = 0,9969
-1
Ln (MR)
60
-2
-3
-4
140
160
50°C
60°C
70°C
Lineal (50°C)
y = -0,052x + 0,1987
R² = 0,9936
-5
y = -0,0437x + 0,1293
R² = 0,9943
Gráfico 6. Logaritmo de la razón de humedades versus tiempo de secado de hojas de Stevia a 50°C, 60°C
y 70°C.
A 50°C se obtuvo el mejor coeficiente de correlación (0,9969), mientras que a 60°C
fue 0,9943 y a 70°C fue 0,9936.
Los valores de difusividad efectiva de la humedad de las hojas de Stevia varían
entre 2,24x10-10 y 4,13x10-10 (Tabla 4), lo que se encuentra dentro del rango general
de difusividad para el secado de alimentos (Kadam, 2011). Además se observa que
las difusividades aumentan con el aumento de la temperatura (Tabla 5), estos
resultados son comparables con un estudio realizado en secado de hojas de menta
(Ethmane, 2009).
25
Tabla 4: Difusividad efectiva de hojas de Stevia a 50°C, 60°C y 70°C.
Temperatura
Valor Deff
50°C
2,240E-10
60°C
3,805E-10
70°C
4,131E-10
Se graficó el Ln (Deff) vs 1/T (gráfico 7) con los resultados de la Tabla 4, y se
obtuvo un r2 de 0,8608, lo que implica una desviación de los puntos a un ajuste lineal.
Debido a la escasez de datos no se eliminaron puntos, sin embargo para efectos de
comparación con la bibliografía disponible, mediante la ecuación 20, se determinó la
energía de activación, 28,4 [
] y el factor de Arrhenius, 9,38x10-6 [
].
Estos valores se encuentran dentro de los rangos obtenidos en estudios de secado a
hojas de menta (Ethmane, 2009; Kadam, 2011), hojas de oliva (Bahloul, 2011) y té
Ln (Deff)
negro (Panchariya, 2002).
0,0029
-21,4
-21,5
-21,6
-21,7
-21,8
-21,9
-22
-22,1
-22,2
-22,3
0,00295
1/T (1/°K)
0,003
0,00305
0,0031
0,00315
y = -3416,6x - 11,577
R² = 0,8608
Gráfico 7: Logaritmo natural de la difusividad efectiva a 50°C, 60°C y 70°C versus 1/T (1/°K).
5.6
Modelado de curvas de secado
La Tabla 5 muestra los parámetros estadísticos obtenidos en el ajuste de los
modelos matemáticos a los datos experimentales de cinética de secado a 50°C
(Anexo 10). A esta temperatura de trabajo el modelo exponencial fue el que mejor
describe el secado por convección forzada de las hojas de Stevia, con un r2 = 0,997 y
los valores más bajos de %E y RMSE (1,21% y 1,16, respectivamente), lo que indica
una menor diferencia entre los valores experimentales y los calculados.
26
Tabla 5: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 50°C.
Modelo
Ecuación
Henderson –
Pabis
(
)
Cúbica
Exponencial
(
)
%E
Índices
2
r
5,22
0,961
5,06
1,37
0,997
1,28
1,21
0,997
1,16
RMSE
La Tabla 6 presenta los parámetros estadísticos obtenidos tras ajustar los modelos
matemáticos a los datos obtenidos al secar hojas de Stevia a 60°C (Anexo 11), siendo
el modelo cúbico el que mejor se ajustó con un r2 de 0,991, un error porcentual de
2,85% y 3,89 como valor de RMSE.
Tabla 6: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 60°C.
Modelo
Ecuación
(
Henderson – Pabis
%E
Exponencial
RMSE
)
Cúbica
(
Índices
2
r
)
6,39
0,950
2,85
0,991
3,52
0,986
6,12
3,89
3,95
En la Tabla 7 se observan los parámetros estadísticos en el ajuste de los modelos
a 70°C (Anexo 12). El modelo exponencial presentó el mejor ajuste a los datos
experimentales (R2 =0,990), el menor error porcentual (2,68%) y el menor valor de
RMSE (2,47).
Tabla 7: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 70°C.
Modelo
Ecuación
Henderson –
Pabis
(
)
Cúbica
Exponencial
(
)
E%
Índices
2
R
5,34
0,959
5,06
2,82
0,990
2,52
2,68
0,990
2,47
RMSE
27
Con los modelos que presentan el mejor ajuste a los datos experimentales, es
posible predecir el tiempo de secado de la hoja de Stevia a una determinada
temperatura para alcanzar una humedad de 10% en base húmeda, lo que facilita su
posterior industrialización (Rojas, 2009). A 50°C utilizando el modelo exponencial es
posible estimar que en 153 minutos las hojas alcanzarán una humedad del 10%
(experimentalmente 150 minutos), a 60°C usando el modelo cúbico el secado tardará
91 minutos (experimentalmente 95 minutos) mientras que a 70° usando el modelo
exponencial demorará 87 minutos (experimental 85 minutos).
5.7
Estudio de Mercado
La hoja de Stevia debido a sus características ha sido utilizada como edulcorante
de mesa en Japón y parte Sudamérica durante décadas. En la actualidad, la demanda
de edulcorantes a base de esta hoja ha aumentado debido a que la industria ha
reconocido a este ingrediente natural como un producto que entrega valor agregado a
sus productos terminados y a la búsqueda de los consumidores de productos
saludables (Hembrough, 2011).
El punto de partida para el desarrollo del mercado en torno a la Stevia fue en 2008
cuando los componentes de la hoja, especialmente el Reb-A, fueron considerados
como seguros. Desde entonces, la aprobación por parte de las distintas legislaciones a
través del mundo, permitió la formulación y reformulación de alimentos y bebidas con
reducción o cero contenido calórico (Hembrough, 2011).
5.7.1 Análisis del producto:
- Producto:
Edulcorante en polvo, en sachets de 0,5 g, equivalentes a dos
cucharaditas de azúcar.
- Composición:
Eritritol (94%) y steviolglicósidos (6%) (Anexo 13).
28
Steviolglicósidos:
Origen natural, no calórico, 300 veces más dulce que sacarosa,
obtenido de hoja seca de Stevia (10% de humedad) (Anexo 14).
Eritritol:
Agente de relleno, enmascarador de sabores no deseados, no
calórico, dulzor relativo 0,6 (DeCock, 2002).
5.7.2
-
Análisis de la demanda:
Antecedentes:
A
nivel
mundial
la
población
que
padece
enfermedades
cardiovasculares, diabetes, hipercolesterolemia y obesidad, ha ido en aumento. En el
caso de Chile la tasa de obesidad en hombres es un 68,4% mientras que en mujeres
es de un 73,3% (Anexo 15). Frente a esta situación es que la demanda de
edulcorantes no calóricos y naturales ha aumentado, disminuyendo así el consumo de
azúcar y edulcorantes artificiales (Micol, 2008).
- Distribución del mercado de consumo: La venta de edulcorantes a base de hojas
secas de Stevia se realiza desde la primera a la décima región, en localidades con
acceso a cadenas de supermercados, tiendas de productos naturales y farmacias
(Rojas, 2010).
- Comportamiento y proyección de la demanda: El mercado del azúcar y del jarabe de
maíz de alta fructosa (HFCS) se estima en 50 billones de dólares a nivel mundial. A
nivel nacional, en el año 2010 el consumo de azúcar fue de 42,7 kg/per cápita/año, lo
que se traduce en la comercialización de 711 mil ton al año (IANSA, 2010). Sin
embargo, se ha observado una disminución en el consumo de azúcar de un 8% en el
período 2007-2010 (Tabla 8).
Tabla 8: Azúcar refinada: producción nacional, importaciones, exportaciones y disponibilidad (MT)
(Fuente: ODEPA, 2010).
2007
2008
2009
2010
Promedio
Producción
nacional
330
185
171
260
286
Importaciones
Exportaciones
442
549
562
470
401
0
0
0
0
0
Disponibilidad
aparente
771
734
733
730
686
Consumo
per cápita
46,5
43,8
43,3
42,7
41,3
29
Por otra parte, el mercado de los edulcorantes alternativos, artificiales y naturales a
nivel mundial, es de 5,5 billones de dólares, lo que representa un 11% del mercado del
azúcar y crece a una tasa de 3 - 4% anualmente, se estima que para el 2015
alcanzará 8 billones de dólares (Gilson, 2011).
En el 2008 más del 50% de la población de Estados Unidos utilizó edulcorantes
alternativos bajos en calorías (Gilson, 2011), lo que se tradujo en un negocio de US$
1.000 millones ese año (Chilealimentos, 2009).
En España la demanda de edulcorantes alternativos al azúcar está aumentando un
8,3% anualmente (SINC, 2008). En Reino Unido, se estima que en dos años el
mercado de los edulcorantes alcanzará un 20% del mercado del azúcar (Jones, 2011).
A nivel nacional los edulcorantes ocupan el 10% del mercado del azúcar, teniendo
un crecimiento anual del 18% (Vinagre, 2011).
Con respecto a la Stevia, en el 2010 las ventas del edulcorante, alcanzaron las
3.500 toneladas a nivel mundial (Ilustración 6). Esto significó un ingreso de $285
millones de dólares, un 27% más que el 2009 (Hembrough, 2011).
Ilustración 6: Mercado global de Stevia, período 2006 – 2010 (Fuente: Hembrough, 2011).
A nivel mundial, al igual que en Chile, el mercado de la Stevia alcanza un 4% del
volumen total del mercado de los edulcorantes (Ríos, 2011). En la Tabla 9 se presenta
el volumen que ocupan en el mercado global, los edulcorantes nutritivos y no
nutritivos.
30
Tabla 9: Mercado global de edulcorantes nutritivos y no nutritivos (Fuente: Gilson, 2011).
Edulcorantes
Azúcares
HFCS
Alternativos
Otros
Mercado Total
80%
9%
9%
2%
Alternativos (9%)
Aspartame
Sucralosa (Splenda)
Otros
Sacarina
Stevia (reb-A)
Mercado Total
31%
24%
21%
20%
4%
En la ilustración 7 se observa el mercado de los edulcorantes a base de Stevia a
nivel mundial en el año 2010 dividido por región, el cual alcanzó las 3.500 toneladas.
Cabe destacar que la mayor demanda se encuentra en Asia Pacífico con un 35,7%,
seguida por Norte América con un 30,0%, Sudamérica (24,3%) y muy por debajo
Europa (8,6%).
Ilustración 7: Mercado global de Stevia por región, año 2010 (Fuente: Hembrough, 2011).
El mercado de los edulcorantes a base de Stevia está creciendo rápidamente y se
estima un crecimiento del volumen anual de un 25%. A esta velocidad podrían abarcar
el 20% del mercado de los edulcorantes alternativos a nivel mundial en el año 2015
(Gilson, 2011) y se espera que para el 2014 el mercado global de la Stevia alcance las
11.000 toneladas, equivalentes a $825 millones de dólares (Hembrough, 2011).
31
5.7.3
Análisis de la oferta:
- Antecedentes: Actualmente, China es el principal productor de hojas de Stevia, le
siguen Paraguay, Kenya, Indonesia e India (Gilson, 2011). El extracto de Stevia es
comercializado, en forma de tabletas, cristales, sobres y líquido, mientras que la hoja
es comercializada en forma triturada (Zubiate, 2007). A nivel nacional se pueden
observar varias empresas que ofrecen el edulcorante a base de Stevia en formatos
líquido, polvo y tabletas, provenientes de China y Paraguay, principalmente. El precio
de venta de 50 g de edulcorante en polvo fluctúa entre $1.400 y $4.000 (Walmart,
2011; Cencosud, 2011) (Anexo 16).
- Características de los principales productores: A nivel internacional el principal
productor de edulcorante a base de Stevia es China, que en el 2009 exportó cerca del
80% de su producción de extracto de Stevia Rebaudiana, seguida por Paraguay
(Zubiate, 2007; Wood, 2011).
PureCircle es el principal productor y proveedor de Stevia de alta pureza del
mundo para la industria alimentaria y de bebidas en asociación con PepsiCo
(PureCircle, 2011). Esta empresa tiene 15.000 Há de Stevia contratadas en Kenya,
Paraguay, Colombia, Indonesia, Vietnam, Tailandia y China (Halliday, 2009). Por otro
lado la empresa Cargill patentó el primer edulcorante a base de Stevia denominado
rebiana y en colaboración con Coca-Cola solicitó la aprobación a la FDA, de su
edulcorante a base de reb-A y eritritol, llamado Truvia para uso en bebidas (Gilson,
2011). Ambas compañías ya están comercializando sus productos a las empresas
nacionales del rubro de alimentos, principalmente a productoras de edulcorantes como
IANSA (Vergara, 2011).
A nivel nacional, la empresa Prodalysa produce extracto de Stevia utilizando hojas
secas importadas de Centroamérica y tecnologías de extracción y purificación sin
solventes, para proveer a las empresas de componentes naturales (Sáinz, 2010).
32
La oferta de edulcorantes a base de Stevia presente a nivel internacional es mucho
más amplia que a nivel nacional, la cual se limita a una empresa que produce y
comercializa el edulcorante a base de Stevia como materia prima para la industria
alimentaria. Frente a este escenario es que surge la idea de realizar una planta
elaboradora de edulcorante que abarque en una primera etapa al mercado local y que
se posicione en el comercio minorista (retail) con un edulcorante en polvo (sachet) a
base de hojas secas de Stevia (provenientes de plantines cultivados en el país) y
eritritol como agente de relleno.
- Proyección de la oferta local: En Chile, la empresa MantoVerde a cargo de Claudio
Rojas, posee un campo experimental de Stevia en Illapel y como objetivo a mediano
plazo pretende tener 100 hectáreas de Stevia plantadas en el valle del Choapa, con un
rendimiento anual de cuatro mil kilos de hojas secas por hectárea. Rojas sostiene que
la Stevia se puede convertir en un cultivo alternativo para Chile, tal como ocurrió con la
palta, además indica que los márgenes del cultivo de la Stevia (aproximadamente
3.000 USD por tonelada de hojas de Stevia seca) son más altos que los márgenes del
cultivo de la remolacha (20 USD por tonelada de remolacha limpia) (Rojas, 2010;
Iglesias, 2010).
5.8
Factibilidad técnico-económica
5.8.1
Estudio técnico
5.8.1.1
Tamaño del proyecto:
La planta tendrá una capacidad de producción anual de 20 toneladas de cristales
de steviolglicósidos, provenientes de 200 toneladas de hoja seca, que equivalen
aproximadamente a 100 Ha de plantas de Stevia. Para asegurar el suministro de hojas
de una variedad determinada se les entregarán plantines de Stevia a los productores,
quienes estarán inscritos dentro del registro de la empresa, y se firmará un acuerdo de
exclusividad, en el cual por un cierto número de años estarán comprometidos a
suministrar hojas de Stevia secas a la empresa.
33
La producción total de la planta será de 310 toneladas de edulcorante al año
(Anexo 17), lo que equivale al 10% de la oferta actual, a nivel nacional, de edulcorante
a base Stevia (IANSA, 2010; Vinagre, 2011; Ríos, 2011).
El tamaño de la planta fue diseñado para satisfacer la capacidad de producción
considerando dos turnos de trabajo de ocho horas cada uno, de lunes a viernes. El
área de la planta es de 640 m2, que incluyen la sección de producción y envasado,
bodegas, sala de caldera, sala de mantención, administración, laboratorio, recepción,
despacho y áreas verdes.
5.8.1.2 Localización del proyecto:
La planta se ubicará en el Valle del Choapa, específicamente en Illapel, debido a la
cercanía a las plantaciones de Stevia, el acceso a servicios básicos y acceso a
carreteras (Anexo 18).
5.8.1.3 Ingeniería del proyecto:
 Proceso productivo: El proceso para obtener edulcorante a partir de hojas de
Stevia se observa en la Ilustración 8. Se debe tener en consideración que las hojas
deben tener un 10% de humedad para facilitar su molienda y mejorar la extracción de
los steviolglicósidos (Rojas S. , 2009). El proceso fue elaborado tras consultar material
bibliográfico (Rojas, 2009; Fuh, 1990; Zhang, 2000; Lipnizky, 2002) y visitas realizadas
a la planta productiva de la empresa Prodalysa que elabora edulcorante a base de
Stevia en la quinta región. El proceso fue dividido en dos zonas dentro de la planta, la
zona húmeda que comprende desde la extracción de los steviolglicósidos de las hojas
hasta la producción del extracto líquido y la zona seca en donde el extracto se
transforma en cristales y se mezcla con eritritol.
34
Ilustración 8: Diagrama de bloques del proceso productivo para obtención edulcorante a base de
Stevia.
35
Zona húmeda
I.
Recepción de materia prima:
-
Se recepcionan fardos de hojas de Stevia secas provenientes de campos inscritos
en el registro de la empresa y se pesan en balanza para verificar la cantidad
recibida.
-
Se determina la humedad (10%-12%) con una termobalanza.
II.
Inspección manual:
-
Las hojas pasan a través de un detector de metales y placa magnética para
retener objetos metálicos (clavos, herramientas de corte, etc).
-
En la cinta de selección se descartan de forma manual objetos distintos de las
hojas (piedras, ramas, etc.).
III.
Molienda:
-
Las hojas son molidas hasta un tamaño de 1 mm con un molino de martillo.
-
Mediante tornillos transportadores las hojas se llevan a los estanques de
extracción.
IV.
-
Extracción – filtración gruesa:
Las hojas molidas se mezclan con agua en proporción 1:15 y se maceran por
cuatro horas.
-
El estanque cuenta en su interior con un filtro de 0,5 mm con el cual se realiza la
primera separación de hoja y extracto.
-
El extracto es bombeado hacia las siguientes etapas de filtración, mientras que las
hojas se sacan del estanque y son transportadas al exterior de la planta.
V.
Microfiltración:
-
En este punto son retenidos pigmentos, algunas sustancias de alto peso molecular
y bacterias que superen un tamaño de
VI.
VII.
-
.
Filtración con carbón activado:
Tiene como finalidad eliminar color y olores extraños del extracto.
Ultrafiltración:
En este punto son retenidas las proteínas, pectinas y pigmentos que superen un
tamaño de
.
-
Se utiliza diafiltración con el fin de facilitar el permeado de steviolglicósidos.
-
El retenido es enviado a la unidad de osmosis inversa para ser tratado.
36
VIII.
-
Nano filtración:
Mediante membranas con tamaño de poros de
son retenidos y
concentrados los steviolglicósidos.
-
El agua permeada es almacenada para su posterior tratamiento mediante osmosis
inversa.
IX.
-
Osmosis Inversa:
Mediante osmosis inversa se purifican el retenido de la ultrafiltración y el permeado
de la nanofiltración. Aquí se retienen partículas con tamaño superior a
.
-
El agua tratada se reutiliza en la etapa de extracción.
X.
Intercambio iónico:
-
El extracto pasa por columnas de intercambio iónico (resinas aniónicas y
catiónicas) para eliminar minerales y el permeado es almacenado en estanques de
acopio.
Zona Seca
I.
Cristalización:
-
La solución acuosa de steviolglicósidos es transportada hasta un secador spray en
donde se reduce la humedad del producto hasta un 20%.
II.
Secado:
-
Los cristales son secados mediante lecho fluidizado para conseguir la humedad
final del producto (2%).
III.
-
Pulverizado – Mezclado:
Los cristales de steviolglicósidos son pulverizados mediante un molino
pulverizador y mezclados con eritritol.
IV.
-
Envasado y Almacenamiento:
El producto es envasado en sachets bilaminados (0,5 g), los cuales a su vez son
envasados en cajas de cartulina (100 sachets), las cuales son embaladas en cajas
de cartón corrugado (24 unidades).
-
Las cajas son paletizadas y almacenadas en bodega a temperatura ambiente.
37

Selección de equipos
Los principales equipos involucrados en el procesamiento de la Stevia son cintas
de selección, molinos, módulos de microfiltración, filtros de carbón activado, módulos
de ultrafiltración y nanofiltración, intercambio iónico, osmosis inversa, secador spray,
lecho fluidizado, pulverizador y envasadora (Anexo 19). Es posible conseguir más de
un proveedor en el mercado local para cada uno de los equipos, los cuales por sus
especificaciones deberán ser importados en su mayoría.

Diseños preliminares de planta
La distribución física de los equipos en la planta se muestra en el layout (Anexo
20). El P&ID proporciona información básica de cañerías y sistemas de manejo y
control de fluidos (Anexo 21).

Organización
La ilustración 9 muestra la estructura organizacional de la empresa, la cual fue
diseñada en torno a las necesidades de ésta.
Ilustración 9: Estructura organizacional de la empresa.
38
Al mando de la organización se encuentra el gerente general, quien está a cargo
de dos gerencias, administración y operaciones. Ambas áreas tienen subdivisiones, la
primera se subdivide en compras/ventas y recursos humanos, mientras que
operaciones de subdivide en planta y aseguramiento de calidad.
 Recurso humano:
El requerimiento de personal se determinó según la participación directa e indirecta
con el producto a elaborar. La mano de obra directa consta de 29 personas e involucra
a las personas de cada una de las áreas de la operación, dieciséis operarios (ocho por
turno), cuatro laboratoristas (dos por turno), seis personas en el servicio de mantención
de equipos (tres por turno), un jefe de planta por turno y un operador de caldera. La
mano de obra indirecta incluye al personal administrativo y no administrativo y consta
de 21 personas (considerando las tres gerencias) (Anexo 22).
 Ámbito legal:
Los aspectos legales y ambientales para el funcionamiento de una planta industrial,
desde el punto de vista sanitario y requisitos municipales para obtener la patente
comercial se obtienen a través de la Seremi de salud, en este caso, de la cuarta región
(SEREMI, 2011) (Tabla 10).
Tabla 10: Detalle de los trámites que presta la Seremi Región de Coquimbo
Nombre
del
trámite,
A quién está
Trámites a realizar y/o
servicio o beneficio
dirigido
etapas
Autorización para
Público en
general.
-Solicitud de
antecedentes, iniciación
de actividades sanitaria.
-Presentación de
antecedentes a la oficina
correspondiente previo
pago de arancel.
-Visita de inspección.
-Emisión de resolución
de autorización sanitaria.
establecimientos de
alimentos que no
cuentan con guía de
trámite especifica.
¿Dónde se realiza?
Oficina comunal
seremi de salud.
39
La Seremi de Salud entrega una resolución sanitaria para el funcionamiento de
todas las instalaciones que producen, elaboran, preservan, envasan, almacenan,
distribuyen, expenden alimentos o aditivos alimentarios (SEREMI, 2010). De acuerdo al
Título III, Art. N° 146 del Reglamento Sanitario de los Alimentos, el edulcorante a base
de Stevia es considerado un aditivo alimentario y por ello se requiere una resolución
sanitaria para el funcionamiento de la planta (MINSAL, 2010).
La actividad fiscalizadora se enmarca dentro de lo establecido en el Reglamento
Sanitario de los Alimentos (D.S. Nº 977/96) y el Decreto Supremo 594 “Aprueba
Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en los lugares de
trabajo”, ambos del Ministerio de Salud. La autorización sanitaria no reemplaza bajo
ninguna circunstancia a la patente comercial emitida por la municipalidad respectiva
(MINSAL, 1999).
De acuerdo a las exigencias de la municipalidad, es necesario destacar que los
procesos implicados en el normal funcionamiento de la planta elaboradora de
edulcorante a base de Stevia no generan residuos industriales tóxicos ni genera
ruidos molestos.
40
5.8.2
Estudio económico
5.8.2.1 Materias primas.
Las materias primas utilizadas para realizar el edulcorante a base de Stevia
corresponden a Eritritol y hojas secas de Stevia con un 10% de humedad de las
cuales se extraerán los steviolglicósidos.
El eritritol es un poliol, que puede ser utilizado como agente de relleno, es
relativamente estable al calor y a los cambios de pH. Posee bajo valor calórico y su
dulzor relatvo es 0,6 (en relación a la sacarosa). Su perfil de dulzor es similar al de la
sacarosa, levemente ácido y amargo, pero sin un regusto posterior (Embuscado,
2011).
El valor de la hoja seca de Stevia es un punto a destacar antes de determinar la
rentabilidad del proyecto, debido a que el precio de venta de ésta, varía según el tipo
de secador utilizado (Tabla 12).
En el estudio de rentabilidad de la planta elaboradora de edulcorante se utilizó el
valor de la hoja secada en túnel y como aún no existe un registro que indique las
fluctuaciones de precio de esta materia prima durante los años anteriores, se
consideró que para todo el periodo de análisis de rentabilidad de este proyecto, el
precio de la hoja no sufrirá cambios.
Para efectos comparativos se usaron los valores de hoja secada en cancha y en
secador solar, ya que son los métodos de secado más utilizados en la actualidad en
los países productores de hojas secas de Stevia.
Tabla 11: Valor por kilo de hoja seca de Stevia (Rojas, 2010)
Tipo de secado
Valor kg hoja seca (CLP)
Secado en cancha
$2000
Secado en secador solar
$2750
Secado en túnel
$3500
41
5.8.2.2
Inversión
El proyecto considera como fuente de financiamiento el aporte de inversionistas
privados. En la Tabla 12 se resumen los valores de la inversión (Anexo 23), la cual se
divide en:
- Activos nominales: corresponden a los bienes intangibles, tales como patente y
resolución sanitaria, entre otros, que autorizan el funcionamiento de la planta.
- Activos fijos: corresponden a los equipos, vehículos, terreno, infraestructura y
materias primas necesarias para la producción del edulcorante.
- Capital de trabajo del proyecto: corresponde al valor requerido para cumplir con cinco
meses de producción. En este caso se compone de la mano de obra directa y de los
costos variables.
Tabla 12: Inversiones planta productora de edulcorante a base de Stevia.
Ítem
Valor kg/hoja seca
Activos fijos
Activos nominales
Capital de trabajo
Total Inversión
Valor (CLP)
3.500
1.853.101.940
170.108.040
995.278.179
3.018.488.159
5.8.2.3 Ingresos, gastos y costos
Los ingresos de la empresa se generarán exclusivamente por las ventas del
edulcorante a base de Stevia, el cual tendrá un precio de venta de $1200 por cada
caja de 100 sachets. La empresa será capaz de producir un total de 6.174.110 cajas
de 100 sachet de 0,5 gramos (Anexo 17).
Los gastos son desembolsos relacionados de forma indirecta con la operación,
mientras que los costos corresponden a desembolsos originados directamente por la
operación y se dividen en fijos y variables (Tabla 13) (Anexo 24).
42
Tabla 13: Valores anuales de ingreso, costo y gasto.
Ítem
Valor kg/hoja
Ingreso anual
Costo anual
Gasto anual
5.8.2.4
Valor (CLP)
3.500
7.408.931.879
2.521.337.577
176.000.000
Flujo de caja proyectado
Basándose en los antecedentes proporcionados y con el fin de establecer el
tamaño óptimo económico del proyecto, se realizó el flujo de caja (Anexo 25) y se
determinó la rentabilidad de la actividad según los criterios de evaluación económica
VAN, TIR y PRI, para lo cual se utilizó una tasa de descuento de un 17%, según
recomendación de Mantoverde (Rojas, 2010).
Consideraciones:
- Los flujos de caja se proyectaron a 5 años, considerando que la recuperación de la
inversión es factible en este transcurso de tiempo.
- Se consideraron todos los egresos de los 5 primeros meses de operación de la
planta para la determinación del capital de trabajo (período de estabilización entre
ingresos y egresos).
- Utilidad bruta calculada en el flujo neto del proyecto corresponde a la utilidad
percibida sin el descuento de impuesto, y se calcula por la diferencia entre los costos
totales y depreciación.
- El descuento aplicado es el monto en dinero que se cancela al estado por las
utilidades percibidas por la empresa, el cual corresponde al 20% de la utilidad bruta.
- La depreciación corresponde al desgaste u obsolescencia de los activos fijos,
calculada de acuerdo con los periodos de vida útil determinados por Servicios de
Impuestos Internos (SII, 2011).
43
Los activos a depreciar corresponden a los equipos de la planta, muebles de oficina y
vehículos. La depreciación de los activos se dejó constante por todo el período, en la
cual se asume la depreciación como la razón entre la diferencia de los valores iniciales
y de desecho y la vida útil de cada activo fijo. El cálculo de depreciación lineal y los
períodos de vida útil se encuentran en el Anexo 23.
- Valor de desecho: corresponde al valor monetario final de los activos fijos que han
sido sometidos a depreciación.
5.8.2.5
Determinación de rentabilidad
El análisis de la evaluación económica del proyecto se determinó según los
indicadores económicos: Valor Actual Neto (VAN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y
el Periodo de Recuperación de la inversión (PRI).
Se determinó el VAN de manera de verificar la rentabilidad de los recursos propios
invertidos en el proyecto. Este indicador muestra la diferencia entre el valor
actualizado al año cero, de los ingresos y egresos generados por el proyecto durante
el horizonte de inversión (FundaciónChile, 2004).
Tabla 14: Índices económicos obtenidos considerando hoja de Stevia secada en túnel.
Tipo
Criterio
TIR
VAN
PRI
Secado en túnel
Valor hoja seca ($3500)
131%
10.075.505.856
0,78
En la Tabla 14 se muestran los índices económicos para la determinación de la
rentabilidad del proyecto, utilizando el precio de compra de la hoja seca de Stevia
secada en túnel.
Es posible observar que el período de recuperación de la inversión será dentro del
primer año, que se obtiene un valor actual neto (VAN) de 10.075.505.856 pesos
chilenos al considerar una tasa de descuento de 17% y que al ser la tasa interna de
retorno (131%) es mucho mayor a la rentabilidad exigida por el inversionista (17%),
44
por ello es factible indicar que el proyecto de una planta elaboradora de edulcorante
de Stevia usando hojas de Stevia secadas mediante secador de túnel se considera
rentable.
Por otra parte se debe considerar que el secado de la hoja de Stevia mediante
secador de túnel es adecuado en países en donde existen grandes productores de
hojas de Stevia que cuentan con una gran cantidad de hectáreas cultivadas (sobre 50
Ha) (Rojas, 2010). Si se considera que en Chile se pretenden cultivar 100 Ha con
Stevia, repartidas en a lo menos una docena de agricultores (Rojas, 2010), la idea de
utilizar un secador de túnel resulta compleja debido a la alta inversión inicial y a los
problemas técnicos asociados principalmente a la disponibilidad de combustible y/o
electricidad en zonas de cultivo alejadas de centros urbanos.
Es por ello que al realizar el mismo ejercicio económico del proyecto de la planta
productora de edulcorante a base Stevia, usando los precios de las hojas secadas en
cancha (VAN =10.375.931.598 CLP, TIR = 143% y PRI = 0,68 años) y en secador
solar (VAN = 10.225.718.727 CLP, TIR = 137% y PRI = 0,73 años) (Anexo 25), se
observa que ambas alternativas son rentables y ofrecen ventajas a pequeños
productores tales como el no uso de combustibles y una menor inversión (Anexo 26),
sin embargo se deben considerar problemas como: las pérdidas de materia prima, que
en muchos casos pueden superar el 10%, la contaminación (por ejemplo fecas de
aves y animales), la dependencia climática y un tiempo de secado de 2 a 7 días
(Rivasplata, 2009; Rojas, 2009; Almada, 2005).
45
CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES
-
La humedad de la hoja fresca de Stevia es de un 84%. La humedad comercial
de la hoja seca (10%) se consigue en 80, 100 y 160 minutos al ser secadas con
aire caliente a 70°, 60° y 50° C respectivamente, a una velocidad constante de
0,9 m/s.
-
Es posible establecer las isotermas de sorción de las hojas de Stevia y
ajustarlas a modelos matemáticos. El modelo de GAB es el que mejor se ajusta
a las curvas obtenidas a 25°C en hoja seca, 30°C y 40°C en hoja fresca. El
modelo de BET es el que mejor se ajusta a la curva obtenida a 25°C en hoja
fresca.
-
Todos los modelos matemáticos evaluados se ajustaron a las curvas de
secado. El modelo exponencial obtuvo el mejor ajuste para las curvas de
secado a 50° y 70°C. El modelo cúbico obtuvo el mejor ajuste a la curva de
secado a 60°C.
-
Se estableció el proceso productivo para la elaboración del edulcorante a base
de hojas secas de Stevia, utilizando extracción acuosa y separación por
membranas.
-
La planta elaboradora de edulcorante a base de hojas de Stevia es factible
desde el punto de vista técnico y económico.
-
La planta elaboradora de edulcorante a base de hojas de Stevia, que utiliza
hojas secadas en túnel, es económicamente rentable
-
Las características del secado convectivo de las hojas de Stevia, sí afectan las
variables económicas de una planta productora de edulcorante a base de hojas
secas de Stevia.
46
PROPUESTAS FUTURAS
-
Caracterización proximal de la hoja fresca y seca de Stevia cultivada en Chile.
-
Determinación y cuantificación de steviolglicósidos en variedad de Stevia cultivada en
Chile.
-
Establecer una relación entre temperatura de secado y calidad de steviolglicósidos en
las hojas.
-
Desarrollo de nuevos productos y mejoramiento de otros con edulcorantes a base de
Stevia entre sus ingredientes. Enfoque en confites, galletas y bebidas carbonatadas.
-
Determinación de la degradación de los steviolglicósidos durante el procesamiento en
la industria alimentaria (pasteurización, UHT, congelación, liofilización, etc).
-
Mejorar el rendimiento de extracción de steviolglicósidos mediante sistemas de
extracción tradicional (prensa, decanter) y evaluar posibles consecuencias.
-
Desarrollo de nuevos productos con hojas de Stevia secas, por ejemplo, infusiones.
-
Desarrollo de agente enmascarante para evitar sabores residuales indeseados.
-
Desarrollar métodos rápidos para la determinación de steviolglicósidos.
47
CAPÍTULO VII: BIBLIOGRAFÍA
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56
Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química
PATROCINANTE:
DIRECTORES:
Profesor Eduardo Castro M.
Profesor Eduardo Castro M.
Ingeniero Civil Químico.
Ingeniero Civil Químico.
Magister en Ciencias de los Alimentos.
Magister en Ciencias de los Alimentos.
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Química.
Química.
Profesor Luis Puente D.
Ingeniero en Alimentos.
Doctor en Tecnología de Alimentos.
Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología
Química.
ANEXOS
__________________________________________________________________
ESTUDIO DEL SECADO CONVECTIVO DE HOJAS DE STEVIA REBAUDIANA
Y FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DE UNA PLANTA ELABORADORA DE
EDULCORANTE A BASE DE STEVIA
__________________________________________________________________
Memoria para optar al título de Ingeniero en Alimentos
Denisse Margaret Jeria Heitmann.
Alberto Andrés Pozo Cofré.
Santiago, Chile
2011
57
ÍNDICE ANEXOS
Anexo 1: Clasificación Stevia rebaudiana……………………………………….............................59
Anexo 2: Via biosintética de steviolglicósidos.............................................................................60
Anexo 3: Compuestos dulces, no dulces y amargos en hojas de Stevia rebaudiana.................61
Anexo 4: Análisis proximal de hoja de Stevia rebaudiana…………………………………………62
Anexo 5: Sales saturadas utilizadas en isotermas………………………………………………….63
Anexo 6: Constantes obtenidas en el ajuste de los modelos a 25°C, 30°C y 40°C…………….64
Anexo 7: Modelado de isoterma de desorción y adsorción a 25°C……………………………….65
Anexo 8: Modelado de isoterma de desorción a 30°C……………………………………………..69
Anexo 9: Modelado de isoterma de desorción a 40°C……………………………………………..71
Anexo 10: Modelado de curva de secado a 50°C………………………………………………….73
Anexo 11: Modelado de curva de secado a 60°C………………………………………………….75
Anexo 12: Modelado de curva de secado a 70°C………………………………………………….77
Anexo 13: Formulación edulcorante a base de hoja secas de Stevia…………………………….79
Anexo 14: Dulzor relativo de edulcorantes…………………………………………………………...80
Anexo 15: Obesidad a nivel mundial………………………………………………………………….81
Anexo 16: Oferta edulcorante a base de hojas de Stevia…………………………………………..82
Anexo 17: Plan de producción anual………………………………………………………………….84
Anexo 18: Mapa de la cuarta región…………………………………………………………………..92
Anexo 19: Principales equipos utilizados en la producción del edulcorante……………………..93
Anexo 20: Layout de la planta…………………………………………………………………………97
Anexo 21: P&ID de la planta………………………………………………………………………….100
Anexo 22: Mano de obra directa e indirecta requerida…………………………………………….101
Anexo 23: Inversión, depreciación y valor de desecho de los equipos.…………………………102
Anexo 24: Costos fijos variables y gastos………………………………….……………………….103
Anexo 25: Flujo de caja del proyecto planta elaboradora de edulcorante…...………………….104
Anexo 26: Inversión de secado en cancha, secador solar y en túnel……..……………………..106
58
Anexo 1: Clasificación Stevia rebaudiana.
Tabla 15: Clasificación sistemática de la Stevia rebaudiana (Conabio, 2010;
Funcfos, 2010).
División
Magnoliophyta
Clase
Magnoliopsida
Sub-clase
Asteridae
Orden
Campanulales (Asterales)
Familia
Asteraceae (compositae)
Género
Stevia
Especie
Rebaudiana
59
Anexo 2: Via biosintética de steviolglicósidos.
Ilustración 10: Modelo de la biosíntesis de steviolglicósidos, mostrando la locación subcelular de los
componentes de la vía (Brandle, 2007).
60
Anexo 3: Compuestos dulces, no dulces y amargos en hojas de Stevia rebaudiana.
Tabla 16: Compuestos químicos de las hojas de Stevia distintos de los steviolglicósidos (Rojas S. ,
2009).
Tipo de compuesto
Nombre
Compuestos dulces (ent-kaureno glicósidos)
Rebaudiósidos C, D y E y dulcósido A.
Compuestos no dulces
Esterebinas de la A a la H.
Compuestos amargos y de sabor desagradable
Esteroles, triterpenoides, aceites
esenciales, flavonoides, lactonas, cariofileno y
el espatulenol.
61
Anexo 4: Análisis proximal de hoja de Stevia rebaudiana.
Tabla 17: Análisis químico proximal foliar de stevia (LENA, 2010).
Componentes
Hojas de stevia seca (%)
Humedad
8,46
Proteína
18,20
Grasa
4,77
Fibra cruda
10,77
Cenizas
7,83
Carbohidratos
49,97
Energía estimada, kcal
275
Tabla 18: Contenido de vitaminas en stevia/100 g. (Sato, 2000).
Vitaminas
Hojas de Stevia
β-Caroreno, ug
1700
Vitamina E, mg
1,6
Vitamina B1, mg
0,04
Vitamina B2, mg
-
Niacina, mg
1,3
-
Vitamina C, mg
Tabla 19: Análisis foliar de stevia en minerales (UNALM, 2010)
Mineral
Hojas de Stevia
Calcio, %
0,61
Fósforo, %
0,34
Magnesio, %
0,50
Potasio, %
3,45
Sodio, %
0,03
Hierro, ppm
702
Cobre, ppm
17
Manganeso, ppm
68
Zinc, ppm
85
Boro, ppm
47
62
Anexo 5: Sales saturadas utilizadas en isotermas.
Tabla 20: Sales saturadas y sus correspondientes humedades relativas a 25°C, 30°C y 40°C (Greenspan,
1976)
Humedad
Humedad
Humedad Relativa
Relativa (%)
Relativa (%)
(%) 40°C
25°C
30°C
Acetato de Potasio
22,5
21,6
--------
Cloruro de Magnesio
32,8
32,4
31,6
Carbonato de Potasio
43,2
43,2
--------
Nitrato de Magnesio
52,9
51,4
48,4
Ioduro de Potasio
68,9
--------
66,1
Cloruro Cúprico
-------
61,8
--------
Cloruro de Sodio
75,3
75,1
74,7
Cloruro de Potasio
84,3
83,6
82,3
Nitrato de Potasio
93,6
92,3
89,0
Sulfato de Potasio
97,3
97,0
96,4
Cromato de Potasio
97,9
97,1
95,9
Sal
63
Anexo 6: Constantes obtenidas en el ajuste de los modelos a 25°C, 30°C y 40°C.
Tabla 21: Constantes obtenidas en modelado de isotermas a 25°C, 30°C y 40°C.
Modelo
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
Modelo
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
Modelo
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
Modelo
BET
GAB
Henderson
Caurie
Smith
Oswin
Bradley
A
A
A
0,473
0,974
2,744
3,168
-0,495
0,676
0,031
A
A
A
0,711
0,573
15,42
1,222
-0,054
0,563
4,28e-10
A
A
A
0,168
4,499
1,959
-0,039
0,122
0,002
A
A
A
0,107
0,425
2,781
3,230
-0,461
0,632
0,032
25°C Desorción
23,97
10,17
-5,763
0,283
B
0,676
B
0,215
B
0,009
30°C Desorción
7,863
425,3
-27,71
0,344
B
0,563
B
0,023
B
2,53e-17
40°C Desorción
25,88
-5,502
0,093
B
0,122
B
0,017
B
1,75e-22
25°C Adsorción
19,74
10,38
-5,753
0,256
B
0,632
B
0,200
B
0,006
0,389
0,115
0,172
0,850
64
Anexo 7: Modelado de isoterma de desorción y adsorción a 25°C.
1
1,50
1,00
0,50
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
0,0
1,0
Xbs (g agua/g s.s)
1,50
1,00
0,50
0,2
0,4
0,0
0,8
1,0
4
1,50
1,00
0,50
0,2
0,4
0,6
0,8
0,0
1,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
aw
5
2,00
6
Xbs (g agua/g s.s)
2,00
Xbs (g agua/g s.s)
0,6
0,00
0,00
1,50
1,50
1,00
1,00
0,50
0,50
0,00
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
aw
2,00
Xbs (g agua/g s.s)
aw
2,00
3
2,00
Xbs (g agua/g s.s)
2
2,00
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
2,00
7
1,50
1,00
0,50
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
Gráfico 8: Ajuste de datos experimentales a modelos matemáticos BET (1), GAB (2), Henderson (3), Caurie (4),
Smith (5), Oswin (6), Bradley (7), a 25°C (hoja fresca), (Xbs exp= , Xbs calc=
).
65
Xbs (g agua/g s.s)
1
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
BET
GAB
HENDERSON
CAURIE
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
Xbs (g agua/g s.s)
2
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
SMITH
BRADLEY
OSWIN
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
Gráfico 9: Comparación de ajuste a modelos matemáticos BET, GAB, Henderson y Caurie (1), Smith,
Oswin, Bradley (2), a 25°C (hoja fresca), (Xbs exp= )
66
1
2
Xbs( g agua/ g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
1,50
1,00
0,50
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,50
1,00
0,50
0,00
0,0
aw
0,2
0,4 aw 0,6
0,8
1,0
4
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
3
1,50
1,00
0,50
0,00
0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
0,50
0,00
0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
5
1,00
0,50
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
6
1,50
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
1,00
1
1,50
1,00
0,50
0,00
1,0
0,0
aw
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
7
2,00
m (g agua/g s.s)
1,50
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
0,20
0,40 0,60
aw
0,80
1,00
Gráfico 10: Ajuste de datos experimentales a modelos matemáticos GAB (1), Henderson (2), Caurie (3),
Smith (4), Oswin (5), Bradley (6), a 25°C (hoja seca), (Xbs exp= , Xbs calc=
)
67
1
1,60
BET
Xbs (g agua/g s.s)
1,40
GAB
1,20
HENDERSON
1,00
CAURIE
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
2
1,60
Xbs (g agua/g s.s)
1,40
SMITH
1,20
OSWIN
1,00
BRADLEY
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
Gráfico 11: Comparación de ajuste a modelos matemáticos GAB, Henderson y Caurie (1), Smith,
Oswin, Bradley (2), a 25°C (hoja seca), (Xbs exp= )
68
1
0,80
0,60
0,40
0,20
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
Anexo 8: Modelado de isoterma de desorción a 30°C.
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
2
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
1,0
0,2
0,4
0,8
1,0
aw
aw
3
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
4
Xbs (g s.s/g agua)
Xbs (g agua/g s.s)
0,6
1,0
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
aw
6
0,80
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
5
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
Xbs (g agua/g s.s)
7
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
Gráfico 12: Ajuste de datos experimentales a modelos matemáticos BET (1), GAB (2), Henderson (3), Caurie (4),
Smith (5), Oswin (6), Bradley (7), a 30°C (hoja fresca), (Xbs exp= , Xbs calc=
)
69
1
0,80
Xbs (g agua/g s.s)
0,60
GAB
0,40
HENDERSON
CAURIE
BET
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
aw
0,6
0,8
1,0
2
Xbs (g agua/g s.s)
0,80
0,60
OSWIN
0,40
BRADLEY
SMITH
0,20
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
Gráfico 13: Comparación de ajuste a modelos matemáticos BET, GAB, Henderson y Caurie (1), Smith,
Oswin, Bradley (2), a 30°C (hoja fresca), (Xbs exp=
)
70
Anexo 9: Modelado de isoterma de desorción a 40°C.
2
0,20
0,20
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs ( g agua/ g s.s)
1
0,15
0,10
0,05
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
0,15
0,10
0,05
0,00
1,0
0,0
aw
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
4
3
0,20
Xbs (g agua/g s.s)
Xbs (g agua/g s.s)
0,20
0,15
0,10
0,05
0,10
0,05
0,00
0,00
0,0
0,2
0,4 0,6
aw
0,8
0,0
1,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
5
0,15
0,10
0,05
6
0,20
Xbs (g agua/g s.s)
0,20
Xbs (g agua/g s.s)
0,15
0,15
0,10
0,05
0,00
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
aw
Gráfico 14: Ajuste de datos experimentales a modelos matemáticos GAB (1), Henderson (2), Caurie (3), Smith
(4), Oswin (5), Bradley (6), a 40°C (hoja fresca), (Xbs exp=
, Xbs calc=
)
71
1
Xbs (g agua/g s.s)
0,20
0,15
0,10
GAB
HENDERSON
0,05
CAURIE
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
2
m (g agua/g s.s)
0,20
0,15
0,10
OSWIN
BRADLEY
0,05
SMITH
0,00
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
aw
Gráfico 15: Comparación de ajuste a modelos matemáticos GAB, Henderson y Caurie (1), Smith, Oswin,
Bradley (2), a 40°C (hoja fresca), (Xbs exp= )
72
Anexo 10: Modelado de curva de secado a 50°C.
100
Xbh (g agua/g totales)
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (minutos)
Secado 50°C
Modelo Henderson-Pabis
Gráfico 16: Modelo Henderson-Pabis a 50°C.
Gráfico 17: Modelo cúbico a 50°C.
73
Hbh (g agua/ g sólidos totales)
Gráfico 18: Modelo exponencial a 50°C.
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Secado
50°C
Henderson
Cúbico
0
50
100
150
200
tiempo (min)
Gráfico 19: Comparación ajuste modelos a 50°C.
Modelo
Henderson – Pabis
Tabla 22: Constantes de modelos de secado 50°C.
Constantes
Fórmula
a
b
c
(
)
96,3
0,0116
Cúbica
Exponencial
1,78x10
(
)
4,44
-5
-3,40x10
-3
-0,392
-3,62x10
-3
-6,75x10
d
85,9
-5
74
Anexo 11: Modelado de curva de secado a 60°C.
1,2
Hbh (g agua/ g totales)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
Tiempo (minutos)
Secado 60°C
Modelo Henderson-Pabis
Gráfico 20: Modelo Henderson-Pabis a 60°C.
Gráfico 21: Modelo cúbico a 60°C.
75
Gráfico 22: Modelo exponencial a 60°C.
Xbh (g agua/ g totales)
100%
Secado 60°C
Henderson
Cúbico
Exponencial
80%
60%
40%
20%
0%
0
20
40
60
80
100
120
tiempo (min)
Gráfico 23: Comparación ajuste modelos a 60°C.
Tabla 23: Resumen constantes modelos matemáticos para secado 60°C.
Modelo
Fórmula
(
Henderson – Pabis
)
Cúbica
Exponencial
9,78x10
(
Constantes
b
0,015
a
98,5
)
4,42
-5
-1,69x10
3,95x10
-2
-4
c
1,04x10
d
-3
-1,85x10
83,8
-4
76
Anexo 12: Modelado de curva de secado a 70°C.
100
Xbh (g agua/ g totales)
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
X Data
Secado 70°C
Modelo Henderson-Pabis
Gráfico 24: Modelo Henderson-Pabis a 70°C.
Gráfico 25: Modelo cúbico a 70°C.
77
Gráfico 26: Modelo exponencial a 70°C.
Xbh (g agua/ g totales)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Secado 70°C
Henderson
Cúbica
Exponencial
0
20
40
60
tiempo (min)
80
100
Gráfico 27: Comparación ajuste modelos a 70°C.
Tabla 24: Resumen constantes modelos matemáticos para secado 70°C.
Modelo
Fórmula
(
Henderson – Pabis
)
Cúbica
Exponencial
6,24x10
(
Constantes
b
0,0193
a
94,7
)
4,45
-5
c
-5,80x10
-3
-0,832
-7,83x10
-3
-1,71x10
d
86,7
-4
78
Anexo 13: Formulación edulcorante a base de hoja secas de Stevia.
Formato: Envases de 0,5 gramos, equivalentes a 2 cdtas. de azúcar de mesa.
Balance de masa (en gramos)
Balance poder edulcorante
Donde:
S:
Steviolglicósidos (gr)
PEs:
dulzor relativo steviolglicósidos, 300. (anexo 9)
E:
Eritritol (gr)
PEe:
dulzor relativo Eritritol, 0,6. (anexo 9)
A:
Azúcar de mesa (gr).
Al resolver la ecuación este factor se reemplaza por 10g
(el equivalente a 2 cdtas.).
PEa:
dulzor relativo Azúcar, 1. (anexo 9)
Con estas ecuaciones es posible determinar que son necesarios 0,03g (6%) de
steviolglicósidos y 0,47 g (94%) de Eritritol para la formulación.
79
Anexo 14: Dulzor relativo de edulcorantes.
Ilustración 11: Comparación de dulzor relativo de edulcorantes (O´Brien, 2001)
80
Anexo 15: Obesidad a nivel mundial
Tabla 25: Tasa de obesidad (>25Kg/m^2) en el mundo 2010 (FAO, 2010)
País
Hombres (%)
Mujeres (%)
País
Hombres (%)
Mujeres (%)
Micronesia
93,1
91,1
Italia
55,0
40,0
EE.UU
80,5
76,7
Francia
48,0
36,9
Argentina
77,7
71,2
Rusia
46,5
51,7
Australia
75,7
66,5
China
45,0
32,0
Venezuela
74,4
67,3
Ecuador
44,0
55,0
México
73,6
73,0
Botswana
41,6
53,5
Chile
68,4
73,3
Japón
29,8
16,2
Reino Unido
67,8
63,8
Lesoto
29,5
70,8
Canadá
66,9
59,5
India
20,1
18,1
Colombia
62,6
61,1
Etiopía
8,6
3,7
Perú
60,9
70,1
Bangladesh
8,4
6,7
España
57,9
49,8
81
Anexo 16: Oferta edulcorante a base de hojas de Stevia.
Ilustración 12: Principales marcas de la oferta de edulcorante a base de Stevia en Chile.
82
Ilustración 13: Posición del edulcorante a base de Stevia en el mercado.
83
Anexo 17: Plan de producción anual.
Tabla 26: Hoja Stevia necesaria y producción edulcorante
Producto
Producción anual
Steviolglicósidos
20.000 kg
Edulcorante a base de Stevia
310.000 kg
Cajas edulcorante 100 unid.
6.174.110
Materia Prima necesaria
Hoja stevia seca
200.000 kg
Hoja stevia fresca
925.000 kg
Extracción - Filtración
Hojas secas (kg)
Relación peso agua/hoja:
Contenido steviolglicosidos
Base de cálculo (hora)
Porcentaje permeado (extracto)
Datos Diseño
347
15
10%
Horas totales de trabajo anual: 576
1
95%
Diagrama Proceso
Agua
Hojas
A
H
Hojas
Extracto
347
E
Balance
Balance total (kg)
Balance agua (kg)
Balance extracto (kg)
Balance hojas (kg)
Balance steviolglicósidos (sg)
A+347 = H+E
(347)x 15 = A
A = 5205
(A+347)x 0,93 = E
E = 5164
A+347 = H+E
H = 388
(347)x0,1 = ( E ) x sg
sg = 0,67%
Ilustración 14: Balance de masa en etapa de extracción-filtración.
84
Microflitración
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Porcentaje permeado (extracto)
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
5205
0,67%
Horas totales de trabajo anual: 576
95%
1
Diagrama Proceso
Retenido
R
Extracto
Permeado
5205
MF
Balance
Balance total (kg)
Balance Permeado (kg)
Balance Retenido (kg)
Balance steviolglicósidos (kg)
5205 = R + MF
(5205)x 0,95 = MF
MF = 4945
5205 = 4945 - R
R = 260
(5205)x0,0067 = ( MF ) x sg
sg = 0,71%
Ilustración 15: Balance de masa en etapa de microfiltración.
85
Carbón activado
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Porcentaje permeado (extracto)
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
4945
0,71%
Horas totales de trabajo anual: 576
97%
1
Diagrama Proceso
Retenido
R
Extracto
Permeado
4945
CA
Balance
Balance total (kg)
Balance Permeado (kg)
Balance Retenido (kg)
Balance steviolglicósidos (kg)
4945 = R + CA
(4945)x 0,97 = CA
CA = 4797
4945 = 4797 + R
R = 148
(4945)x0,0071 = ( CA ) x sg
sg = 0,73%
Ilustración 16: Balance de masa en etapa de carbón activado.
86
Ultrafiltración - Diafiltración
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Volumen agua Diafiltración
Porcentaje permeado (extracto)
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
4797
0,73%
3
Horas totales de trabajo anual: 576
95%
1
Diagrama Proceso
R
AD
Extracto CA
4797
Retenido
Agua
Diafiltración
Permeado
UF
Balance
Balance total (kg)
Balance Retenido (kg)
Balance Diafiltración (kg)
Balance Permeado (kg)
Balance steviolglicósidos (kg)
4797+ AD = R + UF
(4797)x 0,05 = R
R = 240
R x 3 = AD
AD = 720
(4797 -R) + DF =UF
UF = 5276
(4797)x0,0073 = ( UF ) x sg
sg = 0,67%
Ilustración 17: Balance de masa en etapa de ultrafiltración-diafiltración.
87
Nanofiltración
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Porcentaje permeado (extracto)
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
5276
0,67%
Horas totales de trabajo anual: 576
90%
1
Diagrama Proceso
Retenido
R
Extracto UF
Permeado
4945
NF
Balance
Balance total (kg)
Balance Permeado (kg)
Balance Retenido (kg)
Balance steviolglicósidos (sg)
5276 = R + NF
(5276)x 0,95 = NF
NF = 4749
5276 = 5013 + R
R = 528
(5276)x0,0067= ( R ) x sg
sg = 6,65%
Ilustración 18: Balance de masa en etapa de nanofiltración.
88
Intercambio Iónico
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Porcentaje permeado (extracto)
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
528
6,65%
Horas totales de trabajo anual: 576
98%
1
Diagrama Proceso
Retenido
R
Extracto NF
Permeado
528
II
Balance
Balance total (kg)
Balance Permeado (kg)
Balance Retenido (kg)
Balance steviolglicósidos (sg)
528 = R + II
(528)x 0,98 = II
II = 517
528 = 517 + R
R = 11
(528)x0,0665= ( R ) x sg
sg = 6,8%
Ilustración 19: Balance de masa en etapa de intercambio iónico.
89
Cristalización
Extracto (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Contenido sg final
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
517
6,8%
Horas totales de trabajo anual: 576
80,0%
1
Diagrama Proceso
Agua
A
Extracto
Cristales
517
C
Balance
Balance total (kg)
Balance cristales steviolglicósidos
(kg)
Balance Agua (kg)
517 = A + C
(517)x 0,068 = C x 0,8
C = 44
517= 44 + A
A = 473
Ilustración 20: Balance de masa en etapa de cristalización.
90
Secado y envasado
Cristales (kg)
Contenido steviolglicosidos (sg)
Contenido sg final
Base de cálculo (hora)
Datos Diseño
44
80,0%
Horas totales de trabajo anual: 576
98,0%
1
Diagrama Proceso
Agua
A
Cristales
Cristales
44
C
Balance
Balance total (kg)
Balance cristales steviolglicosidos
(kg)
Balance Agua (kg)
44 = A + C
(44)x 0,8 = C x 0,98
C = 36
517= 44 + A
A= 8
Ilustración 21: Balance de masa en etapa de secado y envasado.
91
Anexo 18: Mapa de la cuarta región.
Ilustración 22: Mapa zona proyecto.
92
Anexo 19: Principales equipos utilizados en la producción del edulcorante.

Cinta de selección con detector y separador magnético:
Remoción manual de material extraño tal como piedras, elementos metálicos,
plantas y ramas de Stevia.

Molinos de martillo:
Molienda y estandarización de las hojas de Stevia para facilitar la extracción de
steviolglicósidos hacia el agua.

Microfiltración:
Tiene como fin remover algunos pigmentos y sustancias de alto peso molecular,
tales como hojas y bacterias.
93

Filtro de carbón activado:
Tiene como finalidad retener partículas orgánicas que pueden generar olores y
sabores desagradables.

Ultrafiltración:
Tiene como finalidad retener proteínas, pigmentos, bacterias y virus que
pudiese tener el extracto líquido de Stevia. Se utiliza para lograr la esterilidad
en frío del extracto. Las unidades de ultrafiltración cuentan con bombas de
alimentación y recirculación, instrumentación, válvulas para control de producto
y soluciones de limpieza, filtros y tableros de control y fuerza.
94

Nanofiltración:
Se utilizan membranas con tamaño de poros de
para retener y
concentrar los steviolglicósidos los cuales son almacenados en estanques para
sus posterior cristalización. El agua permeada a través de esta membrana se
almacena y se trata mediante una unidad de osmosis reversa para su
reutilización en la etapa de extracción. Las unidades de nanofiltración cuentan
con bombas de alimentación y recirculación, instrumentación, válvulas para
control de producto y soluciones de limpieza, filtros y tableros de control y
fuerza.

Intercambio Iónico:
El extracto concentrado pasa a través de resinas de intercambio iónico para
remover minerales y conseguir una mejor purificación de los steviolglicósidos.
95

Secador Spray:
Para la producción de cristales de steviolglicósidos se utilizará un secador spray
en el cual el extracto purificado es atomizado y cristalizado debido a la
evaporación del agua mediante una corriente de aire caliente. La humedad del
producto se reduce hasta un 20%.

Lecho fluidizado:
Los cristales de steviolglicósidos de humedad 20% son secados hasta una
humedad final de 2% que permite pulverizar los cristales y envasarlos.

Pulverizado - Envasado:
El producto es pulverizado mediante un molino pulverizador y mezclado con
eritritol según la proporción determinada en la mezcla final, la cual es envasada
en sobres con barrera a la humedad de 0,5 g. Estos sobres se agrupan en 100
unidades y son envasados en cajas de cartulina, las cuales son situadas en
cajas de cartón corrugado para su posterior almacenaje y despacho.
96
Anexo 20: Layout de la planta.
Ilustración 23: Layout planta productora de edulcorante a base de Stevia.
97
Ilustración 24: Vista planta productora de edulcorante a base de Stevia.
98
Ilustración 25: Vista lateral planta productora de edulcorante a base de Stevia.
99
Anexo 21: P&ID de la planta.
Ilustración 26: P&ID de la planta productora de edulcorante a base de Stevia.
100
Anexo 22: Mano de obra directa e indirecta requerida.
Tabla 27: Sueldos anuales mano de obra directa.
Personal
Cantidad
Operarios
16
Operador de caldera
1
Laboratoristas
4
Mantención
6
Jefe de planta
2
Total Anual mano de obra directa
29
Tabla 28: Sueldos anuales mano de obra indirecta.
Personal
Cantidad
Gerente general
1
Gerente administración
1
Gerente operaciones
1
Jefe compras y ventas
1
Jefe recursos humanos
1
Jefe desarrollo y aseguramiento de calidad
1
Contador
1
Agente compras y ventas
1
Encargado de marketing
1
Secretaria
1
Conductor
2
Guardia
2
Casino
2
Aseo
2
Jardinero
1
Portero
2
Total Anual mano de obra indirecta
21
101
Anexo 23: Inversión, depreciación y valor de desecho de los equipos.
Equipos
Valor
Depreciación (años) Valor depreciacion anual Valor de desecho
75.000
9 $
8.333
Balanza
$
150.000
Transpaleta eléctrica
$
5.360.000
7
$
382.857
2.680.000
Molino de martillo
$
1.000.000
15
$
26.667
600.000
Cinta de selección
$
6.000.000
15
$
160.000
3.600.000
Grúa horquilla + volteador
$
4.000.000
7
$
285.714
2.000.000
Tornillos sin fin
$
9.600.000
15
$
256.000
5.760.000
Cinta + tornillo
$
4.800.000
15
$
128.000
2.880.000
Microfiltración
$
100.000.000
15
$
2.666.667
60.000.000
Ultrafiltración
$
100.000.000
15
$
2.666.667
60.000.000
Nanofiltración
$
114.000.000
15
$
3.040.000
68.400.000
Osmosis reversa
$
90.000.000
15
$
2.400.000
54.000.000
Intercambiador iónico
$
744.000
15
$
19.840
446.400
Secador spray+ Lecho fluidizado
$
500.000.000
15
$
13.333.333
300.000.000
Molino pulverizador+ Envasadora
$
98.000.000
15
$
2.613.333
58.800.000
Caldera
25.000.000
5.000.000
15
$
583.333
16.250.000
Equipos taller mantención
$
$
10
$
150.000
3.500.000
Estanques
$
34.534.400
10
$
1.036.032
24.174.080
Camiones
$
26.180.000
7
$
2.618.000
7.854.000
Camionetas
$
10.000.000
7
$
714.286
5.000.000
Equipos de oficina
$
5.590.000
7
$
399.286
2.795.000
Comedor
$
750.000
7
$
53.571
375.000
Servicios higiénicos
$
504.000
7
$
36.000
252.000
Obras civiles
$
354.420.000
50
$
2.835.360
212.652.000
Material de instalación
$
107.539.540
10
$
5.376.977
53.769.770
Equipos laboratorio
$
3.030.000
10
$
151.500
1.515.000
Bins de plástico
$
500.000
Terreno
$
246.400.000
TOTAL ACTIVOS FIJOS
$
1.853.101.940
Puesta en marcha
$
52.800.000
Montaje
$
112.308.040
Patentes y resoluciones
$
5.000.000
TOTAL ACTIVOS NOMINALES
$
170.108.040
INVERSIÓN (hoja seca $2000)
$
2.880.988.159
INVERSIÓN (hoja seca $2750)
$
2.949.738.159
INVERSIÓN (hoja seca $3500)
$
3.018.488.159
$
41.941.757
DEPRECIACIÓN ANUAL EQUIPOS
VALOR DESECHO EQUIPOS
$
947.378.250
Ilustración 27: Inversión en activos fijos, nominales y capital de trabajo.
102
Anexo 24: Costos fijos, variables y gastos.
ÍTEM
Operarios
Calderero
TOTAL (CLP)
$
48.000.000
$
3.360.000
Laboratoristas
Mantención
Jefe de planta
Mano de obra directa
Repuestos y mantención
$
$
$
$
$
16.800.000
25.200.000
24.000.000
117.360.000
27.370.850
COSTO FIJO ANUAL
$
144.730.850
Ilustración 28: Costos fijos anuales de la planta productora de edulcorante.
ÍTEM
Gastos personal
Publicidad
Distribución
Articulos de aseo/comedor
Amortización docs.
GASTO TOTAL ANUAL
TOTAL (CLP)
$
146.760.000
$
20.000.000
$
6.000.000
$
240.000
$ 3.000.000,00
$
176.000.000
Ilustración 29: Gastos anuales de la planta productora de edulcorante
ÍTEM
REACTIVOS
Reactivos CIP
Reactivos laboratorio
Carbón activado
Resina intercambio iónico
MATERIA PRIMA
Hoja seca
Eritritol
Envases
CONSUMOS
Energía eléctrica
Vapor
Agua
COSTO VARIABLE ANUAL
COSTOS TOTALES (FIJOS+VARIABLES)
VALORES HOJA SECA
HOJASECA $2000
HOJASECA $2750
$
297.084.375 $
297.084.375
$
2.000.000 $
2.000.000
$
11.714.556 $
11.714.556
$
10.212.524 $
10.212.524
HOJASECA $3500
$
297.084.375
$
2.000.000
$
11.714.556
$
10.212.524
$
$
$
400.000.000 $
1.015.641.078 $
186.055.157 $
550.000.000 $
1.015.641.078 $
201.055.157 $
700.000.000
1.015.641.078
216.055.157
$
$
$
$
$
116.524.800
1.956.449
5.417.788
1.860.551.570
2.191.337.577
116.524.800
1.956.449
5.417.788
2.010.551.570
2.356.337.577
116.524.800
1.956.449
5.417.788
2.160.551.570
2.521.337.577
$
$
$
$
$
$
$
$
$
$
Ilustración 30: Costos variables y totales de la planta productora de edulcorante.
103
Anexo 25: Flujos de caja del proyecto, planta elaboradora de edulcorante a base de
hojas secas de Stevia.
CONCEPTOS/CUENTAS
0
+ INGRESOS SUJETOS A IMPUESTOS
Ventas del producto
- EGRESOS DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Costos variables
Costos fijos
Gastos de administración y ventas
- GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Gastos depreciación (maquinaria y edificios)
Amortización de preoperativos
= UTILIDAD ANTES DE IMPUESTOS
- IMPUESTOS
= UTILIDAD DESPUÉS DE IMPUESTOS
+ AJUSTES POR GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Ajuste por depreciación (maquinaria y edificios)
Ajuste por amortización de preoperativos
+ INGRESOS NO SUJETOS A IMPUESTOS
Valor de desecho
Recuperación capital de trabajo
- EGRESOS NO DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Inversion (terreno, puesta en marcha, obras
civiles y equipos)
Inversión en capital de trabajo
= FLUJO DE CAJA
TIR
VAN $
PRI
-
-
-
2.763.680.119
1.905.901.940
857.778.179
2.763.680.119
1
7.408.931.879
7.408.931.879
2.367.337.577
2.046.606.727
144.730.850
176.000.000
44.941.757
41.941.757
3.000.000
4.996.652.546
999.330.509
3.997.322.037
44.941.757
41.941.757
3.000.000
-
-
4.042.263.793
PERÍODO DE EVALUACIÓN
2
3
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
2.367.337.577
2.843.932.007
2.046.606.727
2.455.928.072
144.730.850
159.203.935
176.000.000
228.800.000
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
4.998.598.370
4.522.003.939
999.719.674
904.400.788
3.998.878.696
3.617.603.152
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
-
-
4.041.874.628
4
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
-
-
3.660.599.084
-
3.660.599.084
5
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
1.805.156.429
947.378.250
857.778.179
-
5.465.755.514
143%
10.375.931.598
0,68
Ilustración 31: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 2000 pesos chilenos.
CONCEPTOS/CUENTAS
0
+ INGRESOS SUJETOS A IMPUESTOS
Ventas del producto
- EGRESOS DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Costos variables
Costos fijos
Gastos de administración y ventas
- GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Gastos depreciación (maquinaria y edificios)
Amortización de preoperativos
= UTILIDAD ANTES DE IMPUESTOS
- IMPUESTOS
= UTILIDAD DESPUÉS DE IMPUESTOS
+ AJUSTES POR GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Ajuste por depreciación (maquinaria y edificios)
Ajuste por amortización de preoperativos
+ INGRESOS NO SUJETOS A IMPUESTOS
Valor de desecho
Recuperación capital de trabajo
- EGRESOS NO DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Inversion (terreno, puesta en marcha, obras
civiles y equipos)
Inversión en capital de trabajo
= FLUJO DE CAJA
TIR
VAN
PRI
-
-
-
2.832.430.119
1.905.901.940
926.528.179
2.832.430.119
$
1
7.408.931.879
7.408.931.879
2.532.337.577
2.211.606.727
144.730.850
176.000.000
44.941.757
41.941.757
3.000.000
4.831.652.546
966.330.509
3.865.322.037
44.941.757
41.941.757
3.000.000
-
-
3.910.263.793
PERÍODO DE EVALUACIÓN
2
3
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
2.367.337.577
2.843.932.007
2.046.606.727
2.455.928.072
144.730.850
159.203.935
176.000.000
228.800.000
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
4.998.598.370
4.522.003.939
999.719.674
904.400.788
3.998.878.696
3.617.603.152
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
-
-
4.041.874.628
4
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
-
-
3.660.599.084
-
3.660.599.084
5
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
1.873.906.429
947.378.250
926.528.179
-
5.534.505.514
137%
10.225.718.727
0,73
Ilustración 32: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 2750 pesos chilenos.
104
CONCEPTOS/CUENTAS
0
+ INGRESOS SUJETOS A IMPUESTOS
Ventas del producto
- EGRESOS DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Costos variables
Costos fijos
Gastos de administración y ventas
- GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Gastos depreciación (maquinaria y edificios)
Amortización de preoperativos
= UTILIDAD ANTES DE IMPUESTOS
- IMPUESTOS
= UTILIDAD DESPUÉS DE IMPUESTOS
+ AJUSTES POR GASTOS NO DESEMBOLSABLES
Ajuste por depreciación (maquinaria y edificios)
Ajuste por amortización de preoperativos
+ INGRESOS NO SUJETOS A IMPUESTOS
Valor de desecho
Recuperación capital de trabajo
- EGRESOS NO DEDUCIBLES DE IMPUESTOS
Inversion (terreno, puesta en marcha, obras
civiles y equipos)
Inversión en capital de trabajo
= FLUJO DE CAJA
TIR
VAN $
PRI
-
-
-
2.901.180.119
1.905.901.940
995.278.179
2.901.180.119
1
7.408.931.879
7.408.931.879
2.697.337.577
2.376.606.727
144.730.850
176.000.000
44.941.757
41.941.757
3.000.000
4.666.652.546
933.330.509
3.733.322.037
44.941.757
41.941.757
3.000.000
-
-
3.778.263.793
PERÍODO DE EVALUACIÓN
2
3
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
7.408.931.879
2.367.337.577
2.843.932.007
2.046.606.727
2.455.928.072
144.730.850
159.203.935
176.000.000
228.800.000
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
4.998.598.370
4.522.003.939
999.719.674
904.400.788
3.998.878.696
3.617.603.152
42.995.933
42.995.933
41.995.933
41.995.933
1.000.000
1.000.000
-
-
4.041.874.628
4
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
-
-
3.660.599.084
-
3.660.599.084
5
7.408.931.879
7.408.931.879
2.843.932.007
2.455.928.072
159.203.935
228.800.000
42.995.933
41.995.933
1.000.000
4.522.003.939
904.400.788
3.617.603.152
42.995.933
41.995.933
1.000.000
1.942.656.429
947.378.250
995.278.179
-
5.603.255.514
131%
10.075.505.856
0,78
Ilustración 33: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 3500 pesos chilenos
105
Anexo 26: Flujos de caja de proveedores de hojas secadas en cancha, en secador
solar y en túnel.
Cancha
Periodo de evaluación
0
ingresos sujetos a impuestos
Egresos deducibles de impuesos
Gastos no desembolsables
Utilidad antes de impuestos
Impuestos
Utilidad despúes de impuestos
Ajustes por gastos no desembolsables
Ingresos no sujetos a impuestos
Egresos no deducibles de impuestos
Flujo de caja
-
secador solar
Periodo de evaluación
45.500.000
45.500.000
0
ingresos sujetos a impuestos
Egresos deducibles de impuesos
Gastos no desembolsables
Utilidad antes de impuestos
Impuestos
Utilidad despúes de impuestos
Ajustes por gastos no desembolsables
Ingresos no sujetos a impuestos
Egresos no deducibles de impuestos
Flujo de caja
-
tunel
Periodo de evaluación
100.166.667
100.166.667
0
ingresos sujetos a impuestos
Egresos deducibles de impuesos
Gastos no desembolsables
Utilidad antes de impuestos
Impuestos
Utilidad despúes de impuestos
Ajustes por gastos no desembolsables
Ingresos no sujetos a impuestos
Egresos no deducibles de impuestos
Flujo de caja
-
758.888.889
758.888.889
1
400.000.000
11.500.000
388.500.000
77.700.000
310.800.000
-
2
400.000.000
11.500.000
388.500.000
77.700.000
310.800.000
-
3
400.000.000
11.500.000
388.500.000
77.700.000
310.800.000
-
4
400.000.000
11.500.000
388.500.000
77.700.000
310.800.000
-
5
400.000.000
11.500.000
388.500.000
77.700.000
310.800.000
310.800.000
310.800.000
310.800.000
310.800.000
312.300.000
1
550.000.000
3.500.000
10.733.333
535.766.667
107.153.333
428.613.333
10.733.333
-
2
550.000.000
3.500.000
10.733.333
535.766.667
107.153.333
428.613.333
10.733.333
-
3
550.000.000
3.500.000
10.733.333
535.766.667
107.153.333
428.613.333
10.733.333
-
4
550.000.000
3.500.000
10.733.333
535.766.667
107.153.333
428.613.333
10.733.333
-
5
550.000.000
3.500.000
10.733.333
535.766.667
107.153.333
428.613.333
10.733.333
1.500.000
439.346.667
439.346.667
439.346.667
439.346.667
440.846.667
1
700.000.000
7.277.778
3.066.667
689.655.556
137.931.111
551.724.444
3.066.667
-
2
700.000.000
7.277.778
3.066.667
689.655.556
137.931.111
551.724.444
3.066.667
-
3
700.000.000
7.277.778
3.066.667
689.655.556
137.931.111
551.724.444
3.066.667
-
4
700.000.000
7.277.778
3.066.667
689.655.556
137.931.111
551.724.444
3.066.667
-
5
700.000.000
7.277.778
3.066.667
689.655.556
137.931.111
551.724.444
3.066.667
1.500.000
554.791.111
554.791.111
554.791.111
554.791.111
556.291.111
1.500.000
Ilustración 34: Flujos de caja proyectados a 5 años.
VAN cancha
VAN secado solar
VAN tunel secado
TIR cancha
TIR secado solar
TIR tunel de secado
$ 811.573.465,05
$ 1.116.358.608,69
$ 869.029.137,00
683%
439%
68%
Ilustración 35: Índices de rentabilidad en secado en cancha, solar y en túnel.
106
107