(1) EVALUATION OF THE EFFECT OF TEMPERATURE ON THE DRYING OF BEE-POLLEN FROM TWO ZONES OF CUNDINAMARCA
JOHANNA PATRICIA BARAJAS-ORTIZ
Ingeniera de Alimentos,Universidad Jorge Tadeo Lozano jjohhanna18@hotmail.com
TELMO MARTÍNEZ
Zootecnista. Apicultor, Apiario los Cítricos, Universidad Nacional de Colombia abejita33@hotmail.com
EDUARDO RODRÍGUEZ-SANDOVAL
Universidad Nacional de Colombia, Medellín. Antioquia, edrodriguezs@unal.edu.co
]]> Recibido para revisar junio 19 de 2009, aceptado marzo 25 de 2010, versión final junio 18 de 2010
RESUMEN: En este estudio se evalúa la influencia de la temperatura de secado ( 35°C y 45°C ) y el origen del producto ( la Calera y Zipaquirá) sobre las características físicas, químicas, y nutricionales del polen seco. Los métodos utilizados para determinar la influencia de los tratamientos son: Caracterización fisicoquímica, actividad de agua, índice de solubilidad, tamaño de partícula, contenido de vitamina C y carotenos. Los resultados confirman que el secado de polen a una temperatura de 45ºC es el más adecuado debido a que presenta un menor tiempo de proceso y no se afectan sus propiedades fisicoquímicas y nutricionales. Los contenidos de proteína, fibra y ceniza del polen no se afectan por la temperatura de secado. El contenido de carotenos del polen de la Calera es mayor que el de Zipaquirá, posiblemente por la flora de recolección en cada zona. El contenido de vitamina C disminuye al aumentar la temperatura de secado, pero no existen diferencias significativas entre zonas.
PALABRAS CLAVE: Polen apícola, temperatura, secado, origen.
ABSTRACT: The influence of the drying temperature ( 35°C and 45°C ) and the bee-pollen origin ( la Calera and Zipaquirá) are evaluated on the physical, chemical and nutritional characteristics of dried bee-pollen. The methods used to establish the effect of the treatment are: Physicochemical characterization, water activity, solubility index, particle size, vitamin C and carotene content. The results confirm that the drying temperature of 45ºC is suitable for the drying process of bee-pollen because the process time is lower and the physical, chemical and nutritional properties are not affected. The protein, fiber and ash contents are not affected by the drying temperature. The carotene content of the pollen from la Calera is higher than that of the pollen from Zipaquirá, probably due to the composition of the flora in each zone. The vitamin C content decreases as the drying temperature increases, but there are no significant differences between zones.
KEYWORDS: Bee-pollen, temperature, drying, origin.
1. INTRODUCCIÓN
El polen es un polvillo producido por los órganos masculinos de las plantas recogido por las abejas con su boca humedeciéndolo con néctar y dándole forma de pequeños granos. La producción de polen apícola en Colombia presenta una estacionalidad con tres picos en el año: Mayo, Octubre y Diciembre. Sin embargo, la zona conocida como altiplano Cundiboyacense, tiene una producción continua durante todo el año [1]. De la producción de polen derivan sus ingresos unas 300 familias de apicultores que en total manejan unas 6000 colmenas. El apicultor puede vender en promedio a $12000/kg de polen (US$ 4.8 /kg) y al consumidor final puede llegar hasta $30000/kg de polen (US$ 12 /kg) [2].
El polen recolectado por las abejas es humedecido con miel o néctar que la abeja lleva en su boca. Con las patas delanteras sacan el polen de la boca, traspasándolo a las patas del medio y finalmente pasando el polen a las patas traseras desde donde es trasportado a las colmenas. Si el polen se recolecta de diferentes flores éste presentará distintos matices. El contenido de polen de las diferentes especies y variedades de plantas varía ampliamente y su producción depende principalmente de factores edáficos y climáticos. Las principales plantas poliníferas en Colombia son: Citharexylum fructicosum; Weimania tomentosa (Cunoniaceae), Vallea stipularis M. (Eleocarpaceae), Miconia squamosa (Melastomataceae); Galtheria sclerophyla (Ericaceae), Eucalyptus globulus L. y Myrciantes leucoxyla (Myrtaceae), Zea mays (Poaceae), Brasicca campestris (Cruciferae), Acacia decurrens W. (Mimosaceae), Hesperomeles goudiana (Rosaceae), Oreopanas floribundum (Araliaceae), Dodonea viscosa (Sapindaceae), Alnus acuminata H.B.K. (Betulaceae) y Puya sp (Bromeliaceae) [3].
]]> El procedimiento de recolección consiste en instalar una trampa que está constituida por una placa que retiene el polen, obligando a las abejas a pasar por unos orificios circulares de 5 mm de diámetro. Las abejas, al pasar por la placa dejan caer los granos de polen a través de una malla, a un depósito recolector inferior. La periodicidad de recolección depende de la capacidad de la trampa, la humedad del polen, el clima del lugar de cosecha, tamaño y temperatura de la colmena [4].Los cambios que puede sufrir el polen por la manipulación manual afectan su poder nutritivo y dan paso a la proliferación de bacterias y hongos que se encuentran favorecidos por la alta humedad del polen fresco, por esta razón, es necesario deshidratar el producto para incrementar su vida útil [5]. En ciertas partes del mundo el secado de polen se realiza al sol, siendo este proceso poco conveniente ya que su tiempo de exposición es largo, dando lugar a la aparición de bacterias y hongos. El secado por aire caliente es el proceso apropiado y utilizado actualmente para obtener un producto comercial debido a un menor tiempo de proceso y a las condiciones de manipulación del producto [6].
El polen puede ser comercializado tanto fresco como seco; no obstante, la comercialización en fresco requiere un proceso de conservación a baja temperatura (entre 5°C y 10°C ) para evitar su deterioro. El secado de polen, cuyo objetivo es disminuir su actividad acuosa, permite conservar el producto a temperatura ambiente facilitando su comercialización y beneficiando económicamente a los apicultores. Teniendo en cuenta lo anterior, este trabajo tiene como propósito estudiar el efecto de la temperatura de secado y el origen del producto sobre las características fisicoquímicas y nutricionales del polen seco.
2. METODOLOGÍA
2.1 Materiales
El polen se obtuvo de dos municipios de Cundinamarca: la Calera y Zipaquirá. Los dos municipios tienen una temperatura aproximada de 14°C ; sin embargo, las zonas donde están ubicados los apiarios son diferentes. La zona de la Calera es montañosa, tiene mayor humedad y arborización con relictos de bosque nativo, mientras que el apiario de Zipaquirá está ubicado en una zona más abierta, donde predominan las pasturas de la ganadería lechera.
El proceso de deshidratación del polen limpio se llevó a cabo en un secador de bandeja con aire caliente sin recirculación, a temperaturas de 35ºC y 45ºC (rango de temperaturas recomendado por los apicultores). El proceso de secado finalizó cuando el producto llegó a un contenido de humedad menor a 12%. La humedad relativa del aire en Bogotá se encuentra generalmente entre 60 a 70%. Este parámetro no se controló dentro del equipo de secado. Los parámetros que se mantuvieron constantes durante el proceso de secado del polen fueron:
Curvas de secado: Las curvas de secado se realizaron registrando la pérdida de peso de la muestra durante el tiempo de proceso mediante un sistema de adquisición de datos acoplado al secador. Los pesos obtenidos se convierten en términos de humedad residual empleando las ecuaciones (1) y (2) [8].
(1)
Donde W es el peso del sólido húmedo (kg totales de agua más sólido seco), Ws es el peso del sólido seco (kg sólido seco), y Xt es la relación entre el peso del agua y el peso del sólido seco a un determinado tiempo (kg de agua/kg de sólido seco). Posteriormente, se calcula la humedad residual por medio del contenido de humedad en equilibrio para cada valor de Xt (Ecuación 2).
(2)
Donde X* es la humedad en equilibrio (kg de agua en equilibrio/ kg de sólido seco). X es el contenido de humedad residual (kg de agua libre/kg de sólido seco) para cada valor de Xt
Medida de la actividad de agua (aw): El equipo que mide actividad acuosa (model ms1 Set aw, Novasina AG, Suiza) se calibró mediante el uso de diluciones saturadas de sales de actividad de agua conocidas. El equipo consta de una cámara y un panel de control. Dentro de la cámara se ubica el material y se obtiene el valor de actividad de agua del producto.
]]> Determinación de carotenos: Los carotenos del polen se extrajeron por medio de la acción de un solvente (hexano) y una columna de cromatografía con absorbentes (trifosfato de calcio y sulfato de sodio anhidro) cuyo objetivo es retener las sustancias diferentes a los carotenos [9]. La absorbancia de la muestra obtenida se determinó en un espectrofotómetro (Helios alfa, Termo Spectronic, Rochester, NY) a una longitud de onda de 450 nm, y la cantidad de caroteno se estableció de acuerdo a una curva de calibración previamente realizada.Determinación de vitamina C: La extracción del ácido ascórbico de las muestras de polen se realizó con ácido oxálico (0.15% p/v) de acuerdo con la metodología propuesta por Bernal [9]. Se empleó el espectrofotómetro descrito anteriormente a una longitud de onda de 540 nm. La cantidad de vitamina C se determinó tomando en cuenta una curva de calibración previamente realizada.
Índice de solubilidad: La muestra de polen ( 5 g ) fue disuelta en agua destilada (100 ml), a temperatura ambiente. Cada 5 s durante 1 min se pesó la muestra [10]. Para hallar el índice de solubilidad (IS) se aplicó la Ecuación (3).
(3)
Donde 
es el índice de solubilidad del polen seco, 
es el peso de la muestra después de la inmersión en agua (g), 
es el peso de la muestra seca (g), 
es el peso de la muestra inicial antes del proceso de secado (g)
Tamaño de partícula: El tamaño de partícula se determinó en un RoTap (Model B., W.S. Tyler, Inc., Gastonia, NC) con tamices de 150 µm, 250 µm, 355 µm, 425 µm, 500 µm y 850 µm. El peso de polen en cada tamiz se midió después de un tiempo de tamizado de 10 min. [11]. El tamaño de partícula fue calculado usando la fórmula de Ensor et al. [12].
2.4. Diseño experimental y análisis estadístico
En la experimentación se utilizó un diseño experimental factorial 22, cuyos factores y niveles se muestran en la Tabla 1. El total de tratamientos realizados en la experimentación fue de 12, los cuales incluyen 3 repeticiones. Debido a la restricción de producción de los apiarios, se disponía de una muestra de polen de 1 kg por cada semana de experimentación, la cual se desarrolló en el periodo comprendido entre Julio y Agosto del 2008. Los resultados se analizaron utilizando el programa estadístico Statgraphics Plus 5.1 mediante ANOVA y un porcentaje de error del 5% en el nivel de significancia.
Tabla 1. Factores y niveles del experimento
Table 1. Experimental factors and levels ]]>
3. RESULTADOS Y DISCUSION
3.1 Curvas de secado
La curva de secado muestra el comportamiento de la humedad con respecto al tiempo. Las Figuras 1 y 2 muestran unas curvas de secado representativas del polen procedente de la Calera y Zipaquirá, respectivamente, a las temperaturas de proceso de 35ºC y 45ºC . La curva de secado a 35°C presenta un mayor tiempo de proceso si se compara con la de 45ºC . A pesar que las muestras no presentaron una misma humedad residual inicial, a una mayor temperatura de secado se observó un menor tiempo de proceso. El tiempo total de secado para el polen de la Calera a 35°C fue de 297 min, y a esta misma temperatura para el polen de Zipaquirá fue de 210 min. El tiempo gastado para secar el polen de la Calera a 45°C fue de 198 min y para el polen de Zipaquirá fue de 156 min.
Figura 1. Curvas de secado a 35°C y 45°C del polen de la zona de la Calera
Figure 1. Drying curves of bee-polen at 35°C y 45°C from Calera zone
Figura 2. Curvas de secado a 35°C y 45°C del polen de la zona de Zipaquirá ]]>
Figure 2. Drying curves of bee-polen at 35°C y 45°C from Zipaquirá zone
3.2 Contenido de humedad y actividad de agua
El descenso de la humedad en un alimento mediante un proceso de deshidratación disminuye su actividad de agua, de tal forma que se inhibe el crecimiento de microorganismos [13]. La actividad de agua del polen de ambas zonas disminuyó al mismo tiempo que lo hizo su contenido de humedad como se muestra en la Tabla 2. Existe una diferencia significativa entre la actividad de agua según el tratamiento (fresco, seco a 35°C , seco a 45°C ), pero no entre zonas. La actividad de agua del polen de la Calera es levemente mayor, esto se debe probablemente a que la ubicación geográfica del apiario se encuentra en una zona de bosque húmedo; sin embargo, la variación entre los datos obtenidos no es mayor a 0.1, siendo similares a nivel experimental.
Tabla 2. Contenido de humedad y actividad de agua para las muestras de polen
Table 2. Moisture content and water activity for the bee-pollen samples
En el proceso de secado con una temperatura de 45ºC se pierde mayor humedad llegando a contenidos entre 7 y 8%. Uno de los objetivos del secado es disminuir el contenido de humedad a valores por debajo de ± 8% o alcanzar valores de aw por debajo de 0.6, para no permitir el crecimiento de bacterias y hongos y retrasar lo más posible el desarrollo de ácaros e insectos en el producto [6].
3.3. Caracterización química del polenTabla 3. Caracterización fisicoquímica del polen en base seca
Table 3. Physicochemical characterization of bee-pollen in dry basis ]]>
El porcentaje de proteína de polen para ambas zonas y para los diferentes tratamientos no tiene diferencias significativas. El porcentaje de proteína del polen estudiado se encuentra cercano al 28%. Rogala y Symas [15] reportaron un porcentaje de proteína de 27% para el polen de Polonia, cifra cercana al valor obtenido en este trabajo. Por otro lado, Almeida-Muradian et al. [16] reportaron un valor de 21% de proteína (base seca) para polen seco de la región del sur de Brasil, y Salamanca-Grosso et al. [3] determinaron un valor de 17% de proteína para polen seco del departamento de Boyacá, Colombia.
El porcentaje de grasa (base seca) aumenta levemente a medida que aumenta la temperatura de secado. Los lípidos del polen están constituidos por lípidos citoplásmicos internos y lípidos externos de una capa adhesiva que cubre el grano de polen. Sin embargo, el contenido de lípidos que reporta la mayor parte de la literatura se refiere principalmente al contenido graso de la cubierta externa del polen y puede constituir solo una pequeña fracción de la grasa total del material [17]. La determinación del contenido graso por el método de extracción con éter de petróleo, empleado en este trabajo, puede extraer alrededor de un 27% del total de lípidos, pero si la pared del polen se fractura o se quiebra más fácilmente por efecto de un proceso, como el secado, el valor reportado podría ser mayor [18]. La estimación del contenido graso total del polen apícola requiere análisis y métodos mucho más estrictos para realizar la completa extracción de los lípidos con solventes.
El polen seco de la Calera tuvo un porcentaje de grasa entre 4 y 5%, valores cercanos a los reportados en un estudio realizado para polen fresco, polen almacenado en las colmenas y reunido por las abejas con un porcentaje de 4.8% [17]. Almeida-Muradian et al. [16] reportaron un valor de 7% de grasa (base seca) para polen seco de la región del sur de Brasil. Por otro lado, el polen seco de Zipaquirá presentó porcentajes de grasa entre 1.1 y 2.2%, siendo similar al reportado por Salamanca-Grosso et al. [3] para polen seco de Boyacá con un valor cercano al 2.5% de grasa. El contenido de grasa del polen de la Calera fue mayor que el reportado para el polen de Zipaquirá.
Los datos obtenidos del contenido de cenizas indican que no hay una diferencia significativa entre los procesos a los que se sometió el polen, es decir que la temperatura no influye directamente en el porcentaje de cenizas. El polen de Zipaquirá obtuvo el mayor porcentaje de cenizas para los tres tratamientos comparado con el polen de la Calera. Todos los resultados del contenido de ceniza son menores a los encontrados por Human y Nicolson [17], los cuales se encuentran entre 3.6% y 4.5%.
El contenido de cenizas del polen de la Calera ( 2.1 a 2.89%) es similar a los reportados por Almeida-Muradian et al. [16] y Salamanca-Grosso et al. [3], los cuales están en un rango de 2.2 a 2.7%.
No se detectó fibra en el polen de Zipaquirá y el porcentaje de fibra del polen de la Calera no se afectó significativamente por la temperatura de secado. El porcentaje de fibra (0.4%) obtenido en los resultados de este trabajo es bajo comparado con los valores reportados por Rogala y Symas [15] y Salamanca-Grosso et al. [3], que corresponden a 2.59% y 5.4%, respectivamente.
3.4. Contenido de vitamina C y caroteno del polenTabla 4. Influencia de la temperatura de secado en el contenido de vitaminas en el polen
Table 4. Influence of drying temperature on the vitamin content in bee-pollen ]]>
Las provitaminas son compuestos que en el organismo se transforman en vitaminas. El papel más importante de los pigmentos del caroteno en la dieta humana y de otros animales es su capacidad para funcionar como precursores de la vitamina A. Una molécula de caroteno produce por oxidación dos moléculas de vitamina A [19]. En la estabilidad de los pigmentos, la temperatura, tanto para reacciones anhidras como hidratadas, actúa como acelerador de la reacción de degradación [20]. Sin embargo, al reducir la actividad de agua durante el proceso de secado, se concentran los antioxidantes y se protegen los carotenoides [14]. En la Tabla 4 se observa una diferencia estadísticamente significativa en el polen de las dos zonas, con un mayor contenido de carotenos para el polen de la Calera , esto también depende de las diferentes especies y variedades de plantas, de las cuales las abejas recolectan el polen. No se encuentran diferencias significativas entre la cantidad de carotenos del polen fresco y el polen seco a 35°C ; sin embargo, se observa una disminución de éste en el polen seco a 45°C principalmente en la zona Calera.
3.5 Tamaño de partícula del polen
El tamaño de partícula del grano de polen varía según su zona de origen como se evidencia en la Figura 3. El polen de la Calera tiene mayor tamaño de partícula, entre 837-845 µm, sin presentar diferencias significativas entre tratamientos. Se esperaba que con el tratamiento térmico disminuyera el tamaño de partícula (por perder agua) pero no ocurrió así. De otra parte, el polen de Zipaquirá presenta un rango de tamaño de partícula entre 824-828 µm, siendo mayor el polen seco a 45ºC con respecto a los demás tratamientos, pero sin presentar diferencias significativas entre tratamientos.
Figura 3. Tamaño de partícula del grano de polen de acuerdo a su zona de origen y tratamiento
Figure 3. Mean particle size of the bee-pollen grain according to the origin zone and treatment
3.6 Índice de solubilidad
El índice de solubilidad muestra como se disuelve un material con respecto al tiempo. El polen tiene un alto índice de solubilidad, ya que las muestras analizadas presentaron un tiempo de disolución cercano a los 50 s. El comportamiento del índice de solubilidad para el polen de la Calera se presenta en la Figura 4. Los resultados obtenidos muestran que la solubilidad de este polen a las dos temperaturas es similar, siendo levemente mayor a 35ºC , posiblemente por las características del polen deshidratado a dichas condiciones. Por otro lado, los resultados del índice de solubilidad para el polen de Zipaquirá se presentan en la Figura 5 y no se observa ninguna diferencia apreciable para las dos temperaturas estudiadas. Al comparar el polen procedente de las dos zonas, se aprecia un valor de solubilidad mayor para el polen de Zipaquirá debido posiblemente a que este polen presenta un menor tamaño de partícula con respecto al polen de la Calera , facilitando su disolución en agua a temperatura ambiente. El índice de solubilidad se afecta por la estructura física de la matriz del producto, lo cual está relacionado con su capacidad de absorción de agua en la fase inicial de la solubilización.
]]>
Figura 4. Índice de solubilidad de polen seco de la zona de la Calera
Figura 4. Solubility index of dried bee-pollen from Calera zone
Figura 5. Índice de solubilidad del polen seco de la zona de Zipaquirá
Figure 5. Solubility index of dried bee-pollen from Zipaquirá zone
4. CONCLUSIONES
Los contenidos de proteína (28%), fibra (0,4%) y ceniza (2-3%) del polen apícola no se afectaron por la temperatura de secado. A mayores temperaturas de secado se obtienen menores tiempos de secado, contenidos de humedad y actividades de aguas. El contenido de carotenos del polen de la Calera (0.7 mg carotenos/ g polen) fue mayor con respecto al polen de Zipaquirá (0.2 mg carotenos/ g polen), posiblemente por la flora de recolección de las abejas en cada zona. No se encuentran diferencias significativas entre la cantidad de carotenos del polen fresco y el polen seco a 35°C ; sin embargo, se observa una disminución de éste en el polen seco a 45°C , principalmente el de la Calera. Por otra parte, el contenido de vitamina C disminuyó al aumentar la temperatura de secado, pero no existen diferencias significativas entre zonas, por consiguiente se puede afirmar que la cantidad de vitamina C en el polen seco se afecta principalmente por la temperatura de secado y no por su procedencia. La solubilidad del polen de la Calera fue menor que la de Zipaquirá debido a que este último presenta un menor tamaño de partícula facilitando su disolución en agua a temperatura ambiente.
Las mejores condiciones de secado del polen apícola no se determinaron claramente. El secado a 45 °C tiene menor tiempo de proceso, contenido de humedad y actividad de agua, pero mayores pérdidas en cuanto al contenido de carotenos y vitamina C. Se recomienda evaluar más temperaturas de secado y polen de diferentes regiones del país, para determinar con mayor exactitud las condiciones más apropiadas y el efecto de su procedencia. Para futuras investigaciones se sugiere: medir la porosidad de las muestras de polen debido a que esta propiedad afecta la velocidad de secado y el índice de solubilidad, completar el análisis del comportamiento de secado evaluando el coeficiente efectivo de difusión mediante la aplicación de la ley de Fick, y mejorar los métodos de determinación de proteína (aminoácidos) y grasa (ácidos grasos).
]]> AGRADECIMIENTOS
Los autores reconocen la ayuda de las empresas APIARIO LOS CÍTRICOS y APÍCOLA SAN JOSE, por el suministro del polen fresco, de igual forma se agradece la ayuda proporcionada por la UNIVERSIDAD JORGE TADEO LOZANO para desarrollar este proyecto.
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