8/19/2019 Sábila - Parte 1

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Descripción de procesos para la obtención degel y otros productos de consumo directo e

industrial a partir de la hoja de Sábila (AloeVera).

ResumenEl gel de sábila es un producto de uso extendido para la elaboración de

medicinas, alimentos y base para el desarrollo de productos en la industriacosmética. La planta de sábila crece en ambientes xerófilos, lo que permite que lamisma almacene agua en hasta un 95% y cuyo contenido sólido posee polisacáridos,azúcares, proteínas, entre otros. En Venezuela podemos encontrar lugares aptos parala plantación y procesamiento de la sábila, tales como las regiones costerasnoroccidental y nororiental. Para la extracción del gel se pueden utilizar diferentesmétodos, manuales o mecánicos, y que posteriormente se diversifican dependiendodel producto final deseado, tomando en cuenta la separación del acíbar y la calidad el

gel obtenido.

Parte IMetodología

Para el diseño de un proceso que permita la extracción de gel de la hoja de sábila y posteriormente sus derivados, es necesario plantear una metodología de diseño que permita

obtener la solución más adecuada, sometiendo las soluciones previas a una matrizmorfológica de criterios y evaluación de la propuesta final a través de un ciclo iterativo.

Para el desarrollo del equipo es necesario establecer la cantidad de hojas estimadas a procesar por hora1 y así definir tanto el tipo de máquina como las dimensiones de la misma,además, definir el tipo de producto que se obtendrá a partir de la hoja de sábila y su

1 Kilogramos por hora también sirve como indicador.

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destinatario final, es decir, producto terminado para el consumidor final o producto procesado para ser utilizado en otro subproducto.

Previamente se realizará una investigación documental previa que describirá lascaracterísticas de la hoja de sábila así como los procesos utilizados para la extracción del

gel.

Parte IILa sábila

La sábila o aloe vera es una planta con metabolismo ácido que le confiere lacapacidad de almacenar agua, por lo que se adapta bien a zonas de pronunciada sequía, a laintensidad de los rayos solares y concentración de las sales. Se encuentra principalmente enambientes xerófilos y en zonas cálidas, desarrollándose en climas que van de tropicales ysubtropicales a desérticos. Es de uso extendido en la producción industrial de cosméticos,medicinas y alimentos.

La sábila es un cactus de puntas. Posee una raíz fibrosa gruesa que produce grandeshojas basales, por lo general 12 a 16 por planta, un peso de hasta 1,5 kg en la madurez. La planta madura cuando está cerca de los 4 años de edad y tiene una vida útil de alrededor de12 años. Los principales productos de la hoja son el gel y el acíbar. El acíbar es la savia dela planta y se caracteriza por ser un líquido espeso, de color amarillo ámbar, amargo y olordesagradable, que se convierte en sólido de consistencia vítrea que adquiere un color oscuro(pasta de sábila) cuando es sometido a un proceso de evaporación o cocción. El gel es la porción interna de la hoja o penca constituida por un compuesto viscoso, incoloro, inodoroy virtualmente insípido, con aproximadamente 96 % de agua. El gel de la planta de sábilacontiene alrededor de 98 % de agua. En cuanto a su contenido sólido posee 0.66% de gel y0.56% de sólidos solubles con algunas fluctuaciones estacionales. La materia seca del gel posee polisacáridos (55%), azúcares (17%), minerales (16%), proteínas (7%), lípidos (4%)y compuestos fenólicos (1%). El gel de sábila contiene muchas vitaminas, incluyendo lasvitaminas antioxidantes importantes A, C y E. La vitamina B1 (tiamina), niacina, vitaminaB2 (riboflavina), colina y ácido fólico ácido también están presentes. También se sugiere la presencia de vitaminas B12 (cianocobalamina) en cantidades traza que es normalmentedisponible en fuente animal. Si se quiere extraer el acíbar se debe cortar una hojatrasversalmente y dejar escurrir el acíbar en un recipiente. El acíbar está compuesto porresinas y por antraquinonas, una de las más importantes y que se encuentra en mayorcantidad es la aloína. La aloína es ampliamente utilizada por la industria como laxante y enla preparación de bebidas alcohólicas, parece intervenir en el proceso de control de laevapotranspiración en condiciones de elevada insolación y sequía. La composición,cantidad y propiedades físico-químicas del acíbar y gel pueden, aparentemente, variar enfunción de las condiciones climáticas de la zona y del terreno donde se desarrolla el cultivo,

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además de la época de recolección de las hojas, la edad de las plantas, períodos e intensidadde lluvias y del almacenamiento. El rendimiento de acíbar y gel fueron afectados por ladensidad de población. Por ello, la producción de los productos primarios de la sábila, gel yacíbar, pueden ser distintos de acuerdo a la zona donde se desarrolle (Ver Figura 1)

Fi gura 1 – Par tes de la sábi la

En la zona occidental de Venezuela existen regiones apropiadas para el desarrollode este cultivo, y es así como la pasta de sábila tuvo una gran demanda, entre las décadas de1970-80s, cuando el estado Falcón llegó a exportar al mercado mundial, dado que esteacíbar fue uno de los más cotizados a nivel mundial por su alta concentración de aloína delorden del 37 %. Actualmente, a pesar de que las áreas de cultivo han ido en aumento, lademanda de los productos primarios de la sábila venezolana ha disminuido por diversasrazones donde se incluye, el aumento en el número de hectáreas cultivadas y tecnificaciónde plantaciones en otros países de América Latina, el Caribe y África del Sur, así como lacarencia de estudios económicos sistemáticos de la producción sabilar a nivel nacional yfalta de organización de las redes de productores (Molero y Viloria, 2013).

Parte IIIProductos y procesos asociados a la sábila

El proceso de producción de gel de sábila implica la trituración, molienda o prensado de la hoja entera, seguido por diversas etapas de filtraciones y la estabilización(Es necesario preservar la integridad biológica del ingrediente activo para poder seringerido o aplicado aplicación tópicamente). El gel resultante se incorpora a continuaciónmezclado con otras preparaciones o agentes para producir un producto farmacéutico, producto cosmético o alimentos. En la industria alimentaria, la sábila ha sido utilizadacomo una fuente de bebidas y otros alimentos funcionales como el té. La cantidad de sábilaque encuentra su aplicación en la industria farmacéutica también es sustancial como esevidente por la disponibilidad de ungüentos tópicos, preparaciones de gel, comprimidos ycápsulas. De acuerdo a la investigación documental elaborada se pueden encontrardiferentes procesos asociados a la extracción del gel y acíbar de la hoja de sábila. Ademásde la obtención de diferentes productos destinados al consumidor final.

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las filas. Entre las plantas de una misma fila, hay una distancia de 90 cm. aproximadamenteEsto deja a cada planta aproximadamente 1,30 metros de espacio libre. En muchas plantaciones hay una pista de cosecha, después de cuatro hileras de plantas y de esta formase crea una densidad de 8500 plantas por hectárea.

2. CosechaDespués de la fase de despliegue inicial y 4 años de crecimiento, la planta se `puede

cosechar 3 o 4 veces al año. En la recolección, se debe cortar la parte inferior de las hojas,esto significa un promedio de 6 a 9 hojas por planta. Una hoja de buena calidad pesa entre700 y 900 gramos cada una o preferiblemente más. La recolección es un proceso manual.

3. Procesamiento de las hojas

Las hojas de la sábila después la cosecha deben ser transportadas en camiones

refrigerados desde la plantación hasta el sitio de procesamiento. Las hojas deben estar en buen estado, libre de moho y maduro (3-4 años) con el fin de mantener todos losingredientes activos en plena concentración (Lawless y Allen). Un factor importante queafecta la composición del producto final es el manejo de las hojas después de surecolección debido a la descomposición de la matriz de gel que comienza justo después desu corte debido a las reacciones enzimáticas y a la actividad de las bacterias presentesnormalmente en las hojas. Lo descrito anteriormente puede afectar negativamente a lacalidad del producto final. Por lo tanto, las hojas recién extraídas son refrigeradas hasta 6 h,o las hojas se alimentan directamente a planta de procesamiento en el propio sitio derecolección.

Después del transporte a la fábrica, las plantas tienen que ser lavadas ydesinfectadas. Hay dos métodos básicos de tratamiento, el procesamiento con hoja entera y procesamiento con separación.

Procesamiento de la hoja entera: incluyendo la cáscara que contiene aloína. El método dehoja entera conduce a un producto inaceptable acabado con un gel de baja calidad.

Procesamiento de la hoja con separación: En este método se corta la parte inferior de lahoja, por lo que estas tienen la oportunidad de "sangrar". Esto da como resultado laseparación de la aloína de las hojas. Para obtener un buen producto, es importante que laaloína se mantenga fuera del gel final.

Después de algún tiempo de filtración, el proceso continúa cortando los bordesespinosos con un cuchillo afilado o bien con un rallador.

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4. Métodos de separación

En este proceso se retira la corteza verde de la hoja para extraer el tejido parenquimatoso llamado filete de gel. Con el fin de evitar el daño en el producto, elfileteado debe completarse dentro de 36 h después de la cosecha de las hojas.

Después del sangrado y del proceso de preparación se pueden utilizar diferentesmétodos de separación, los cuales se describen a continuación:

4.1 Prensado

En el prensado, las hojas pre-procesadas se colocan sobre una cinta transportadora yse introducen en una prensa. El gel final contiene residuos de aloína remanentes y Parteesde la hoja.

4.2 Fileteado manual

En el proceso de fileteado manual, los bordes duros y la Partee superior de las hojasse cortan. Posteriormente, la hoja se corta longitudinalmente. Cada mitad de hoja estacompuesta por la piel y filete que contiene el gel. El filete se corta o se raspa de la hoja.Esto se puede hacer con un cuchillo afilado, pero a menudo se hace con un cuchillo dediseño propio o bien con una máquina simple. El núcleo de la hoja sigue siendo un filete dealoe gel húmedo. Posteriormente, el filete debe que ser moldeado para licuar el gel. Estemétodo tiene sin embargo algunas desventajas importantes:

El método conlleva una mano de obra intensiva y baja velocidad de procesamiento.

El rendimiento por hoja es bajo a causa de la gran cantidad de restos de gel en la piel.

La calidad del producto final es baja, ya que con este método, es difícil conseguirgel cercano a la piel el cual es de más alta calidad.

El riesgo de contaminación del gel de sábila por factores externos es alto, porqueimplica muchas operaciones manuales.

4.3 Fileteado a máquina

En el método de fileteado a máquina, los bordes duros y la parte superior de lashojas se cortan. Luego las hojas se introducen manualmente en un cuchillo eléctrico. La piel de ambos lados de la hoja se elimina en este proceso. El núcleo de la hoja se conserva:un filete de gel de sábila húmedo. Los filetes de sábila se convierten en líquido en un vaso(tipo de lavadora). Este proceso dura varias horas. Este método tiene algunas desventajasimportantes:

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Una mano de obra intensiva y una velocidad de procesamiento de baja;

El rendimiento por hoja es bajo porque quedan muchos restos de gel debido a que elcuchillo de filetear eléctrico tiene una posición fija orientada a la parte más delgada de lashojas a procesar. Además cuando la hoja del cuchillo se acerca demasiado a la piel, el aloe

gel se contamina con aloína; el cuchillo no se adapta a los diferentes grosores de las hojas ytiene margen de seguridad demasiado alto en el borde de la hoja.

La calidad del producto final es baja debido a que no es posible extraer el gel máscercano a la piel. Aunque se pueden utilizar combinaciones de diferentes métodos, talescomo el corte manual y la licuefacción en máquina.

4.4 Fileteado a máquina - Método AGS

En el método de mecanizado AGS, se cortan tanto los bordes duros como la partesuperior de las hojas. Seguidamente se puede depositar las hojas completas en la máquina yse separa la piel en ambos lados de la hoja y así se gana y se recolecta la máximaconcentración de gel de sábila.

5. Procesamiento del Gel

Después de retirar el gel de las plantas, éste necesita homogeneizado, filtrado, pasteurizado y estabilización. A través de estos procesos, el gel cambia de un colortransparente a un color miel marrón. El último paso es entonces la concentración del gel.

5.1 Tratamiento enzimático y de homogenización

Incluye triturar o moler el filete de gel a temperatura ambiente (25 °C) en un molinode alta velocidad. El aplastamiento o molienda debe ser completado dentro de 10 a 20minutos con el fin de evitar el pardeamiento enzimático.

5.2 Filtración y desaireación

A través de este proceso se elimina el material fibroso. Esta operación influye en laestabilidad del jugo de sábila. Si la filtración no se realiza como es debida es posibleobtener sedimentos en el producto. El jugo de sábila sin pasteurizar está fortificado convitamina C y ácido cítrico para evitar reacciones de pardeamiento, mejorar el sabor yestabilización. El objetivo de la desaireación es prevenir la oxidación del ácido ascórbicoque con el tiempo mejora los sabores del jugo de sábila.

5.3 Calentamiento y enfriamiento rápido

Durante el proceso de calentamiento se produce la esterilización. Este paso puedeafectar el sabor, la apariencia y la actividad biológica del gel. La actividad biológica del gel

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de sábila en esencia permanece intacta cuando este se calienta a 65 ° C durante un períodode menos de 15 min. Los períodos prolongados o temperaturas más altas reducen en granmedida los niveles de actividad. Después del tratamiento térmico, el jugo es enfriadorápidamente a 5 ° C o por debajo en un plazo de 15 s para preservar biológica actividad.Como procedimiento alternativo se puede calentar el gel de 85 a 95 ° C durante 1-2minutos. Éste es un método eficaz para evitar el sabor apagado y la pérdida de la actividad biológica de gel de sábila.

5.4 Almacenamiento

El aloe vera es envasado en vidrio de color ámbar para evitar el efecto de la luzsobre los agentes bioactivos sensibles. La humedad relativa y la temperatura son dos parámetros ambientales importantes que afectan la calidad del producto. Estos dos parámetros también pueden afectar la cantidad de la sustancia volátil del jugo absorbida porel material de embalaje y en consecuencia afectar la vida útil del producto.

El proceso de cortar las hojas y el extracto final debe ser realizado en un plazomáximo de 3 días. La pérdida de calidad en el proceso puede producirse de varias maneras.Las razones más importantes son la poca calidad de las hojas y un deficiente o lento procesamiento.

6. Extracto de Sábila

Cuando el gel de sábila es procesado, sale un acuoso líquido claro de un colorámbar claro, es el extracto de sábila o jugo.

Este jugo puro consiste en un 95% de agua y 5% de componentes activos, de loscuales los polisacáridos, especialmente el polymannose, determinan la calidad del extractode sábila. Cuanto más el extracto se ha concentrado y filtrado (eliminación del agua),mayor es el nivel de polisacáridos. El cliente tiene la posibilidad de diluir el extracto desábila a la concentración deseada de la sustancia activa.

La calidad y el porcentaje de extracto en el producto final son el factor decisivo parala eficacia del gel de sábila. La calidad del extracto se determina por la raza, lascircunstancias de crecimiento (el clima, la cantidad de agua, fertilización), por el tiempo decosecha, proceso de extracción y proceso de estabilización.

Parte VParámetros de diseño y propuestas

Si bien se plantea un crecimiento de fábrica escalonado, condicionado por laobtención de los recursos, se recomienda una fábrica de tipo modular y producción con procesos en paralelo, aplicando el principio de superposición (Ver figura 3).

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Los procesos mecanizados poseen elementos de máquinas que permiten realizar enconjunto una serie de acciones:

Corte Triturado

Elevación y transporte Calentamiento Enfriamiento Envasado

Para estas acciones es necesario el uso de ejes, cintas transportadoras, cadenas,sistemas neumáticos, rodamientos, rodillos y elementos de máquinas en general.

En relación al material utilizado para la construcción de los equipos hay que teneren cuenta que su uso es destinado para el procesamiento de alimentos, además de que en los

procesos se incluye calentamiento y enfriamiento. Para este tipo de uso y mantener lacalidad e higiene de los productos es recomendable el acero inoxidable grado alimenticio.

Adicionalmente y para mejorar la calidad del producto se deben incorporar sistemasde automatización industrial que a su vez incluyen motores, sistemas de control y protección (contactores, relés, botoneras, etc.) y cableado.

Figur a 3 - Ejemplo de proceso con fases en paralelo y equipos modulares

Según el método de Velilla y Amórtegui2 se plantea un diseño a detalle del procesode extracción de gel de la planta de sábila sin que ésta entre en contacto con el acíbar. Estese basa en la integración de las metodologías de diseño conceptual para la obtención de posibles alternativas y la metodología de análisis del costo del ciclo de vida que permitaseleccionar la opción más viable concerniente a costos asociados para su debido diseño dedetalle.

2 Velilla y Amórtegui (2013). Diseño de un sistema semiautomático para la extracción de gel de aloe vera;análisis integral del costo del ciclo de vida del equipo.

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Propuesta 1

Este diseño consiste en un par de cintas transportadoras que conducen las pencas aun conjunto de rodillos de trituración que cumplen la función de comprimir y extraer el gel.Por el extremo opuesto a la alimentación del dispositivo se ubica una rejilla que recolecta el

gel en un contenedor, separándolo de la concha (Figura 4)

Figur a 4 - Propuesta 1

Propuesta 2

En este prototipo las hojas pre-procesadas (lavadas, despuntadas y cortadaslongitudinalmente) son introducidas en un par de cintas trasportadoras, que conducen las pencas al conjunto de rodillos de trituración con la función de comprimir y extraer el gel.

Por el extremo opuesto a la alimentación del dispositivo se ubicada una malla, que separa elgel de la concha. El gel, por acción de la gravedad, cae a un contenedor que filtra el gel dealoe de los residuos sólidos (Figura 5).

Fi gura 5 – Propuesta 2

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Propuesta 3

En esta alternativa las pencas de sábila son introducidas en la tolva superior de lamáquina. En una primera fase las hojas son impulsadas por un par de rodillos hacia unacuchilla, que las corta en dos mitades. Posteriormente, cada mitad de las hojas son

nuevamente impulsadas por un par de rodillos que la direccionan sobre cintastransportadoras, que a su vez hacen contacto con el tamiz, permitiendo así la extracción degel. Por último, el gel es almacenado en una bandeja y las conchas son expulsadas.Adicionalmente a nivel comercial encontramos una serie de máquinas que definendiferentes procesos, tales como la obtención de gel y jugos (Figura 6).

Fi gura 6 – Propuesta 3

Parte VII

Conclusiones y recomendaciones

Para la extracción del gel de hoja de sábila es necesario establecer como primer punto lacapacidad a procesar y el producto final.

Se recomienda evaluar a detalle las propuestas planteadas e investigar acerca de laexistencia de equipos parecidos en el mercado.

Definir las dimensiones y ubicación de la fábrica. Evitar procesos que involucren traslado de materia prima y/o productos, estos generan

gastos. Establecer criterios de diseño. Diseño y construcción de planta prototipo.