ARTÍCULO ORIGINAL

Calidad del boniato troceado y molinado durante la producción de alimento ensilado para cerdos

Dr.C. Arelys Vázquez-Peña^I  , Dr.C. Antihus Hernández-Gómez^II  , Dr.C. Magalis Herrera-Villafranca^I  , Dr.C. Pedro Valdés-Hernández^II 

^IInstituto de Ciencia Animal, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

^IIUniversidad Agraria de la Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

La talla de las partículas es una de las propiedades que más influyen en la calidad de los alimentos para animales monogástricos. El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la calidad del boniato troceado y molinado durante la producción de alimento ensilado para cerdos en la planta “Héctor Molina”, y comprobar si ambos cumplen con las exigencias del tamaño de partícula recomendado para este tipo de alimento. Para demostrar si el tamaño de partícula que se obtiene, se corresponde con lo propuesto (40 ±7 mm) para la máquina troceadora y (4 ± 2 mm) para el molino de martillo, se caracteriza física y mecánicamente el boniato y se diseñan dos experimentos que utilizan muestras (boniato) de un mismo lote y en diferentes horarios. El boniato fraccionado se mide con un pie de rey y el finamente molido utiliza un tamiz dispersador-sacudidor. Se aplicó un diseño completamente aleatorizado y dócima de Duncan para P<0,05 en los casos necesarios y para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico Infostat versión 2012. Se determinó que el boniato presenta características físico-mecánicas en correspondencia con el proceso agroindustrial y que la calidad del troceado y el molinado responden a la tecnología propuesta, comprobándose que el valor promedio del tamaño de partícula fue de 36,06 mm para el aparato troceador y que el 100% de la masa total de boniato cumple con el tamaño de partícula propuesto (4±2 mm).

Palabras-clave: calidad; molino de martillos; máquina troceadora

INTRODUCCIÓN

La alimentación representa entre 60 y 70% del costo total de los sistemas de producción porcina, mientras que la ceba (de 25 a 100 kg de peso vivo) consume, aproximadamente, 70% de los alimentos del rebaño. Es por eso que se le concede gran importancia al uso racional y eficiente de los alimentos, puesto que este aspecto decide la eficiencia general y la economía de estos sistemas productivos de conjunto con un manejo apropiado (^{Mederos et al., 2014}). Las raciones alimenticias están compuestas por diferentes tipos de nutrientes, los que deberán estar debidamente balanceados para que se garantice un adecuado crecimiento del cerdo, así como un buen rendimiento reproductivo, estatus inmunológico y bienestar. Las fuentes energéticas representan la mayor proporción (60-80%) de la dieta y aportan la energía necesaria a los animales. Existe una gran diversidad de alimentos de este tipo, las viandas (boniato, yuca y plátano) forman parte de estos.

Son diversas las tecnologías agroindustriales desarrolladas en Cuba para transformar las materias primas y producir alimentos alternativos (la base fundamental no es soya y maíz) para la crianza porcina, entre ellas se destacan la Saccharina industrial, los piensos líquidos terminados (PLT), la miel proteica, los ensilajes de pescado, de viandas y los piensos criollos. La agroindustria para producir alimento ensilado cubano (AEC), a partir de la mezcla de crema de levadura Saccharomyces cerevisiae termolizada, miel B de la caña de azúcar, vinaza concentrada y boniato (Ipomoea batata (L.)Lam.), está compuesta por las áreas de: pesaje, recepción y almacenamiento de materias primas, transportación y molinaje, mezclado, ensilaje y despacho (^{Vázquez, 2019}). Entre los principales criterios que intervienen en la selección de los equipos que componen cada una de ellas, están: las características del proceso tecnológico, las actividades que realizan, la capacidad de producción, las condiciones de trabajo, los niveles de ruido y vibración permitidos y el consumo de energía (^{Sablikov, 1978}; ^{González, 1993}; ^{Sotto, 2000}; ^{Polanco, 2007}; ^{Ortiz et al., 2011}; ^{Olivet et al., 2012}; ^{Stout, 2012}; ^{Paneque et al., 2018}). Todos estos criterios para obtener máxima seguridad, eficiencia técnica-económica, garantía del trabajo para las condiciones ambientales del lugar y la mecanización del proceso (^{Paneque, 1988}; ^{Pahl et al., 2005}).

Para la selección de los equipos que participan en el proceso de molinaje, se tiene en cuenta los aspectos antes citados, al igual que la productividad de las máquinas, la forma de dosificación, las características química y física-mecánicas del boniato, el tamaño de partícula a obtener, tipo de molienda (húmeda o seca) y las dimensiones y limpieza de las propuestas (^{Iglesias y Soto, 1987}; ^{Pahl et al., 2005}; ^{Paneque et al., 2018}).

El tamaño de la partícula es un factor importante en la calidad del producto terminado, los fabricantes de alimentos para consumo animal deben considerar la relación entre el mismo y la forma del alimento. Las máquinas troceadoras son muy útiles, cuando las materias primas a procesar son heterogéneas y resulta importante la selección adecuada de la misma para asegurar el tamaño deseado (^{Valdés, 2008}; ^{Valdés et al., 2010}, ²⁰¹²). Los molinos se emplean para moler masa vegetal y productos agrícolas y se consideran uno de los equipos más importantes en los procesos agroindustriales para la elaboración de alimentos balanceados para la producción animal, (^{Iglesias y Soto, 1987b}; ^{Valdés, 2008}; ^{Paneque et al., 2018}).

El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la calidad del boniato troceado y molinado durante la producción de alimento ensilado para cerdos en la planta “Héctor Molina”, y comprobar si ambos cumplen con las exigencias del tamaño de partícula recomendado para este tipo de alimento.

MÉTODOS

Determinación de las principales propiedades física-mecánicas del boniato

Para determinar las propiedades físico-mecánicas del boniato (talla: largo y perímetro, masa, resistencia a la penetración y ángulo de rodadura) y examen visual, se utilizan para el estudio 30 muestras y se toman al azar de 5 lotes diferentes. Las mediciones se realizan en el área de Ingeniería del ICA, a una temperatura promedio de 23, 9^oC, presión atmosférica de 100,72 kPa, humedad relativa de 73,8% y una MS del 27% en los diferentes lotes de boniato.

La talla se determina mediante la metodología descrita por ^{García y Pacheco (2008)}; ^{Palomino et al. (2010)} y para esto se utiliza cinta métrica de fibra de vidrio, marca Stanley de 3 m de largo con precisión 0,1 mm y pie de rey (rango 0-350 mm) con precisión 0,05 mm.

La resistencia a la penetración se determina mediante la metodología descrita por ^{García y Pacheco (2008)} y se utiliza un Penetrómetro Wagner Instruments, modelo FT-40, precisión ±1, con una aguja de corte biselada y punta de 6 mm de acero inoxidable resistente a la corrosión. Las mediciones se efectúan en tres puntos de la cara lateral, lo más cerca posible de la zona ecuatorial y a 120° unos de otro, con presencia de la peridermis ^{Castro et al. (2007)}, para un total de 90 mediciones. La resistencia a la penetración se determina (N/mm²), según metodología utilizada por ^{García y Pacheco (2008)}.

El ángulo de rodadura se determina con un plano inclinado, marca Scala y precisión 0,05º, que permite con escala graduada de 0 a 90º, realizar la lectura del ángulo de inclinación de la superficie cuando el boniato comienza a rodar.

Bajo las condiciones antes descritas se determinan la masa volumétrica (t/m³), la densidad del material (g/cm³) y la eficiencia de llenado. Para esto se utilizan boniatos de la variedad estudiada (INIVIT B-98-3), de tres lotes diferentes y se efectúan tres repeticiones para cada una de las determinaciones.

Para determinar la masa volumétrica del boniato se sigue la metodología utilizada por ^{Valdés (2003)} y para ello se seleccionan 500 kg de boniato. Se utiliza una báscula digital de plataforma (GADGETS) con capacidad máxima de 500 kg y precisión 100 g y un recipiente cilíndrico de lámina galvanizada N° 14 de 0,5 m³, a los boniatos que caben en el recipiente se les mide su masa con la báscula y a los resultados del experimento se les determina la masa volumétrica del boniato por la siguiente expresión:

$\gamma =\frac{Q}{V}$

donde:

γ -	masa volumétrica, t/m^3;
Q -	masa de la muestra, t;
V -	volumen ocupado por el boniato en el recipiente, (0,5 m^3).

La densidad de los boniatos se determina según metodología descrita por ^{Iglesias y Soto (1987)}, para efectuar la misma se selecciona 1 kg de boniato, determinando su masa con una balanza técnica Scout Pro de precisión 0,01 g. Los boniatos se cortan en segmento, los cuales son sumergidos en una probeta graduada de 1 L, con 1 cm³ de precisión.

Con la diferencia del volumen de agua (∆Vb) desplazado por cada segmento de boniato se determina para cada ensayo la densidad mediante la expresión:

${\rho }_b{}_{}=\frac{m_{sb}{}_{}}{\Delta V_b}$

donde:

ρb -	densidad de los segmentos de boniato, g/cm^3;
msb -	masa del segmento de boniato, g;
ΔVb -	volumen del segmento de boniato, cm^3.

La eficiencia de llenado (β) se determina según metodología descrita por ^{Paneque (1988)}, utilizando la ecuación siguiente:

$\beta =\frac{h_2}{h}$

A partir de conocer las dimensiones de la tolva receptora de boniato (Figura 1), la distribución del boniato en ella, el ángulo de inclinación de la estera transportadora de tablillas con bordes laterales (20°) y el factor de corrección (C1 = 0,95).

FIGURA 1 Representación simplificada de transportador de tablillas con bordes laterales. 

Para determinar el ángulo de talud (φ) se realiza un experimento bajo las condiciones antes descrita, según metodología descrita por ^{Paneque (1988)}. Se toman 6 muestras (15 kg cada una) de boniato (INIVIT B-98-3) de dos lotes diferentes. El mismo se deja caer libremente sobre un plano horizontal, el espacio se delimita a un ancho (b= 0,56 m), que es 0,8 veces el ancho de la banda de goma (Bp). El área queda simulada lo más real posible porque la banda de goma va sobre rodillos planos. La altura se mide con regla milimetrada y la información (H) se recoge en tabla. A los datos se les determinan los estadígrafos de dispersión y posición con el paquete estadístico Infostat versión 2012 (^{Di Rienzo et al., 2012}).

Determinación de la calidad del troceado y molinado

La máquina troceadora propuesta para lograr el boniato troceado (40 ±7 mm) tiene dos órganos de trabajo tipo tambor que se mueven a una velocidad angular de 36,6 rad s^-1, cada uno con dos juegos de cuchillas intercambiables (650 mm de largo y diámetro 100 mm) y atornilladas a 90° (Figura 2). Presenta una productividad es de 10 t/h, con motor eléctrico de 22 kW y una frecuencia de rotación de 900 rpm.

FIGURA 2 Esquema simplificado de máquina troceadora alimentada desde transportador de banda de goma. 

El molino de martillos recomendado para lograr el tamaño de partícula (4±2mm) y garantizar los niveles de producción establecidos, trabaja a una velocidad angular de 182,8 rad s^-1, presenta martillos con filos en los extremos y en ambas caras, con posibilidad de invertirlos y cambiarlos, lo que permite moler material pegajoso (^{Paneque et al., 2018}). Este molino (Figura 3) con sufrideras y criba intercambiable es de fácil limpieza. Trabaja con un motor eléctrico de potencia 45 kW, frecuencia de rotación de 1 800 rpm y es alimentado por caída libre desde la máquina troceadora.

FIGURA 3 Esquema simplificado de molino de martillos. 

Para comprobar si el tamaño de partícula que se obtiene en la agroindustria se corresponde con lo propuesto para la máquina troceadora y el molino de martillo, se diseñan dos experimentos, que se desarrollaron en el laboratorio de la planta de producción de AE del “Héctor Molina Riaño” de Mayabeque, creándose las condiciones y medios necesarios para este fin. Bajo una temperatura atmosférica promedio de 23,9^oC; una presión atmosférica de 100,72 kPa; humedad relativa del 73,8% y un porcentaje de MS en las muestras del 27%.

Para analizar el tamaño de partícula, se realizó un estudio con las siguientes características: Se utilizó boniato de la variedad INIVIT B-98-3, de un mismo lote y se tomó muestras de diferentes horarios (8:00, 11:00, 13:00, 15:00 y 17:00), para comprobar si existía variación del tamaño de las partículas troceadas en diferentes horarios del día.

La masa de las muestras (2,2 kg) se determina porque el boniato es el 40% de la composición del AE y el cerdo consume como promedio 5,5 kg del mismo, la muestra a procesar para que sea representativa, tiene que ser equivalente al boniato que se encuentra dentro del AE y que debe consumir el cerdo en un día. La masa de las muestras se obtuvo con una balanza técnica Scout Pro con precisión de ±0,1 g y rango hasta 5 000 g.

Para comprobar si hubo diferencias significativas en los tamaños de partículas en los horarios, se utilizó un diseño completamente aleatorizado y se aplicó dócima de Duncan para P<0,05 en los casos necesarios. Para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico Infostat versión 2012 (^{Di Rienzo et al., 2012}).

Experimento N^°. 1. Determinación del tamaño del boniato fraccionado que se obtiene con máquina troceadora con órgano de trabajo tipo tambor con cuchillas

La determinación consiste en medir con un pie de rey, de rango 0-250 mm y precisión 0,05 mm, todas las fracciones de boniato de cinco muestras (de 2,2 kg cada una) del mismo lote, en los horarios previamente establecidos. El boniato fraccionado por el picador de cuchillas se mide siempre por el mayor de sus lados.

Experimento N^°. 2. Determinación del tamaño de partícula que se obtiene con el molino de martillo

El contenido de humedad en base seca antes del cribado se determina por la expresión que aparece a continuación, para ello las muestras obtenidas en el laboratorio de la agroindustria pasan por un proceso de secado a temperatura de 60ºC por 24 horas, mediante el empleo de una estufa termostática Boxun: RT: 250 ± 5ºC, precisión 0,1ºC

$CH=\left(\frac{H_i-H_f}{H_f}\right).100$

donde:

CH-	contenido de humedad en base seca, %;
H i -	masa inicial húmeda, kg;
H f -	masa final seca, kg.

Para este experimento se utilizó un tamiz dispersador-sacudidor de malla intercambiable, marca Clarke. Se seleccionaron cinco muestras de 2,2 kg (por ser el boniato el 40% de la ración del AEC que consume un cerdo en el día) cada una del mismo lote de boniato y en los horarios propuestos para garantizar condiciones de humedad similares, las muestras se pesaron en una balanza técnica Scout Pro con precisión de ±0,1 g y rango hasta 5 000 g. Se empleó la metodología descrita por ^{Valdés (2008)}, que consiste en remover el boniato molido en un tamiz de calibre 7 mm durante 1 min, el cual permite que pasen a través de él, partículas con dimensiones medias de 6 mm, con el objetivo de estimar la media de la masa (kg) de boniato molido por el molino de martillo en los horarios establecidos. Se utiliza un tiempo de trabajo útil de 12 min en cada horario.

Con posterioridad se cambió el fondo para una malla de calibre 5 mm (partículas con dimensiones medias de 4 mm) y se cuantifica la masa (kg) de boniato molido que quedó en el tamiz en los diferentes horarios, con el objetivo de estimar la media de la masa (kg) de boniato molido.

RESULTADO Y DISCUSIÓN

Principales características física-mecánicas del boniato

Las características física-mecánicas (tabla 1) muestran una talla de grandes proporciones y forma irregular, siendo factible para su procesamiento agroindustrial. Los consumidores buscan raíces de tamaños medianos con formas poco irregulares (^{García et al., 2016}). La resistencia a la penetración es comparable con la de otras raíces y tubérculos, siendo una raíz de corteza dura, similar a la yuca (^{Rodríguez, 2008}). El ángulo de rodadura fue bajo, dada a que la forma redondeada desigual facilitó que este ruede a pocos grados de inclinación.

TABLA 1 Principales características física-mecánicas del boniato 

Indicadores		Media	DE	CV, %
Talla	Largo (mm)	147,35	34,21	23,21
	Perímetro (mm)	286,07	85,61	29,92
Masa (kg)		0,607	0,219	36,07
Resistencia a la penetración (N/mm^2)		6,61	0,11	1,66
Ángulo de rodadura (º)		21,6	0,69	3,19
Masa volumétrica (t/m^3)		0,750	0,01	1,33
Densidad (g/cm³)		0,7508	0,011	1,46

DE: Desviación estándar. CV: Coeficiente de variación.

La eficiencia de llenado (β) es de 0,8, siendo similar para las tres repeticiones, formándose un triángulo semejante al de la figura 1. Estando la carga a granel depositada en un transportador de tablillas con bordes laterales.

Se obtuvo a partir de los resultados experimentales que el ángulo de talud es de 47,08°. Se calculó el intervalo de confianza y se observó que para una estimación de la altura (H), el promedio que se obtuvo fue de 0,1908 m, lo que evidencia que con una confianza del 95% ese valor se encuentra en el intervalo de 0,18 y 0,20 m (tabla 2).

TABLA 2 Altura de boniato para cada una de las muestras de ambos lotes 

Variable	Lote 1			Lote 2			EE(±) Signif.
	1	2	3	1	2	3
Altura H (m)	0.19	0,20	0,185	0,18	0,193	0,197	0,03 P=0,7132

Determinación de la calidad del troceado y molinado

Los resultados del análisis de varianza para el tamaño de partícula obtenido con el aparato troceador se muestran en la Tabla 3. A partir del estudio realizado es posible afirmar que el factor horario de muestreo no tuvo una influencia significativa sobre la talla obtenida en el troceado. Otros factores como, la variedad, la humedad del producto, su dureza, resistencia al corte y parámetros tecnológicos como la potencia y velocidad de los órganos de trabajo, influyen directamente sobre el parámetro de calidad en estudio ^{Paneque et al. (2018)}, por lo que evidencia que el horario no influyó en el tamaño de partícula, que fue de 40±7 mm.

TABLA 3 Tamaño de partículas obtenidas por el aparato troceador 

Hora / Variable	8:00	11:00	13:00	15:00	17:00	EE(±) Signif.
Valor medio de las partículas (mm)	39,20	34,20	38,60	34,40	33,80	4,01 P=0,7857

Al calcular el intervalo de confianza del tamaño de partícula para este experimento, se observó que el valor promedio fue de 36,06 mm, resultado que se encuentra en el intervalo de 32,52 y 39,56 mm con un nivel de confianza del 95%, (Tabla 4). Lo que significa que se encuentra en el rango (40±7 mm).

TABLA 4 Cálculo del intervalo de confianza del tamaño de partículas en mm 

Tamaño de partícula	EE(±)	LI (95%)	LS (95%)
36,06	1,71	32,52	39,56

Al analizar la calidad del boniato molido a partir de la talla de partículas obtenido mediante el tamizado se observó que el porcentaje de masa retenida en el tamiz calibre 7 mm fue igual a cero. Sin embargo, al realizar la prueba en el tamiz de calibre 5 mm, se observó que no hubo diferencias significativas entre los horarios de muestreos (P=0,7059), (Tabla 5).

TABLA 5 Porcentaje de boniato molido retenido en el tamiz de calibre 7 y 5 mm 

Horario	8:00	11:00	13:00	15:00	17:00	EE (±) Signif.
Boniato molido retenido (%), en tamiz de calibre 7 mm	0	0	0	0	0	0
Boniato molido retenido (%),en tamiz de calibre 5 mm	10,45	10,45	12,27	10,90	9,54	0,03 P=0,7059

Al igual que en el experimento anterior se calculó el intervalo de confianza y se observó que para una estimación de la masa de boniato el promedio que se quedó en el tamiz de calibre 5 mm fue de 0,24 kg, lo que evidencia que con una confianza del 95% ese valor se encuentra en el intervalo de 0,21 y 0,26 kg respectivamente, lo que representa el 10,9% de la masa total, (Tabla 6).

TABLA 6 Cálculo del intervalo de confianza para la masa del boniato en kg 

Masa de boniato	EE(±)	LI (95%)	LS (95%)
0,24	0,01	0,21	0,26

Como resultado se obtiene que bajo las condiciones estudiadas, en todas las muestras de los cinco horarios, el 100% de las partículas pasan por el tamiz de calibre 7 mm (ninguna posee valor superior a los 7 mm) y sólo el 10,9% de éstas quedan retenida en el tamiz de calibre 5 mm. Demostrándose que los equipos seleccionados (máquina troceadora y molino de martillos) en la propuesta tecnológica, bajo las condiciones estudiadas logran obtener el tamaño de partícula recomendado para la alimentación de los cerdos, según las exigencias zootécnicas. Se comprobó que el tamaño de partícula obtenido por el aparato troceador y el molino de martillos, se corresponden con la tecnología propuesta. Los resultados que se relacionan, así lo muestran.

CONCLUSIONES

• Se comprobó que el boniato presenta características físico-mecánicas en correspondencia con los parámetros establecidos para su procesamiento agroindustrial, al presentar una talla de grandes proporciones, con resistencia a la penetración de 6,61 N/mm² y ángulo de rodadura de 21,6º.

• La calidad del boniato troceado durante la producción de alimento ensilado para cerdos en la planta “Héctor Molina” bajo las condiciones estudiadas, responde a la tecnología propuesta, comprobándose que el valor promedio del tamaño de partícula fue de 36,06 mm.

• Se obtiene que la calidad del molinado responde a las exigencias de la tecnología, demostrando que el 100% de la masa total de boniato cumple con el tamaño de partícula recomendado (4±2 mm) y que sólo el 10,9% de las partículas tienen un valor entre 4 y 6 mm.

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6The mention of commercial marks of teams, instruments or specific materials obey identification purposes, not existing any promotional commitment with relationship to the same ones, neither for the authors neither for the editor.

Recibido: 12 de Diciembre de 2019; Aprobado: 25 de Septiembre de 2020

^*Author for correspondence: Arelys Vázquez-Peña, e-mail: [e-mail]