estudio del secado convectivo de hojas de stevia rebaudiana

Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Departamento de 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

Santiago, Chile

2011

PATROCINANTE:

Profesor Eduardo Castro M.

Ingeniero Civil Químico.

Magister en Ciencias de los Alimentos.

Dpto. Ciencia de los Alimentos y Tecnología

Química.

DIRECTORES:





Química.

Profesor Luis Puente D.

Ingeniero en Alimentos.

Doctor en Tecnología de Alimentos.


Química.

Denisse Margaret Jeria Heitmann.

Alberto Andrés Pozo Cofré.

ii

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.

iii

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

iv

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.

v

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

vi

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.

vii

RESUMEN

El objetivo de esta memoria fue determinar las características del secado

convectivo de las hojas de Stevia rebaudiana y estudiar la factibilidad técnico-

económica 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.

viii

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

(r2 = 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.

ix

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

x

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

xi

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

xii

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

xiii

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

xiv

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 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

xv

NOMENCLATURA

Símbolo Significado

aw Actividad de agua

A Área de secado (cm2)

A, B Constante de Smith, Oswin y Bradley, características para cada alimento

a, b, c, d, k Parámetros del modelo de Henderson-Pabis, exponencial y cúbico.

C Constante de BET; Constante de GAB

Deff Difusividad efectiva (m2/s)

Do Factor de Arrhenius (m2/s)

Ea Energía de activación (kJ/mol)

%E Porcentaje de error

f Constante de Henderson

K Constante de GAB

ko Pendiente de gráfico ln (MR) versus tiempo

L Espesor del producto a secar (mm)

Ls Masa sólido seco (g)

MR Razón de humedades

n Constante de Henderson

N Número de observaciones

Nc Velocidad de secado ( g agua/g sólido seco* tiempo)

R Constante de los gases (joule/mol*temperatura)

RMSE Error cuadrático medio

r2 Coeficiente de correlación

t, x Tiempo (min)

T Temperatura en °K

v Constante de Caurie, característica del material

Xci, Mp, Xw,Y Contenido de humedad calculada a partir de cada modelo

(g agua/g sólido seco)

Xm Humedad de la monocapa (g agua/g sólido seco)

Xs Contenido de humedad de seguridad que proporciona la máxima estabilidad al alimento deshidratado durante el almacenamiento.

Xei, Mo Contenido de humedad experimental (g agua/g sólido seco)

Promedio de contenido de humedad experimental

(g agua/g sólido seco)

Xbs Contenido de humedad (g agua/g sólido seco)

Xbh Contenido de humedad (g agua/g sólido total)

Xt Humedad al tiempo t (g agua/g sólido seco)

Xo Humedad inicial (g agua/ g sólido seco)

Xe Humedad de equilibrio (g agua/ g sólido seco)

∆X Diferencia de humedad

∆t Diferencia de tiempo

1

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).

2

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.

3

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.

4

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).

5

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).

6

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).

7

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).

8

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).

9

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)

10

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.

11

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

12

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.

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.

Ilustración 2: Hojas de Stevia fresca

13

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.

14

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 3

[

( )]

Ecuación 4

( ) Ecuación 5

( ) Ecuación 6

( ) Ecuación 7

( )

∑

| |

Ecuación 8

√∑ ( )

Ecuación 9

∑ ( )

∑ ( )

Ecuación 10

15

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

16

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 18

(

)

Ecuación 19

[ ⁄ ] Ecuación 20

17

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.

18

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 Espesor (mm) Largo (mm) Ancho (mm) Peso (g)

1 0,15 43,00 13,9 0,125

2 0,14 40,58 12,5 0,1355

3 0,15 36,00 17,2 0,1172

4 0,13 42,18 16,3 0,1423

5 0,14 39,02 14,8 0,1391

Promedio 0,14 ± 0,01 40,16 ± 2,78 14,94 ± 1,87 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.

19

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).

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).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

Isoterma 40°C

Isoterma 30°C

Isoterma 25°C

20

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).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Xb

s (g

agu

a/g

s.s.

)

aw

desorción

adsorción

21

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 Modelo r2 %E RSME

25°C

Hoja fresca

BET 0,9591 4,224 0,033

GAB 0,9563 4,277 0,006

Henderson 0,9651 5,639 0,068

Caurie 0,9404 5,891 0,071

Smith 0,8673 10,69 0,104

Oswin 0,8673 10,69 0,100

Bradley 0,9241 8,187 0,086

25°C

Hoja seca

BET 0,9709 75,65 0,520

GAB 0,9899 2,066 0,027

Henderson 0,9747 5,007 0,056

Caurie 0,9772 4,126 0,042

Smith 0,8607 10,94 0,100

Oswin 0,8607 10,94 0,100

Bradley 0,9176 8,620 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).

22

Tabla 3: Resultados isoterma de desorción a 30°C y 40°C.

Temperatura Modelo R2 %E RSME

30°C

Hoja fresca

BET 0,8057 36,84 0,219

GAB 0,9816 0,562 0,005

Henderson 0,9469 1,160 0,008

Caurie 0,9423 1,054 0,008

Smith 0,7339 2,172 0,016

Oswin 0,7339 2,172 0,016

Bradley 0,8042 2,299 0,016

40°C

Hoja fresca

BET - - -

GAB 0,9659 2,162 0,004

Henderson 0,8888 4,218 0,008

Caurie 0,9366 2,930 0,005

Smith 0,7226 7,124 0,011

Oswin 0,7226 7,127 0,011

Bradley 0,7784 6,301 0,011

5.5 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).

23

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).

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Xb

h (

g ag

ua/

g só

lido

hú

me

do

)

Tiempo (minutos)

Secado 50°CSecado 60°CSecado 70°C

24

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.

Gráfico 5: Razón de humedad versus tiempo a 50°C, 60°C y 70°C.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0 1 2 3 4 5 6

Nc

(g a

gua/

cm^2

* m

inu

tos)

Xbs (g de agua/ g sólidos secos)

50°C60°C70°C

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 50 100 150

MR

( -

)

Tiempo (minutos)

50°C60°C70°C

25

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.

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).

y = -0,0282x + 0,105 R² = 0,9969

y = -0,0437x + 0,1293 R² = 0,9943

y = -0,052x + 0,1987 R² = 0,9936

-5

-4

-3

-2

-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Ln (

MR

)

Tiempo (minutos)

50°C60°C70°CLineal (50°C)

26

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

negro (Panchariya, 2002).

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.

y = -3416,6x - 11,577 R² = 0,8608

-22,3

-22,2

-22,1

-22

-21,9

-21,8

-21,7

-21,6

-21,5

-21,4

0,0029 0,00295 0,003 0,00305 0,0031 0,00315

Ln (

De

ff)

1/T (1/°K)

27

Tabla 5: Comparación entre modelos matemáticos secado hojas de Stevia 50°C.

Modelo Ecuación Índices

%E r2

RMSE

Henderson –

Pabis ( ) 5,22 0,961 5,06

Cúbica 1,37 0,997 1,28

Exponencial ( ) 1,21 0,997 1,16

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.



%E r2

RMSE

Henderson – Pabis ( )

6,39

0,950

6,12

Cúbica 2,85 0,991

3,89

Exponencial ( ) 3,52 0,986 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).



E% R2

RMSE

Henderson – Pabis

( ) 5,34 0,959 5,06

Cúbica 2,82 0,990 2,52

Exponencial ( ) 2,68 0,990 2,47

28

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).

29

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).

Producción

nacional Importaciones Exportaciones

Disponibilidad aparente

Consumo per cápita

2007 330 442 0 771 46,5

2008 185 549 0 734 43,8

2009 171 562 0 733 43,3

2010 260 470 0 730 42,7

Promedio 286 401 0 686 41,3

30

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.

31

Tabla 9: Mercado global de edulcorantes nutritivos y no nutritivos (Fuente: Gilson, 2011).

Edulcorantes Mercado Total

Azúcares 80%

HFCS 9%

Alternativos 9%

Otros 2%

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).

Alternativos (9%) Mercado Total

Aspartame 31%

Sucralosa (Splenda) 24%

Otros 21%

Sacarina 20%

Stevia (reb-A) 4%

32

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).

33

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.

34

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.

35

Ilustración 8: Diagrama de bloques del proceso productivo para obtención edulcorante a base de Stevia.

36

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. Filtración con carbón activado:

- Tiene como finalidad eliminar color y olores extraños del extracto.

VII. 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.

37

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.

38

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.

39

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,

servicio o beneficio

A quién está

dirigido

Trámites a realizar y/o

etapas

¿Dónde se realiza?

Autorización para

establecimientos de

alimentos que no

cuentan con guía de

trámite especifica.

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.

Oficina comunal

seremi de salud.

40

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.

41

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

42

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 (CLP)

Valor kg/hoja seca 3.500

Activos fijos 1.853.101.940

Activos nominales 170.108.040

Capital de trabajo 995.278.179

Total Inversión 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).

43

Tabla 13: Valores anuales de ingreso, costo y gasto.

Ítem Valor (CLP)

Valor kg/hoja 3.500

Ingreso anual 7.408.931.879

Costo anual 2.521.337.577

Gasto anual 176.000.000

5.8.2.4 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).

44

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 Secado en túnel

Criterio Valor hoja seca ($3500)

TIR 131%

VAN 10.075.505.856

PRI 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%),

45

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).

46

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.

47

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.

48

CAPÍTULO VII: BIBLIOGRAFÍA

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57

Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Departamento de 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

Santiago, Chile

2011

PATROCINANTE:





Química.

DIRECTORES:





Química.

Profesor Luis Puente D.

Ingeniero en Alimentos.

Doctor en Tecnología de Alimentos.


Química.

Denisse Margaret Jeria Heitmann. Alberto Andrés Pozo Cofré.

58

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 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

59

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

60

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).

61

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.

62

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

63

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)

Sal

Humedad

Relativa (%)

25°C

Humedad

Relativa (%)

30°C

Humedad Relativa

(%) 40°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

64

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 25°C Desorción

BET 0,473 23,97

GAB 0,974 10,17 0,389

Henderson 2,744 -5,763

Caurie 3,168 0,283

Smith A -0,495 B 0,676

Oswin A 0,676 B 0,215

Bradley A 0,031 B 0,009


BET 0,711 7,863

GAB 0,573 425,3 0,115


Caurie 1,222 0,344

Smith A -0,054 B 0,563

Oswin A 0,563 B 0,023

Bradley A 4,28e-10 B 2,53e-17


BET - -

GAB 0,168 25,88 0,172


Caurie 1,959 0,093

Smith A -0,039 B 0,122

Oswin A 0,122 B 0,017

Bradley A 0,002 B 1,75e-22

Modelo 25°C Adsorción

BET 0,107 19,74

GAB 0,425 10,38 0,850


Caurie 3,230 0,256

Smith A -0,461 B 0,632

Oswin A 0,632 B 0,200

Bradley A 0,032 B 0,006

65

Anexo 7: Modelado de isoterma de desorción y adsorción a 25°C.

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= ).

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

3

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

4

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

5

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

6

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

7

66

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= )

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

BET

GAB

HENDERSON

CAURIE

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

SMITH

BRADLEY

OSWIN

67

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= )

0,00

0,50

1,00

1,50

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

0,00

0,50

1,00

1,50

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s( g

agu

a/ g

s.s

)

aw

2

0,00

0,50

1,00

1,50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

3

0,00

0,50

1,00

1,50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

4

0,00

0,50

1,00

1,50

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

5

0,00

0,50

1,00

1,50

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

6

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

m (

g ag

ua/

g s.

s)

aw

7

68

Gráfico 11: Comparación de ajuste a modelos matemáticos GAB, Henderson y Caurie (1), Smith,

Oswin, Bradley (2), a 25°C (hoja seca), (Xbs exp= )

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

BET

GAB

HENDERSON

CAURIE

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

SMITH

OSWIN

BRADLEY

69

Anexo 8: Modelado de isoterma de desorción a 30°C.

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= )

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

3

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0Xb

s (g

s.s

/g a

gua)

aw

4

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

5

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

6

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

7

70

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= )

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

GAB

HENDERSON

CAURIE

BET

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

OSWIN

BRADLEY

SMITH

71

Anexo 9: Modelado de isoterma de desorción a 40°C.

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= )

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (

g ag

ua/

g s

.s)

aw

1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

2

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

3

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

4

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

5

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

6

72

Gráfico 15: Comparación de ajuste a modelos matemáticos GAB, Henderson y Caurie (1), Smith, Oswin, Bradley (2), a 40°C (hoja fresca), (Xbs exp= )

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Xb

s (g

agu

a/g

s.s)

aw

1

GAB

HENDERSON

CAURIE

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

m (

g ag

ua/

g s.

s)

aw

2

OSWIN

BRADLEY

SMITH

73

Anexo 10: Modelado de curva de secado a 50°C.

Gráfico 16: Modelo Henderson-Pabis a 50°C.

Gráfico 17: Modelo cúbico a 50°C.

Tiempo (minutos)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Xbh

(g a

gua/

g to

tales

)

0

20

40

60

80

100

Secado 50°C

Modelo Henderson-Pabis

74

Gráfico 18: Modelo exponencial a 50°C.

Gráfico 19: Comparación ajuste modelos a 50°C.

Tabla 22: Constantes de modelos de secado 50°C.

Modelo Fórmula Constantes

a b c d

Henderson – Pabis ( ) 96,3

0,0116

Cúbica

1,78x10-5

-3,40x10-3

-0,392

85,9

Exponencial ( ) 4,44

-3,62x10

-3

-6,75x10

-5

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

0 50 100 150 200Hb

h (

g ag

ua/

g s

ólid

os

tota

les)

tiempo (min)

Secado50°C

Henderson

Cúbico

75



Tiempo (minutos)

0 20 40 60 80 100 120 140

Hbh

(g a

gua/

g to

tales

)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Secado 60°C



76



Tabla 23: Resumen constantes modelos matemáticos para secado 60°C.


a b c d


0,015

Cúbica

9,78x10-5

-1,69x10-2

1,04x10-3

83,8


3,95x10-4

-1,85x10-4

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 20 40 60 80 100 120

Xb

h (

g ag

ua/

g t

ota

les)

tiempo (min)

Secado 60°C

Henderson

Cúbico

Exponencial

77



X Data

0 20 40 60 80 100

Xbh

(g a

gua/

g to

tales

)

0

20

40

60

80

100

Secado 70°C



78



Tabla 24: Resumen constantes modelos matemáticos para secado 70°C.


a b c d


0,0193

Cúbica

6,24x10-5

-5,80x10

-3

-0,832

86,7


-7,83x10

-3

-1,71x10

-4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Xb

h (

g ag

ua/

g t

ota

les)

tiempo (min)

Secado 70°C

Henderson

Cúbica

Exponencial

79

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.

80

Anexo 14: Dulzor relativo de edulcorantes.

Ilustración 11: Comparación de dulzor relativo de edulcorantes (O´Brien, 2001)

81

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

82

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.

83

Ilustración 13: Posición del edulcorante a base de Stevia en el mercado.

84

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

Ilustración 14: Balance de masa en etapa de extracción-filtración.

Hojas secas (kg) 347

Relación peso agua/hoja: 15

Contenido steviolglicosidos 10%

Base de cálculo (hora) 1

Porcentaje permeado (extracto) 95%

Balance total (kg)

Balance agua (kg)

A = 5205

Balance extracto (kg)

E = 5164

Balance hojas (kg)

H = 388

Balance steviolglicósidos (sg)

sg = 0,67%

(347)x0,1 = ( E ) x sg

A+347 = H+E

(A+347)x 0,93 = E

(347)x 15 = A

Extracción - Filtración

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

A+347 = H+E

Horas totales de trabajo anual: 576

Agua

Hojas

Extracto

Hojas

A

347

H

E

85

Ilustración 15: Balance de masa en etapa de microfiltración.

Extracto (kg) 5205

Contenido steviolglicosidos (sg) 0,67% Horas totales de trabajo anual: 576



Balance total (kg)

Balance Permeado (kg)

MF = 4945

Balance Retenido (kg)

R = 260

Balance steviolglicósidos (kg)

sg = 0,71%

(5205)x 0,95 = MF

5205 = 4945 - R

(5205)x0,0067 = ( MF ) x sg

Microflitración

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

5205 = R + MF

Extracto

Permeado

Retenido

5205

R

MF

86

Ilustración 16: Balance de masa en etapa de carbón activado.

Extracto (kg) 4945




Balance total (kg)


CA = 4797


R = 148


sg = 0,73%

4945 = 4797 + R

(4945)x0,0071 = ( CA ) x sg

Carbón activado

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

4945 = R + CA

(4945)x 0,97 = CA

Extracto

Permeado

Retenido

4945

R

CA

87

Ilustración 17: Balance de masa en etapa de ultrafiltración-diafiltración.

Extracto (kg) 4797

Contenido steviolglicosidos (sg) 0,73%

Volumen agua Diafiltración 3 Horas totales de trabajo anual: 576



Balance total (kg)


R = 240

Balance Diafiltración (kg)

AD = 720


UF = 5276


sg = 0,67%

(4797 -R) + DF =UF

(4797)x0,0073 = ( UF ) x sg

Ultrafiltración - Diafiltración

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

4797+ AD = R + UF

(4797)x 0,05 = R

R x 3 = AD

Extracto CA

Permeado

Retenido

4797

R

UF

Agua Diafiltración

AD

88

Ilustración 18: Balance de masa en etapa de nanofiltración.

Extracto (kg) 5276




Balance total (kg)


NF = 4749


R = 528


sg = 6,65%

5276 = 5013 + R

(5276)x0,0067= ( R ) x sg

Nanofiltración

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

5276 = R + NF

(5276)x 0,95 = NF

Extracto UF

Permeado

Retenido

4945

R

NF

89

Ilustración 19: Balance de masa en etapa de intercambio iónico.

Extracto (kg) 528




Balance total (kg)


II = 517


R = 11


sg = 6,8%

528 = 517 + R

(528)x0,0665= ( R ) x sg

Intercambio Iónico

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

528 = R + II

(528)x 0,98 = II

Extracto NF

Permeado

Retenido

528

R

II

90

Ilustración 20: Balance de masa en etapa de cristalización.

Extracto (kg) 517


Contenido sg final 80,0%


Balance total (kg)

Balance cristales steviolglicósidos

(kg) C = 44

Balance Agua (kg)

A = 473

517= 44 + A

Cristalización

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

517 = A + C

(517)x 0,068 = C x 0,8

Extracto

Cristales

Agua

517

A

C

91

Ilustración 21: Balance de masa en etapa de secado y envasado.

Cristales (kg) 44


Contenido sg final 98,0%


Balance total (kg)

Balance cristales steviolglicosidos

(kg) C = 36

Balance Agua (kg)

A = 8

517= 44 + A

Secado y envasado

Datos Diseño

Diagrama Proceso

Balance

44 = A + C

(44)x 0,8 = C x 0,98

Cristales

Cristales

Agua

44

A

C

92

Anexo 18: Mapa de la cuarta región.

Ilustración 22: Mapa zona proyecto.

93

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.

94

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.

95

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.

96

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.

97

Anexo 20: Layout de la planta.

Ilustración 23: Layout planta productora de edulcorante a base de Stevia.

98

Ilustración 24: Vista planta productora de edulcorante a base de Stevia.

99

Ilustración 25: Vista lateral planta productora de edulcorante a base de Stevia.

100

Anexo 21: P&ID de la planta.

Ilustración 26: P&ID de la planta productora de edulcorante a base de Stevia.

101

Anexo 22: Mano de obra directa e indirecta requerida.

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

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

102

Anexo 23: Inversión, depreciación y valor de desecho de los equipos.

Ilustración 27: Inversión en activos fijos, nominales y capital de trabajo.

Equipos Valor Depreciación (años) Valor depreciacion anual Valor de desecho

Balanza 150.000$ 9 8.333$ 75.000

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$ 15 583.333$ 16.250.000

Equipos taller mantención 5.000.000$ 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 $2000) 2.880.988.159$



DEPRECIACIÓN ANUAL EQUIPOS 41.941.757$

VALOR DESECHO EQUIPOS 947.378.250$

103

ÍTEM TOTAL (CLP)

Operarios 48.000.000$

Calderero 3.360.000$

Laboratoristas 16.800.000$

Mantención 25.200.000$

Jefe de planta 24.000.000$

Mano de obra directa 117.360.000$

Repuestos y mantención 27.370.850$

COSTO FIJO ANUAL 144.730.850$

ÍTEM TOTAL (CLP)

Gastos personal 146.760.000$

Publicidad 20.000.000$

Distribución 6.000.000$

Articulos de aseo/comedor 240.000$

Amortización docs. 3.000.000,00$

GASTO TOTAL ANUAL 176.000.000$

ÍTEM

REACTIVOS HOJASECA $2000 HOJASECA $2750 HOJASECA $3500

Reactivos CIP 297.084.375$ 297.084.375$ 297.084.375$

Reactivos laboratorio 2.000.000$ 2.000.000$ 2.000.000$

Carbón activado 11.714.556$ 11.714.556$ 11.714.556$

Resina intercambio iónico 10.212.524$ 10.212.524$ 10.212.524$

MATERIA PRIMA

Hoja seca 400.000.000$ 550.000.000$ 700.000.000$

Eritritol 1.015.641.078$ 1.015.641.078$ 1.015.641.078$

Envases 186.055.157$ 201.055.157$ 216.055.157$

CONSUMOS

Energía eléctrica 116.524.800$ 116.524.800$ 116.524.800$

Vapor $ 1.956.449 $ 1.956.449 1.956.449$

Agua 5.417.788$ 5.417.788$ 5.417.788$

COSTO VARIABLE ANUAL 1.860.551.570$ 2.010.551.570$ 2.160.551.570$

COSTOS TOTALES (FIJOS+VARIABLES) 2.191.337.577$ 2.356.337.577$ 2.521.337.577$

VALORES HOJA SECA

Anexo 24: Costos fijos, variables y gastos.

Ilustración 30: Costos variables y totales de la planta productora de edulcorante.

Ilustración 28: Costos fijos anuales de la planta productora de edulcorante.

Ilustración 29: Gastos anuales de la planta productora de edulcorante

104

Anexo 25: Flujos de caja del proyecto, planta elaboradora de edulcorante a base de

hojas secas de Stevia.

Ilustración 31: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 2000 pesos chilenos.

Ilustración 32: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 2750 pesos chilenos.

CONCEPTOS/CUENTAS

0 1 2 3 4 5

+ INGRESOS SUJETOS A IMPUESTOS - 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879

Ventas del producto 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879 7.408.931.879

- EGRESOS DEDUCIBLES DE IMPUESTOS - 2.367.337.577 2.367.337.577 2.843.932.007 2.843.932.007 2.843.932.007

Costos variables 2.046.606.727 2.046.606.727 2.455.928.072 2.455.928.072 2.455.928.072

Costos fijos 144.730.850 144.730.850 159.203.935 159.203.935 159.203.935

Gastos de administración y ventas 176.000.000 176.000.000 228.800.000 228.800.000 228.800.000

- GASTOS NO DESEMBOLSABLES 44.941.757 42.995.933 42.995.933 42.995.933 42.995.933

Gastos depreciación (maquinaria y edificios) 41.941.757 41.995.933 41.995.933 41.995.933 41.995.933

Amortización de preoperativos 3.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000

= UTILIDAD ANTES DE IMPUESTOS - 4.996.652.546 4.998.598.370 4.522.003.939 4.522.003.939 4.522.003.939

- IMPUESTOS - 999.330.509 999.719.674 904.400.788 904.400.788 904.400.788

= UTILIDAD DESPUÉS DE IMPUESTOS - 3.997.322.037 3.998.878.696 3.617.603.152 3.617.603.152 3.617.603.152

+ AJUSTES POR GASTOS NO DESEMBOLSABLES - 44.941.757 42.995.933 42.995.933 42.995.933 42.995.933

Ajuste por depreciación (maquinaria y edificios) 41.941.757 41.995.933 41.995.933 41.995.933 41.995.933

Ajuste por amortización de preoperativos 3.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000

+ INGRESOS NO SUJETOS A IMPUESTOS - - - - - 1.805.156.429

Valor de desecho 947.378.250

Recuperación capital de trabajo 857.778.179

- EGRESOS NO DEDUCIBLES DE IMPUESTOS 2.763.680.119 - - - - -

Inversion (terreno, puesta en marcha, obras

civiles y equipos) 1.905.901.940

Inversión en capital de trabajo 857.778.179

= FLUJO DE CAJA 2.763.680.119- 4.042.263.793 4.041.874.628 3.660.599.084 3.660.599.084 5.465.755.514

TIR 143%

VAN 10.375.931.598$

PRI 0,68

PERÍODO DE EVALUACIÓN

CONCEPTOS/CUENTAS

0 1 2 3 4 5





Costos fijos 144.730.850 144.730.850 159.203.935 159.203.935 159.203.935






- IMPUESTOS - 966.330.509 999.719.674 904.400.788 904.400.788 904.400.788












= FLUJO DE CAJA 2.832.430.119- 3.910.263.793 4.041.874.628 3.660.599.084 3.660.599.084 5.534.505.514

TIR 137%

VAN 10.225.718.727$

PRI 0,73


105

Ilustración 33: Flujo de caja con un valor de hoja seca de 3500 pesos chilenos

CONCEPTOS/CUENTAS

0 1 2 3 4 5





Costos fijos 144.730.850 144.730.850 159.203.935 159.203.935 159.203.935






- IMPUESTOS - 933.330.509 999.719.674 904.400.788 904.400.788 904.400.788












= FLUJO DE CAJA 2.901.180.119- 3.778.263.793 4.041.874.628 3.660.599.084 3.660.599.084 5.603.255.514

TIR 131%

VAN 10.075.505.856$

PRI 0,78


106

VAN cancha $ 811.573.465,05

VAN secado solar $ 1.116.358.608,69

VAN tunel secado $ 869.029.137,00

TIR cancha 683%

TIR secado solar 439%

TIR tunel de secado 68%

Anexo 26: Flujos de caja de proveedores de hojas secadas en cancha, en secador

solar y en túnel.

Ilustración 34: Flujos de caja proyectados a 5 años.

Ilustración 35: Índices de rentabilidad en secado en cancha, solar y en túnel.

Cancha Periodo de evaluación

0 1 2 3 4 5

ingresos sujetos a impuestos 400.000.000 400.000.000 400.000.000 400.000.000 400.000.000

Egresos deducibles de impuesos 11.500.000 11.500.000 11.500.000 11.500.000 11.500.000

Gastos no desembolsables - - - - -

Utilidad antes de impuestos 388.500.000 388.500.000 388.500.000 388.500.000 388.500.000

Impuestos 77.700.000 77.700.000 77.700.000 77.700.000 77.700.000

Utilidad despúes de impuestos 310.800.000 310.800.000 310.800.000 310.800.000 310.800.000

Ajustes por gastos no desembolsables - - - -

Ingresos no sujetos a impuestos - - - - 1.500.000

Egresos no deducibles de impuestos 45.500.000

Flujo de caja 45.500.000- 310.800.000 310.800.000 310.800.000 310.800.000 312.300.000

secador solar Periodo de evaluación

0 1 2 3 4 5



Gastos no desembolsables 10.733.333 10.733.333 10.733.333 10.733.333 10.733.333


Impuestos 107.153.333 107.153.333 107.153.333 107.153.333 107.153.333


Ajustes por gastos no desembolsables 10.733.333 10.733.333 10.733.333 10.733.333 10.733.333



Flujo de caja 100.166.667- 439.346.667 439.346.667 439.346.667 439.346.667 440.846.667

tunel Periodo de evaluación

0 1 2 3 4 5



Gastos no desembolsables 3.066.667 3.066.667 3.066.667 3.066.667 3.066.667


Impuestos 137.931.111 137.931.111 137.931.111 137.931.111 137.931.111


Ajustes por gastos no desembolsables 3.066.667 3.066.667 3.066.667 3.066.667 3.066.667



Flujo de caja 758.888.889- 554.791.111 554.791.111 554.791.111 554.791.111 556.291.111

estudio del secado convectivo de hojas de stevia rebaudiana

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