Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2017 pp. 18-22 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 1, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: septiembre 2017 Fecha de aceptación: diciembre 2017
18
1.
1
INTRODUCCIÓN
1. Profesor de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo,
angelica.chugnay@espoch.edu.ec
2. Profesor de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo,
ztapia@espoch.edu.ec
3. Profesor de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, grupo
Ciencia de Datos, jmramos@espoch.edu.ec
El Ecuador en sus tres regiones es un país
altamente agrícola que posee recursos vegetales
disponibles para su utilización en la alimentación
de animales; residuos que no son utilizados por
desconocimiento del valor nutricional y energético.
Estudio comparativo entre el método calorimétrico y el de estimación
matemática respecto a la determinación de la energía bruta de subproductos
agrícolas
Angélica Chugñay Cargua
1
; Zoila Tapia-González
2
; Marcelo Ramos-Flores
3
1
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, angelica.chugnay@espoch.edu.ec
2
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, ztapia@espoch.edu.ec
3
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, grupo Ciencia de Datos, jmramos@espoch.edu.ec
Resumen: Se compararon dos métodos utilizados para determinar el valor de energía bruta de
alimentos: calorimétrico, y de estimación matemática, para determinar si existe similaridad
estadística entre sus resultados, y así considerarlos equiparables. Para ello se prepararon
muestras duplicadas de ocho subproductos agrícolas destinados a alimentación animal, una de
las cuales se sometió a análisis proximal para posterior aplicación del método de estimación
matemática, y la otra se analizó directamente en una bomba calorimétrica. Ambos conjuntos de
resultados se caracterizaron mediante estadísticos descriptivos, mostrando ambos distribución
normal con varianzas no-homogéneas; por lo que se compararon mediante test t con la variación
de Welch. El test determinó que las medias de los resultados de ambos métodos presentan
diferencia significativa, observándose además la existencia de sesgo positivo, donde el método
calorimétrico entrega resultados numéricamente mayores a los del método de la estimación
matemática.
Palabras Claves: energía bruta, comparación de métodos, análisis proximal, bomba
calorimétrica, sesgo estadístico.
Comparative study between the calorimetric method and that of mathematical
estimation regarding the determination of the raw energy of agricultural by-
products
Abstract: Two methods used to determine the gross energy value of food: calorimetric and
mathematical estimation were compared, in order to determine if there is statistical similarity
between their results, and thus consider them both equivalent. To this end, duplicate samples of
eight agricultural by-products destined for animal feed were prepared, one of which was subject
to proximal analysis for later application of the mathematical estimation method, and the other
was analyzed directly in bomb-calorimetric. Both sets of results were characterized by
descriptive statistics, showing both normal distribution with non-homogeneous variances; so
they were compared using the t test with the Welch variation. The test determined that the means
of the results of both methods show a significant difference; in addition, the existence of positive
bias was observed, where the calorimetric method delivers numerically higher results than those
of the mathematical estimation method.
Keywords: gross energy, comparison of methods, proximal analysis, calorimetric bomb,
statistical bias.
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2017 pp. 18-22 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 1, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: septiembre 2017 Fecha de aceptación: diciembre 2017
19
La información sobre el valor energético de
alimentos es esencial para ejecutar estudios
nutricionales sobre dietas destinadas a tratar la
malnutrición calórica o la obesidad en animales
(Hernández & Sastre, 1999). Los alimentos pueden
valorarse inicialmente por sus propiedades
organolépticas, para evaluar si están en
condiciones de ser utilizados, así también, por su
composición química, para conocer si responden
con las especificaciones establecidas y su aporte de
energía. Las principales fuentes de energía en los
alimentos son las proteínas y el extracto etéreo, la
energía bruta es la máxima energía potencial
presente en un alimento (Hernández & Sastre,
1999).
La “energía bruta”, EB, es la energía
química total almacenada en la materia orgánica
que constituye los alimentos. Se expresa como
calor de combustión por unidad de peso del
alimento (Caravaca Rodríguez, Castel Genís, &
Otros, 2005). De acuerdo a la primera ley de
termodinámica indica que todas las diferentes
formas energía pueden transformarse en calor, de
allí que, cuando una sustancia se combustiona, el
calor que se desprende es equivalente a la energía
bruta almacenado en dicho alimento (Cañas
Cruchaga, Aguilar González, García Gómez,
Quiroz, & otros, 1992).
La valoración del contenido de energía
bruta presente en los alimentos puede ser
determinada de forma directa utilizando una bomba
calorimétrica, por el método de estimación
matemática, partiendo de resultados de un análisis
químico proximal previo (Mora Brautigan, 2007).
Entre estas dos opciones, el método calorimétrico
toma menos tiempo, es más económico y no
demanda de análisis previos.
No obstante, antes de considerar que el
método calorimétrico pueda reemplazar a la
estimación matemática, usada tradicionalmente y
que da resultados ampliamente aceptados; se hace
necesario comparar estadísticamente sus
resultados.
Se carece de investigaciones que analicen a
nivel estadístico si los dos métodos presentan
similaridad o diferencia entre ellos, además, a la
fecha de realización del estudio, en Ecuador no se
disponen de estudios en donde se haya
determinado la cantidad de energía bruta de
subproductos no convencionales con interés para la
alimentación animal.
Estudios similares realizados para comparar
el método de estimación matemática y el
calorimétrico para la determinación del contenido
energético de alimentos, como el de (Batres
Gracias, 2004) determinó que los valores de
energía bruta obtenidos por estimación
matemática, partiendo del análisis químico
proximal fueron menores a los valores
cuantificados por el calorimétrico, en el caso de
productos para alimentación de cerdos. Por otra
parte, (Posada, Rosero, Rodríguez, & Costa, 2012),
en el caso de alimentos para rumiantes,
determinaron por medio de la prueba de Tukey que
los dos métodos diferían entre sí, con valores
calorimétricos mayores que los procedentes de la
estimación matemática.
La investigación realizada consistió en
análisis de similaridad estadística entre las medias
de valores de energía bruta de ocho subproductos
agrícolas no-convencionales, de los cuales se
tomaron muestras por duplicado, una de las cuales
se analizaron por calorimetría y la otra por
estimación matemática. Los resultados permitieron
responder a la interrogante si, ambos métodos
puedan considerarse equiparables desde un punto
de vista de los resultados obtenidos al medir
energía bruta.
2. METODOLOGÍA
Población y muestra
La población de estudio estuvo constituida
por ocho subproductos agrícolas no-
convencionales de la sierra ecuatoriana: trabajando
un total de 44 muestras, compuestas por: tronco de
brócoli: 12, zanahoria: 13, chaqui sara: 2, hoja de
chocho: 6, hoja de maíz: 3, hoja de plátano: 4,
polvillo de quinua: 2, hoja de camote: 2. Las
muestras fueron recolectadas y seleccionadas
según su biodisponibilidad, y sometidas a
tratamiento previo de secado y molienda,
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2017 pp. 18-22 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 1, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: septiembre 2017 Fecha de aceptación: diciembre 2017
20
separando una porción para aplicación del método
calorimétrico y otra para estimación matemática.
Sitio de estudio
La investigación se realizó en la Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, en la ciudad
de Riobamba, Ecuador. El tratamiento de muestras
y las mediciones se efectuaron en el laboratorio de
Bromatología de la Facultad de Ciencias Pecuarias
y el procesamiento y análisis de los datos en la
Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de
Ciencias.
Análisis químico proximal
El análisis químico proximal de cada
muestra en base seca comprendió de análisis de
extracto etéreo, fibra bruta, proteína bruta, extracto
libre de nitrógeno. De cada muestra se realizaron
análisis por triplicado.
Energía bruta por estimación matemática
Para determinar el valor de energía bruta
por el método de estimación matemática se partió
de los resultados del análisis químico proximal.
Para ello se operaron los valores de extracto etéreo
(EE), fibra bruta (FB), proteína bruta (PB) y
extracto libre de nitrógeno (ELN, carbohidratos)
del alimento a través de la siguiente ecuación
(Batres Gracias, 2004):
EB=[9(EE)+4(FB)+4(PB)+4(ELN)] ×10
Donde:
EE = Extracto etéreo (%)
FB = Fibra bruta (%)
PB = Proteína bruta (%)
EB = Energía bruta (cal/g)
ELN = Extracto libre de nitrógeno (%)
Estimación por método calorimétrico
Para el método calorimétrico se usó la
bomba calorimétrica IKA C 2000, que consiste
en una cámara cerrada inyectada con oxígeno, en
cuyo interior se combustiona la muestra de
alimento mediante ignición con un conductor
eléctrico. La cámara está sumergida en agua a
temperatura ambiente y, al combustionar la
muestra, provoca un aumento de temperatura del
agua circundante. El valor de energía bruta es
determinado directamente por el equipo.
Análisis Estadístico
Los resultados de energía bruta de cada
subproducto aplicando cada método, fueron
analizados, para determinar sus estadígrafos
descriptivos (medias, desviaciones estándar,
varianzas), adicionalmente se aplicó el Test
Anderson-Darling para determinar si los valores
obtenidos responden a una distribución Normal.
Se definió como hipótesis nula que las
medias de los resultados obtenidos por ambos
métodos son similares, con un nivel de confianza
del 95%.
Ho: μ cal = μ mat
Ha: μ cal ≠ μ mat
Las características de cada conjunto de
resultados: datos continuos o discretos, tamaño de
muestras, tipo de distribución de resultados,
homogeneidad de varianzas, y tipo de análisis
(comparación de medias) se utilizaron para definir
el tipo de test estadístico a aplicar.
3. RESULTADOS
Los resultados de análisis químico proximal
se indican en la Tabla 1:
Tabla 1. Resultados de determinación de energía bruta, por
estimación matemática y por calorimetría.
Etiquetas de fila
%
Extracto
etéreo
%
Fibra
bruta
% Proteína
bruta
%
Extracto
libre de
nitrógeno
Tronco brócoli
3,078
32,218
14,001
32,997
Hoja zanahoria
2,781
21,420
18,857
39,125
Chaqui sara
5,353
18,345
11,450
63,105
Hoja de chocho
3,423
18,455
26,225
38,768
Hoja de maíz
2,357
32,223
16,843
36,723
Polvillo quinua
3,860
19,678
13,943
52,038
Hoja de camote
1,938
20,845
16,920
43,865
Hoja de plátano
5,520
34,020
16,163
33,299
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2017 pp. 18-22 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 1, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: septiembre 2017 Fecha de aceptación: diciembre 2017
21
En la Tabla 2, se indican los valores de
energía determinados por ambos métodos, sus
desviaciones estándar y sus varianzas.
Tabla 2. Resultados de energía, por estimación matemática
(izq) y por calorimetría (der)
Met.
Calorimét
rico
Met. Estim.
Matemática
3522,7
3445,6
3629,1
3426,2
4288,5
4197,6
4064,9
3646,2
3868,2
3643,6
3779,2
3773,8
3825,0
3439,5
4016,4
3836,3
Los valores obtenidos presentaron las
siguientes características para cada subproducto, y
en ambos métodos:
Datos continuos
Muestra de tamaño moderado
Distribución de frecuencias de tipo normal
Varianzas heterogéneas
Este conjunto de características, llevó a
elegir al Test t a dos colas, con variación de Welch,
como método inferencial.
Los resultados de energía bruta se
ingresaron y analizaron utilizando la aplicación
informática Minitab 17 demo, aplicando el Test de
Welch a dos colas y con un nivel de significancia
del 5% (α=0,05), de modo que la probabilidad P
debería superar al valor α para considerar que se
cumple la hipótesis nula. Se obtuvieron los
siguientes resultados:
Tabla 2. Resultados test t de Welch, para hipótesis de
similaridad de medias entre método calorimétrico y de
estimación matemática
Durante las mediciones se observó que los
valores de energía bruta obtenidos por estimación
matemática son menores respecto a los obtenidos
por método calorimétrico. Para verificar esta
observación se hizo un análisis a la totalidad de
datos, comprobándose que la media de energía
bruta por estimación matemática fue
significativamente menor que la media de energía
bruta por el método calorimétrico.
Gráfico 1. Prueba de la media de la totalidad de
mediciones.
Discusión
En el presente estudio los valores de
energía bruta obtenidos oscilan entre los 3175 y
4226 cal/g por el método de estimación
matemática, y por el calorimétrico valores entre
3324 y 4340 cal/ g. Teniendo en consideración lo
SUBPRODU
CTO
P
α
RELA
CIÓN
RESULT
ADO
OBSERVA
CIÓN
Tronco de
brócoli
0,0
25
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Hoja de
zanahoria
0,0
00
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Chaqui Sara
0,6
15
0,
25
P ˃ α
Ho
1
se acepta
μ mat
similar μ
cal
Hoja de
chocho
0,0
00
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Hoja de maíz
0,0
00
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Hoja de
camote
0,0
00
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Polvillo de
quinua
0,8
58
0,
25
P ˃ α
Ho
1
se
acepta
μ mat
similar μ
cal
Hoja de
plátano
0,0
15
0,
25
P < α
Ho
1
se
rechaza
μ cal ≠ μ
mat
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2017 pp. 18-22 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 1, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: septiembre 2017 Fecha de aceptación: diciembre 2017
22
indicado por (Fillat, García-González, Gómez, &
Reiné, 2008), quienes establecen que, en promedio
los vegetales poseen un valor de 4400 cal /g de
energía bruta, y que el contenido energético de las
plantas varía con el tiempo, aumentando en los
tejidos maduros, puede afirmarse que los valores
encontrados están dentro de lo estimado en la
bibliografía.
Respecto a la comparación de los valores de
las medias, únicamente en los casos de los
subproductos chaqui sara y polvillo de quinua se
verificó igualdad estadística; mientras que en los
otros seis sub productos el test muestra que los
valores medidos por calorimetría no son
estadísticamente iguales a los de la estimación
matemática. En todos los casos, además se pudo
observó y confirmó la presencia de un sesgo
positivo, donde los valores por calorímetro son
entre 4% y 10% mayores que los de estimación
matemática.
Si bien no corresponde a este estudio el
determinar la naturaleza y causas de este sesgo,
algunas posibilidades incluyen: efecto del
contenido de carbohidratos, puesto que alimentos
de tipo harina son en los que se verificaron medias
estadísticamente iguales; contenido de extracto
etéreo puesto que los componentes grasos se
caracterizan por generar altas cantidades de energía
al ser combustionados. Otra posibilidad es que la
estimación calorimétrica, al medir calor generado
por combustión, tome en cuenta energía producida
por componentes no considerados en el cálculo que
se aplica en la estimación matemática, tal sea el
caso de la fibra.
4. CONCLUSIÓN
Los valores de energía bruta de
subproductos agrícolas de la sierra ecuatoriana,
obtenidos por estimación matemática presentan un
sesgo respecto a los valores obtenidos por el
método calorimétrico; siendo los últimos entre 4%
y 10% mayores; con excepción de chaqui sara y
polvillo de quinua, en los que puede considerarse
que los resultados obtenidos por ambos métodos
son estadísticamente similares.
No obstante la diferencia de medias, la
existencia de un sesgo indica la necesidad de
estudios posteriores para correlacionar el efecto de
diferentes componentes de los subproductos en los
valores de energía bruta.
Agradecimientos
Los autores agradecen al Laboratorio de
Bromatología y Nutrición Animal, de la Facultad
de Ciencias Pecuarias, por el acceso a sus
instalaciones y uso de equipos; y al grupo de
investigación Ciencia de Datos, CIDED, por el
apoyo en los análisis estadísticos.
REFERENCIAS
Batres Gracias, R. A. (2004). Comparación entre
el método de estimación matemática y el
método de calorimetría para determinar el
contenido energético del subproducto de
galleta y de panadería para la alimentación
de cerdos en desarrollo. Guatemala:
Universidad San Carlos de Guatemala.
Cañas Cruchaga, R., Aguilar González, C., García
Gómez, F., Quiroz, R. A., & otros. (1992).
Simulación de sistemas pecuarios. San José:
RISPAL.
Caravaca Rodríguez, F. P., Castel Genís, J. M., &
Otros. (2005). Bases de la producción animal.
Sevilla: Universidad de Sevilla.
Fillat, F., García-González, R., Gómez, D., &
Reiné, R. (2008). Pastos del Pirineo. Madrid.
Hernández, M., & Sastre, A. (1999). Tratado de
nutrición. Madrid: Días de Santos S.A.
Mora Brautigan, I. (2007). Nutrición animal (1ra
ed.). San José, Costa Rica: EUNED.
Posada, S., Rosero, R., Rodríguez, N., & Costa, A.
(2012). Comparación de métodos para la
determinación del valor energético de
alimentos para rumiantes. Revista MVZ
Córdoba, 17(3), 3184-3192.