*Autor de Correspondencia:

Transcripción

1 Elaboración y Caracterización de Alimentos Botana de Tercera Generación Expandidos por Microondas Enriquecidos con Harinas de Calabaza Cehualca (Cucurbita moschata D) y Maíz Amarillo (Zea mays L.) C. I. Delgado-Nieblas 1*, J. J. Zazueta-Morales 2, J. A. Gallegos-Infante 1, E. Aguilar- Palazuelos 2, I. L. Camacho-Hernández 1,2, N. E. Rocha-Guzmán 1, R. F. González-Laredo 1 1 Doctorado en Ciencias en Ingeniería Bioquímica, Instituto Tecnológico de Durango, Boulevard Felipe Pescador # 1830 Oriente, CP 34080, Durango, Durango. Tel. (618) y Maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad Autónoma de Sinaloa, Apdo. Postal 1354, Culiacán, Sin., C.P , México. Tel:(667) Ext 113. Fax: (667) Ext 102. *Autor de Correspondencia: delnieci@gmail.com Escrito para la presentación del Simposium Internacional sobre Tecnologías Convencionales y Alternativas en el Procesamiento de Maíz Chihuahua, Chihuahua. México. 3-5 de Agosto de 2011 Resumen. En México los alimentos botana son ampliamente consumidos y son producidos principalmente mediante la tecnología de extrusión. Dentro de estos alimentos destacan los de tercera generación, los cuales han sido elaborados tradicionalmente utilizando como materia prima el almidón de maíz o de papa. En el afán de mejorar el contenido nutrimental de estos alimentos se buscan materias primas que aporten compuestos que tengan beneficios en la salud, entre ellos destacan el maíz amarillo y la calabaza, los cuales son importantes fuentes de carotenoides y de fibra dietaria en el caso de la calabaza. El objetivo de esta investigación fue estudiar el efecto de la temperatura de extrusión (TE) ( C), contenido de humedad (CH) ( %) y contenido de harina de calabaza (HCAL) ( %) sobre características fisicoquímicas y nutrimentales de alimentos botana expandidos por microondas. Se realizó una caracterización física y estructural del grano de maíz amarillo. En los diferentes tratamientos analizados se encontró que los mayores valores de densidad aparente (>350 kg/m 3 ) y menores valores de índice de adsorción de agua (<4 g de agua adsorbida / g de sólido seco) se presentaron a bajas TE (<103 C) y bajos CH (<24%). Asimismo, al incrementar el contenido de HCAL aumentó el contenido de fibra dietaria total. Los resultados obtenidos indican que es posible mejorar las características nutrimentales de los alimentos botana de tercera generación adicionando harina de calabaza y maíz amarillo, debido al importante aporte de fibra dietaria y carotenoides de estas materias primas. Palabras clave: Extrusión, Microondas, Botanas, Calabaza, Maíz Memorias del Simposium Internacional sobre Tecnologías Convencionales y Alternativas en el Procesamiento de Maíz Chihuahua, Chihuahua. México. 3-5 de Agosto de ISBN:

2 Introducción Los alimentos botana son en su mayoría elaborados a partir de un método de procesamiento conocido como extrusión. Éste consiste básicamente en comprimir los alimentos hasta conseguir una masa semisólida, que después se pasa por una pequeña abertura, que permite obtener una gran variedad de texturas, formas y colores a partir de un ingrediente inicial. Este procedimiento ha dado lugar a productos con formas y texturas desconocidas hasta ahora. La extrusión puede servir para dar forma y, en ocasiones, cocinar ingredientes crudos y convertirlos en productos acabados. Uno de los beneficios derivados del uso de este procedimiento en la producción de alimentos está relacionado con la conservación de los mismos. La extrusión permite controlar la cantidad de agua contenida en los ingredientes, de la que dependen la aparición de microbios y la consiguiente putrefacción de los alimentos. Por lo tanto, es una técnica muy útil para producir productos alimentarios con una humedad óptima y duradera. Un sin número de alimentos pueden ser utilizados como botanas siendo las más populares; las papas fritas, frituras de maíz, nueces y botanas extrudidas El primer producto botana expandido elaborado a partir de maíz fue introducido en 1946 (Maga, 2000). En las últimas décadas las botanas que han tenido mayor preferencia por parte del consumidor son aquellas derivadas de maíz y papa, sin embargo debido a las exigencias actuales de producir alimentos funcionales, se han buscado nuevas materias primas para elaborar botanas. Una alternativa podría ser la utilización del maíz amarillo y la calabaza Cehualca, los cuales aportan un excelente contenido de carotenoides, asimismo la calabaza es fuente importante de fibra dietaria, lo que hace atractivo el desarrollo de nuevos productos para la alimentación humana. En la literatura científica no se han encontrado trabajos científicos sobre la utilización de calabaza o mezclas de esta con harinas, en la elaboración de alimentos tipo botana, así como tampoco sobre las propiedades que presentan estos productos. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto del proceso de extrusión sobre características fisicoquímicas y nutrimentales de alimentos botana de tercera generación expandidas por microondas Materiales y Métodos Materiales Para la elaboración de las mezclas a extrudir se utilizó almidón de maíz comercial (Industrializadora de maíz (IMSA), S.A de C.V., México), asimismo fue utilizada harina de maíz amarillo (Zea mays), el grano fue obtenido de bodegas de la región del estado de Sinaloa, México, que fue posteriormente molido. Además se empleó harina de calabaza Cehualca (Cucurbita moschata D.), la calabaza fue obtenida de un mercado de la localidad de Culiacán, 210

3 Sinaloa, México, de la cual fue utilizada su pulpa, ésta fue posteriormente escaldada, deshidratada y molida para su utilización en la mezclas a extrudir. Todas las materias primas fueron almacenadas en refrigeración hasta su utilización. Método experimental El procesamiento se llevó a cabo con un extrusor de tornillo simple de laboratorio marca Brabender 20DN, modelo , Brabender O HG Duisburg, Alemania con tres zonas de calentamiento. Se empleó una matriz con abertura rectangular, con medidas internas de 20 mm de ancho 1.0 mm de altura 100 mm de largo. De acuerdo a un estudio preliminar se determinó utilizar un tornillo con relación de compresión 2:1, manteniendo constante la velocidad a 75 rpm. Asimismo la concentración (1:1) de harina de maíz amarillo y almidón de maíz utilizada en los diferentes tratamientos fue obtenida de la realización de este estudio, mientras que la concentración de harina de calabaza fue variada de acuerdo al diseño experimental desde 0.43 a 15.57%. Las temperaturas se mantuvieron constantes en la zona de alimentación a 75 C y matriz de salida a 75 C, mientras que la temperatura de la zona de mezclado/cocción, la cual fue la más elevada y fue variada de acuerdo al diseño experimental de a C. Las muestras de harina utilizadas durante el proceso de extrusión con un peso de alrededor de 1500 g fueron ajustadas a la humedad deseada desde a 34.73% de acuerdo con el diseño experimental, utilizando una batidora de laboratorio (Kitchen Aid, Model K5SS, Michigan, USA) a mínima velocidad, y alimentadas al extrusor, utilizando un alimentador cónico con tornillo alimentador y de velocidad variable. El material extrudido denominado pellet fue cortado de manera manual en trozos de aproximadamente 3.0 cm, posteriormente estos fueron deshidratados a temperatura ambiente por 24 h aproximadamente a un contenido de humedad aproximado entre 9 13 %. Los pellets posteriormente fueron introducidos en una bolsa de papel encerado y expandidos utilizando un tiempo de expansión de 23 s con un horno de microondas convencional marca LG, modelo R- 501CW, con potencia de 900 Watts y 2,450 Hertz. Caracterización física del maíz amarillo Se evaluaron las dimensiones físicas del grano de maíz amarillo, las cuales fueron peso, largo, ancho y espesor; para ello se seleccionaron al azar 100 granos, reportándose el promedio de tres repeticiones. Asimismo, se determinó el índice de flotación (IF) en agua del grano de maíz amarillo. Se seleccionaron completamente al azar 100 granos de maíz amarillo, los cuales se colocaron en un vaso de precipitado de 1.0 L que contenía 500 ml de agua destilada. Se agitó 211

4 moderadamente durante 15 s, se dejó reposar durante 10 min y se contó el total de granos flotantes. Se reportó en porcentaje de granos flotantes de acuerdo a la metodología reportada por (Salinas, Martínez y Gómez, 1992). Relación de componentes estructurales Se determinó la relación de componentes estructurales del grano (pericarpio, testa, endospermo, germen y pedicelo) de acuerdo a la metodología descrita por (Peplinsky, Paulsen, Anderson y Kwolec, 1989). Para ello los granos de maíz primeramente se humedecieron y se remojaron en agua destilada a temperatura ambiente durante 24 h. Posteriormente, se separaron los componentes de forma manual, en un total de 50 granos tomados al azar, y se llevaron a peso constante en una estufa de secado de laboratorio a C (Aproximadamente 24 h). Finalmente, se pesaron cada uno de los componentes y se determinó el porcentaje. Los resultados reportados corresponden a los valores promedio de tres repeticiones Densidad aparente (DA) Se realizó de acuerdo a la metodología descrita por Penfield y Campbell (1990) con algunas modificaciones, utilizando el método de desplazamiento de volumen con semilla de mijo. La densidad aparente fue determinada en el producto expandido por microondas dividiendo el peso del producto expandido entre su volumen determinado. Los resultados fueron el promedio de 30 mediciones y se reportaron en kg/m 3. Índice de adsorción de agua (IAA) Se realizó en las botanas expandidas por microondas de acuerdo a la metodología descrita por la (AACC, 1990), con algunas modificaciones. Una muestra de 0.25 g de harina fue suspendida en 12 ml de agua a 25 C en un tubo tarado para centrífuga de 15 ml, el cual se agitó a una velocidad moderada en un homogenizador por 30 min. Posteriormente la suspensión fue centrifugada a 4500 g por 20 min a una temperatura de 25 C. El líquido sobrenadante se decantó cuidadosamente en un recipiente tarado de vidrio para la determinación del contenido de sólidos. El gel formado se pesó y el índice de adsorción de agua se calculó mediante la relación g de agua adsorbida por g de sólido seco. Las determinaciones para cada uno de los tratamientos se realizaron por triplicado. 212

5 Fibra dietaria total (FDT) Este análisis se realizó en las botanas de tercera generación expandidas por microondas y en las materias primas utilizadas para la elaboración de mezclas a extrudir. Se llevó a cabo por cuadriplicado, de acuerdo a la metodología reportada por la (AOAC, 1990) sección , la cual fue descrita por (Prosky, Schweizer, Devries y Furda, 1988). El método estuvo basado en la remoción enzimática del almidón y proteína del material y la separación en fracciones solubles e insolubles por filtración y precipitación. Diseño experimental Se utilizó un diseño experimental central compuesto rotable con un valor α=1.682 (Tabla 1), teniendo como variables independientes el contenido de humedad (CH), la temperatura de extrusión (TE) y concentración de harina de calabaza (HCAL) Para la regresión múltiple (RSM) y predicción del comportamiento experimental de los datos se usaron los modelos cuadráticos y cúbicos con el programa estadístico Design Expert (Stat-Ease, 2008) versión Tabla 1. Factores y niveles de variación del diseño experimental para tres factores ( =1.682). Factores Niveles de variación Temperatura, C Humedad, % Harina de calabaza, % Resultados y Discusiones Caracterización física del maíz amarillo En la caracterízación física del grano de maíz amarillo se obtuvieron los siguientes resultados. El peso promedio de 100 granos fue de g, largo mm, ancho, 8.16 mm y el espesor fue de 4.38 mm. Los resultados obtenidos son muy similares a los reportados por (Veles- Medina, 2004) en granos de maíz amarillo. Por otro lado el índice de flotación del grano de maíz amarillo fue de 0%, lo que indica un grano con endospermo duro y sin daños físicos. La dureza en los granos de maíz está influenciada, principalmente, por el tipo de endospermo, de 213

6 ahí la importancia de contar con un grano con endospermo duro, lo cual se refleja en sus características de expansión por extrusión. Relación de componentes estructurales En el Tabla 2 se presentan los valores medios de los componentes estructurales (endospermo, germen, pericarpio y pedicelo) del grano de maíz amarillo. Se puede observar que el endospermo representa la parte mayoritaria del grano (83.5%) y el pedicelo la menor parte (1.5%). Los valores obtenidos concuerdan con los valores reportados por (Veles-Medina, 2004) en granos de maíz amarillo. Tabla 2. Relación de componentes estructurales del maíz amarillo Estadístico Endospermo Germen Pericarpio Pedicelo (%) (%) (%) (%) Media D.E C.V. (%) Tamaño de muestra= 50. D.E. = Desviación estándar. C.V. = Coeficiente de variación Densidad aparente (DA) Para el análisis de esta respuesta se utilizó un modelo cuadrático dando valores de R 2 ajustada= 0.85 y CV= 9.92%, sin presentar falta de ajuste (p= 0.289). Como resultado del análisis estadístico de los datos se obtuvo que la temperatura de extrusión (TE) y el contenido de humedad (CH) fueron los factores que presentaron mayor efecto significativo sobre esta respuesta. En la Figura 1 se observa que los mayores valores de densidad aparente a un contenido de HCAL del 8 % fueron obtenidos tanto a bajas TE como bajos CH, esto pudiera haberse debido a que en estas condiciones como consecuencia de una menor severidad de los tratamientos no se alcanzó una degradación importante del almidón, lo cual pudo haber provocado una menor retención de agua en los pellets, y por ende una menor expansión. Los menores valores de densidad aparente obtenidos se dieron en aquellos tratamientos expuestos a altas TE y bajos CH, que fueron los tratamientos donde obtuvo un mayor índice de expansión de los pellets. 214

7 Figura 1. Efectos del contenido de humedad y temperatura de extrusión sobre la densidad aparente (kg/m 3 ) de alimentos botana de tercera generación obtenidos mediante el proceso de extrusión (Contenido de harina de calabaza= 8 %). Índice de adsorción de agua (IAA) Se utilizó para el análisis de esta respuesta un modelo cuadrático con valores de R 2 ajustada= 0.80 y CV= 6.62%, sin presentar falta de ajuste (p= 0.073). Los factores temperatura de extrusión y contenido de humedad fueron los que presentaron mayor efecto significativo sobre esta respuesta. En la Figura 2 se puede observar que los menores valores de adsorción de agua se presentaron a bajas temperaturas de extrusión y bajos contenidos de humedad, lo cual podría deberse a que bajas TE y bajos CH podrían haber causado un menor efecto sobre el almidón y por consiguiente una menor adsorción de agua de este compuesto. Asimismo se puede apreciar que el índice de adsorción de agua se incremento al aumentar el contenido de humedad. 215

8 Figura 2. Efectos del contenido de humedad y temperatura de extrusión sobre el índice de adsorción de agua (g.a.a / g.s.s) de alimentos botana de tercera generación obtenidos mediante el proceso de extrusión (Contenido de harina de calabaza= 8 %). Fibra dietaria total (FDT) En la Figura 3 puede observarse el efecto de los factores de estudio sobre el contenido de fibra dietaria total, se aprecia que conforme se incrementó el contenido de harina de calabaza aumentó el contenido de fibra dietaria total, esto puede deberse al contenido de fibra dietaria total encontrado en la harina de calabaza, la cual presentó un %, asimismo también se puede notar que conforme se incrementó la temperatura de extrusión y el contenido de humedad los valores de fibra dietaria total aumentaron. Este comportamiento pudo deberse a que en condiciones de altas temperaturas de extrusión y humedades se pudieron presentar condiciones severas de procesamiento, lo cual pudo incrementar el contenido de fibra dietaria soluble y fracciones de almidón resistente en los tratamientos. Conclusiones El grano de maíz amarillo presentó un índice de flotación de cero, lo cual podría indicar un endospermo duro, esto pudiera provocar buenas características de expansión en las botanas. Los factores temperatura de extrusión y contenido de humedad fueron los que tuvieron mayor efecto significativo sobre las respuestas de densidad aparente e índice de adsorción de agua, ya que al disminuir la temperatura de extrusión y el contenido de humedad los valores de densidad aparente aumentaron, mientras que los de índice de adsorción de agua disminuyeron. Por otro lado al aumentar la temperatura de extrusión, contenido de humedad y contenido de 216

9 harina de calabaza se incrementó el contenido de fibra dietaria total en las botanas. Es posible elaborar mediante la tecnología de extrusión alimentos botana de tercera generación, los cuales pudieran mejorar su composición nutrimental por el contenido de fibra dietaria y carotenoides aportados por las materias primas utilizadas. Figura 3. Efectos de la temperatura de extrusión (CH= 28 %, HCAL= 8 %, Figura A), contenido de humedad (TE, 117 C, HCAL= 8 %, Figura B) y contenido de harina de calabaza (TE= 117 C, CH= 28 %, Figura C) sobre el contenido de fibra dietaria total (%) de botanas de tercera generación expandidas por microondas. Nomenclatura % Porcentaje kg Kilogramos mm Milímetros C Grados Celsius min Minutos rpm Revoluciones por minuto g Gramos L Litro s Segundos g.a.a. Gramos de agua m 3 Metro cubico s.s. Sólido seco adsorbida h Horas ml Mililitros x g Gravedades Bibliografía AOAC Oficial Methods of Analysis. 15th Ed. Association of Official Analytical Chemists. The Association: Arlington, VA. Maga, J. A Cereal-based snack foods. En: Kulp K and Ponte JG Ed., Handbook of cereal science and technology. 2nd Ed. New York: Marcel Dekker. p

10 Penfield, M. P., Campbell, A. M Experimental Food Science. Academic Press, Inc, 3a ed. San Diego, USA. Peplinsky, A. J., Paulsen, M. R., Anderson, R. A., Kwolek, W. F Physical, chemical, and dry-milling characteristics of corn hybrids from various genotypes. Cereal Chemistry 66(2): Prosky, L., Asp, N. G., Schweizer, T. F., Devries, J. W., Furda, I Determination of insoluble, soluble and total dietary fiber in foods and food products: interlaboratory study. Journal Association of Official Analytical Chemists 71: Salinas, M. Y., Martínez-B, F., Gómez-H, J Comparación de métodos para medir la dureza del maíz (Zea maiz L.). Archivos Latinoamericanos de Nutrición 42(1): Stat-Ease Desing-expert versión Stat-Ease, Inc. East 2021 Hennepin Ave., Suite Minneapolis, MN Veles-Medina, J. J Caracterización de tostadas elaboradas con maíces pigmentados y diferentes métodos de nixtamalización. Tesis de maestría. Programa de Maestría en Tecnología Avanzada. Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada. Instituto Politécnico Nacional. Santiago de Qro. Querétaro. México. 218