PROPIEDADES QUÍMICAS, FISICOQUÍMICAS Y REOLÓGICAS DEL ALMIDÓN EXTRAÍDO DE LA NUEZ DEL ORINOCO (Caryodendron orinocense Karst)

Transcripción

1 NUTRICIÓN 52 Pérez y colaboradores Acta Científica Venezolana, 58 (2): 52-56, 2007 PROPIEDADES QUÍMICAS, FISICOQUÍMICAS Y REOLÓGICAS DEL ALMIDÓN EXTRAÍDO DE LA NUEZ DEL ORINOCO (Caryodendron orinocense Karst) Pérez 1, Elevina; Lares 2, Mary; Alfaro 3, María de J. 1 Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela. 2 Escuela de Nutrición y Dietética, Facultad de Medicina, Universidad Central de Venezuela. 3 Unidad de Investigación de Análisis de Alimentos, Facultad de Farmacia, Universidad Central de Venezuela Recibido: Resumen. El objetivo del estudio fue extraer, blanquear, purificar y caracterizar el almidón de la nuez (nuez del Orinoco) del árbol del nogal (Caryodendron orinocense Karst). Al almidón obtenido se le evaluó la composición proximal, propiedades químicas, físicas y fisicoquímicas, también se evaluaron sus propiedades reológicas y morformétricas, usando el viscoamilógrafo de Brabender, el viscosímetro de Brookfield y el microscopio electrónico de barrido (SEM). Los parámetros reológicos evaluados fueron la viscosidad aparente, perfil de gelatinización y estabilidad del gel. Los resultados del perfil reológico señalan, que este almidón mostró menores valores de fragilidad de los gránulos y menor tendencia a la retrogradación que el almidón de yuca comercial. Este almidón también mostró un mayor rango de temperatura de gelatinización que el almidón de yuca comercial; variando esta, desde a 87 a 90 C. Los gránulos de almidón presentaron forma esférica y un promedio en tamaño que varia de 7,35 a 9,15 µm de ancho y de 5,08 a 20,30 µm de largo. Los resultados permiten inferir los usos de este almidón en diferentes industrias; una de ellas, sería la industria de alimentos; donde es posible su aplicación en productos donde la retrogradación disminuye la calidad, como es el caso de productos refrigerados. Palabras claves: Caryodendron orinocense Karst almidón, características del almidón, propiedades reológicas. Some chemical, physicochemical and rheological properties of starch isolated from the orinoconut (Caryodendron orinocense Karst) seeds. Summary. The goasl of the study was the isolation, blanching, purification and characterization of the starch from the nut of the orinoconut tree (Caryodendron orinocense Karst). The proximate composition, chemical, physical, physicochemical characteristics and rheological properties of the isolated starch were evaluated. In order to determine their functional properties, the following parameters using the viscoamylograph Brabender and Brookfield viscosimeter profile were evaluated: apparent viscosity, gelatinization profile, breakdown, consistency, setback, and gel stability. In addition, the microstructure was studied by Scanning Electronic Microscopy (SEM). The results pointed out that the starch has a lower breakdown, consistency and setback, than those showed by commercial cassava starch. Moreover, the gelatinization temperature range was higher than those shown by the commercial cassava starch. Orinoconut starch granules are round and with a size ranging from 7.35 to µm of wide and from 5.08 to µm length. The results allow inferring the possible uses of this starch in different industries; one of them would be at the frozen food industry. Key words: Caryodendron orinocense starch, starch characteristics, rheological properties. INTRODUCCIÓN El uso de productos derivados de raíces y cariópsides no convencionales en la industria de alimentos es un renglón poco explotado. A nivel mundial, generalmente las raíces y cariópsides no convencionales se consumen en forma directa y no se aprovechan algunas sustancias que están presentes en una alta proporción y que pueden ser utilizadas como ingredientes o complemento de otros alimentos. Este es el caso del almidón, sustancia de reserva presente en los vegetales. Aún cuando, el almidón es uno de los principales componentes de la dieta humana, su uso en la industria de alimentos es más estético, que nutricional 3. Este biopolímero, constituye una excelente materia prima para modificar la textura y consistencia de los alimentos, donde no solo es importante la cantidad de almidón, sino que también es crítico el tipo de almidón que se debe usar 3. La nuez; fruto del nogal o nuez del árbol de Caryodendron orinocense H. Karst, es uno de estos alimentos no convencionales que deben ser evaluados en sus composición para darle valor agregado. El fruto de este árbol es conocido en Venezuela como «nogal de Barquisimeto, nuez, nueza, nuez de Barinas, Cumana, taque» y el nombre propuesto por «nuez del Orinoco o orinoconut» se debe a su distribución natural adyacente a la cabecera del río Orinoco 5. Sin embargo se conoce con numerosos nombres comunes; por ejemplo, en inglés como barinas nut, en español como inchi (Colombia), en Suramérica en general se le da varios nombres: tacaynut, kakari y orinoconut, en Ecuador específicamente como nambi y mani de árbol y en nuestro país, también se le llama cacay, tacay, nogal de barquisimeto y nuez de barinas 5. El Caryodendron orinocense K., pertenece a la familia de las Euforbiáceas y crece también en estado silvestre en el piedemonte andino de los estados: Barinas, Lara y Apure. Es un árbol de unos 20 m de alto, que crece además en el pie Oriental Meridional de los Andes de Bogotá y Mérida 21. El fruto es oviforme-globoso de 2 a 3,5 cm de largo y con semillas de 1 a 1,5 cm de diámetro. Llamado nuez por los pobladores del estado Lara, dicho fruto es parecido a la nuez europea y comestible 17. Su nuez se considera un producto alimenticio no convencional, consumido por los campesinos de la región. Estas nueces tienen un contenido de grasa de aproximadamente 30% (b.s.) y después de la extracción la torta remanente representa una buena fuente de

2 Características del almidón de la nuez de Orinoco 53 proteína (18,40%, b.s.) y de carbohidratos por diferencia 57,69 % 16. El árbol empieza a producir frutos normalmente a los 8-9 años de edad 9 y aunque no se conocen datos exactos sobre su productividad, se ha informado de una producción anual de aproximadamente 200 Kg. de frutos por árbol 8. En algunas regiones los campesinos consumen las nueces cocidas en agua y es usual la preparación de una torta o arepa de nuez. En algunos poblados alejados, el fruto es molido y mezclado con otros ingredientes locales para la preparación de un alimento de uso infantil 4. En este sentido es importante estudiar esta fuente no domesticada, que ayudaría a resolver problemas disponibilidad de alimentos, en las zonas rurales. Asimismo, es importante la cuantificación de sus componentes mayoritarios y sus propiedades funcionales; tales como el almidón y la grasa. Los objetivos de este estudio fueron aislar, purificar y blanquear el almidón extraído de la nuez del nogal (Caryodendron orinocense); así como, caracterizar algunos parámetros químicos, físicos, fisicoquímicos y reológicos del mismo. MATERIALES Y METODOS Materia Prima Las semillas del nogal (Caryodendron orinocense, K) fueron obtenidas de la región de Calderas, edo. Barinas. Las semillas se descascararon manualmente, para luego ser molidas en un molino de martillo Comminuting con un tamiz de 60 mesh, para la posterior extracción y blanqueo del almidón. Extracción y blanqueo del almidón extraído de las semillas del nogal El almidón de las semillas del nogal fue extraído según el método descrito por Pérez et al Posteriormente se sometió a blanqueo según método descrito por Pérez y Lares , obteniéndose un rendimiento en almidón blanqueado del 20,00 % en base seca. Caracterización química, física y fisicoquímica del almidón extraído de las semillas Nogal. Al almidón nativo se le determinó el contenido de humedad, proteína (N x 6,25), cenizas y fibra cruda por los métodos oficiales de la AACC, , 2. La materia grasa fue determinada de acuerdo al método descrito por Schoch 18. La acidez y ph se cuantificaron según metodología descrita por Smith, La determinación de la pureza del almidón en base seca, se realizó por diferencia tomando en cuenta a los otros componentes contenidos en el almidón (proteína, materia grasa, fibra cruda y cenizas). La determinación de color se realizó según metodología descrita en el Hunter Laboratory Manual 7, usando el colorímetro Marca Macbeth Color Eye, Mod. 2445, EEUU. Para la determinación de la sinéresis: 100 ml (por triplicado) del gel de almidón recientemente preparado en solución acuosa al 8 % se almacenó a 4 C, durante 24 hrs en refrigeración (4 ±2 C). Después de 24 horas, la cantidad de agua exudada del gel fue cualitativamente expresada como: sinéresis positiva (+), si se observaba presencia de agua exudada en la superficie del gel, o como, sinéresis negativa (-) si no se observaba la presencia de agua exudada en la superficie del gel. Caracterización reológica del almidón extraído de las semillas del Nogal Las propiedades de gelatinización del almidón extraído de las semillas del Nogal se determinaron utilizando un Viscoamilógrafo-Brabender. Los parámetros evaluados, según a Mazur et al., , fueron: temperatura de gelatinización, viscosidad inicial, viscosidad máxima (pico de viscosidad o P), viscosidad al final del período de calentamiento (90 C, 15 min) o H y viscosidad a 50 C denominada C. Las características reológicas como estabilidad, asentamiento y consistencia expresadas en unidades Brabender se calcularon de acuerdo a Merca y Juliano, Evaluación microscópica La morfología y el tamaño de los gránulos de almidón del nogal se determinaron mediante microscopía electrónica de barrido (MBE), usando un equipo Hitachi Modelo S-2400 a 20 kv, siguiendo el procedimiento descrito por Matos y Pérez Se determinó el valor promedio y desviación estándar del tamaño del gránulo de almidón, de acuerdo a su diámetro máximo y mínimo; así como, las características de superficie y forma del gránulo de las observaciones realizadas en las micrografías obtenidas por campo. Evaluación estadística La evaluación estadística de los resultados en base seca, se efectuó mediante el uso de los estadísticos Media y la Desviación Estándar, usando el paquete estadístico SPSS versión 8.0 (1997) USA. RESULTADOS Y DISCUSION Tabla I. Características química del almidón extraído de las semillas del Nogal (Caryodendron orinocense K.) Parámetros (g/ 100g) Humedad 4,00 ± 0,02 Proteína Cruda * 2,67 ± 0,18 Materia Grasa 0,98 ± 0,17 Fibra Cruda 0,18 ± 0,01 Cenizas 1,18 ± 0,05 Pureza (%) 94,99 *Factor N x 6,25. Cada valor representa la media con un n = 3.

3 54 Pérez y colaboradores La Tabla I muestra los valores de composición del almidón extraído de las semillas del nogal. Los resultados del almidón total expresados como pureza (94,66 %), indican que el método de aislamiento del almidón fue eficiente, sin embargo, este valor es ligeramente menor a los reportados en el laboratorio para los almidones comerciales de maíz de la variedad Dent Corn Yellow # 2 (98,1 %) y de yuca (99,47 %) 10, 19. Esta diferencia en cuanto a la pureza, se debe a que se encontró un mayor contenido de proteínas (2,67%), materia grasa (0,98 %) y ceniza (1,18%) en este almidón, comparado con lo reportado para los almidones comerciales antes mencionados. Tabla II. Características físicas del almidón extraído de las semillas del Nogal (Caryodendron orinocense K.) Parámetros Almidón ph 6,5 ± 0,11 Acidez (meq/g) 0,035 ± 0,001 L= (índice de luminosidad) 90,36 ± 0,01 a = (+ rojo; - verde) +0,77 ± 0,01 b = (+ amarillo; - azul) +12,19 ± 0,00 Sinéresis Cada valor representa la media con un n = 3. Negativo La Tabla II, muestra las características físicoquimicas del almidón extraído de las semillas del Nogal (Caryodendron orinocense K.). El valor de ph encontrado fue de 6,5 ± 0,11 se ubica dentro del rango de almidón no fermentado y lo reportado en la literatura 19. Así mismo, este almidón mostró una muy baja acidez, con ausencia de sinéresis, lo que sugiere una fuerte asociación de las moléculas amiláceas entre sí, con la consecuente retención del agua atrapada en la red del gel. De acuerdo con la evaluación colorimétrica efectuada el almidón, se registró un tono blanco amarillento con tendencia al matiz rojo en el mismo que no fue perceptible a la vista. La Tabla III resume las características reológicas del almidón extraído de las semillas del Nogal (Caryodendron orinocense K.) medidas con el amilografo Brabender. El rango de temperatura de gelatinización de este almidón fue más alto que los reportados 6, 10, 14, 19, para almidones de maíz y yuca comerciales, lo que indica que se necesita más energía para iniciar el proceso de gelatinización. La fragilidad de los gránulos de almidón de la nuez fue mucho menor que la del almidón de yuca, pero ligeramente mayor que la del maíz. Se puede inferir que las fuerzas intermoleculares que mantienen la asociación de los componentes amiláceos (amilosa y amilopectina) en los gránulos del almidón de la nuez y del maíz, son similares y mayores al compararlas con las del almidón de yuca. Asimismo, se observó que la consistencia del almidón del nogal fue menor que la del los almidones de maíz o yuca. En cuanto al setback o tendencia a retrogradar se observó que el almidón de la nuez presenta mayor tendencia a retrogradar que el almidón de yuca, pero menor que la del maíz 6, 10, 14, 19. Estos resultados dan idea de la estructura y características de cocción; así como, el comportamiento de las pastas de estos almidones en frío. Tabla III. Características reológicas del almidón extraído de las semillas del Nogal (Caryodendron orinocense K.) Parámetros Almidón Rango de Temperatura de Gelatinización ( ºC) Pico de Viscosidad (P) (U.B.) 220 Viscosidad a 90 ºC (U.B.) 80 Viscosidad a 90 o C 30, (H) (U.B.) 130 Viscosidad a 50ºC (U.B.) 130 Viscosidad a 50 º C, 30 (U.B.) 300 Breakdown (P-H) (U.B.) 90 Setback (C-P) (U.B.) 0 Consistencia (C-H). 0 UB: Unidades Brabender. Cada valor representa la media con un n = 2. No se reporta desviación estándar, ya que las curvas son idénticas. V i s c o s i d a d A p a r e n t e ( C p s ) r.p.m 30 oc 50 oc Figura 1. Efecto de la temperatura sobre la viscosidad aparente del almidón extraído de semillas del nogal. En la Figura 1, se muestran los valores de las curvas de viscosidad del almidón extraído de las semillas del nogal Caryodendron orinocense K., a dos temperaturas medidas con la aguja No. 4. El comportamiento del

4 Características del almidón de la nuez de Orinoco 55 almidón de la nuez es la de un fluido no- Newtoniano, seudo plástico. A 30 C el almidón presentó una mayor reducción en la viscosidad aparente en función a la fuerza de corte, en comparación con la respuesta a 50 C. Al comparar la viscosidad general desarrollada por este 10, 12 almidón, con la reportada para maíz y yuca comercial observamos que este almidón desarrolla poca viscosidad. Figura 2. Fotomicrografías de gránulos de almidón extraído de las semillas Nogal (Caryodendron orinocense K.) En la Figura 2, se presentan las características morfométricas del almidón extraído de la nuez del nogal Caryodendron orinocense K, en las mismas se observa que los gránulos de almidón son de forma esférica y con un promedio en tamaño de: 7,35-19,15 µm de ancho y 5,08-20,30 µm de largo, resultados similares se reportan para el almidón de yuca cuyos gránulos son de forma oval truncada 19. CONCLUSIONES La diferente composición proximal y grado de pureza del almidón nativo extraído de las semillas nogal (Caryodendron orinocense K.), comparado con los almidones comerciales de maíz y yuca, pueden deberse al origen botánico y a las diferencias en el método de extracción y blanqueo utilizado. Este almidón presenta la propiedad de desarrollar poca viscosidad y no retrograda, en comparación con los de maíz y yuca comerciales, lo que lo hace excelente para usar en aquellos alimentos que requieran de desarrollo de poca viscosidad y sin retrogradación. En este trabajo no se realizaron pruebas de toxicidad, por lo que se recomienda investigar en este sentido el producto, para su posible utilidad en la industria de alimentos. AGRADECIMIENTO Publicado como investigación científica, financiada por el proyecto No S apoyado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT), Venezuela. REFERENCIAS 1. AACC American Association of Cereal Chemists. Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists. Ed. AACC, St. Paul, MN, USA, AOACI Association of Official Analytical Chemists International. Official Methods of Analysis, (17th Ed), Horwitz, W, editors. Association of Official Analytical Chemists International, Washington DC, Biliaderis, C.G. The structure and interactions of starch with food constituents. Can. J Physiol. Pharmacol. 69:60-78, CRBS. Comité de Recursos Botánicos Subutilizados. Boletín Informativo Forestry Compendium,(revisado el 19 de Febrero) [publicación periódica en línea] in: CA28OR.htm, González, Z., Pérez, E. Evaluación fisicoquímica y funcional de almidones de yuca (Manihot esculenta Crantz) pregelatinizados y calentados con microondas. Acta Cient. Ven. 54: , Hunter, Inc. Hunter Associates Laboratory Manual Universal software version 3.8 ISO 9001 certified Manrique, M., Burbano, E. Aprovechamiento Integral del Inchi. Tesis de Doctorado. Universidad del Valle. Cali, Colombia Martínez, J. Inchi (Caryodendron orinocense, K.) Oleaginosa nativa de América Tropical. Tesis de Doctorado. Universidad de Nariño, Colombia Matos, M.E., Pérez, E. Characterization of native and modified cassava starches, I Ultrastructural study by scanning electron microscopy and X-ray diffraction techniques. C. F. W. 48:78-81, Mazur, E.T., Schoch, T.J., Kite, F. Graphical analysis of the Brabender viscosity curves of the various starches. Cereal Chem. 34: , Merca, F.E, Juliano, B.O. Physicochemical properties of starch of intermediate-amylosa and waxy rice differing in grain quality. Starch/Starke. 33: , Pérez, E., Bahnassey, Y., Breene, W. A simple laboratory scale method for isolation of amaranth starch. Starch/Stärke. 45: , Pérez, E., Breene, W., Bahanasey, Y. Variation in the gelatinization profiles of cassava, sagu and arrowroot native starches as measured by different thermal and mechanical methods. Starch/Stärke. 50:70-72, Pérez, E., Lares, M. Scale laboratory method for isolation of starch from pigmented sorghum. J. Food Eng. 64: , Pérez, M.N., Alfaro, M.J., Padilla, F.C. Evaluation of Nuez de Barinas (Caryodendron Orinocense) oil for possible use in cosmetic. Inter. J. Cosm. Sci. 21: , 2001.

5 56 Pérez y colaboradores 17. Pittier, H. Manual de las plantas usuales de Venezuela. EDT, Fundación Eugenio Mendoza, Caracas, 1970, p Schoch, T.J. Fatty substances in starch. In: Methods in Carbohydrates Chemistry. Vol IV. Ed. Whistler RL, Academy Press, New York, USA, 1964, pp Sívoli, L., Pérez, E. Características físico-químicas y funcionales de almidón de maíz modificado químicamente. Formación de enlaces cruzados. Tecn. de Alim. Mex. 31:5-9, Smith, R. Characterization and analysis of starch. In: Starch: Chemistry and Technology Vol. II. Ed. Whistler RL, Paschall EF Academic Press, New York, USA, 1967, pp Vélez, B.F., Valery, G. Plantas alimenticias de Venezuela. Fundación Bigott. Sociedad de Ciencias Naturales La Salle, Venezuela, 1987, p Correspondencia: Elevina Pérez, Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Apartado , Caracas 1041 A, Venezuela. Correo electrónico: perezee@hotmail.com