XII CONGRESO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS ANÁLISIS TÉRMICO DEL GRADO DE COCCION EN FRIJOL COMÚN (PHASEOLUS VULGARIS L.).

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1 ANÁLISIS TÉRMICO DEL GRADO DE COCCION EN FRIJOL COMÚN (PHASEOLUS VULGARIS L.). Espinosa-Andrews, H. a*, Sanchez Arteaga, H.M. a a Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A.C. Tecnología Alimentaria. Av. Normalistas 800, Col. Colinas de la Normal, Guadalajara, Jalisco, 44270, México. * hespinosa@ciatej.net.mx RESUMEN: En el presente trabajo se evaluó el grado de cocción (GC) del frijol empleando calorimetría diferencial de barrido y fue correlacionado con la textura y el fenómeno de dureza de cocción. Los resultados muestran la presencia de proteínas resistentes al calor, las cuales son las responsables del fenómeno de dureza de cocción. Los resultados de calorimetría muestran un grado de cocción del 94.4% después de 120 minutos de cocción del grano y la disminución de la textura del 87.4%. ABSTRACT: In the present work was evaluated the cooking degree (CD) of beans at different times of cooking by differential scanning calorimetry (DSC) and was relationated with the texture analysis and the hard-to-cook bean phenomena. The results show the presences of heat resistant proteins, which are responsible of the hard-to-cook bean phenomena. DSC results show a cooking degree of beans of 94.4% after 120 minutes of cooking and a texture diminution of 87.4%. Palabras clave: Análisis proximal, grado de cocción, textura. INTRODUCCIÓN El frijol común Phaseolus vulgaris es una importante fuente de alimentación, especialmente en países en desarrollo, donde estos son la mayor fuente de proteína, vitaminas y minerales (Ca, Fe, Cu, Zn, P, K y Mg), juegan un papel benéficos en la salud humana, proveen una excelente fuente de carbohidratos complejos y ácidos grasos poliinsaturados. (Martín-Cabrejas et al., 1997). Sin embargo, su amplia aceptabilidad es adversamente afectada por la presencia de taninos, saponinas y otros anti-nutrientes (Rehman et al., 2001). Otro problema asociado con el frijol es el fenómeno de dureza de cocción (FDC), el cual ha sido atribuido al almacenamiento de las semillas altas condiciones de humedad y temperatura. Frijoles con este tipo de defecto son característicos de grandes tiempos de cocción para suavizar el cotiledón, son menos aceptables para el consumidor y presentan menor valor nutricional (Carmona-García et al., 2007; Reyes-Moreno and Paredes-López, 1993). Una alternativa tecnológica para CLO163-1

2 minimizar el FDC es remojar los frijoles antes de cocerlos. El remojo consiste en la hidratación de las semillas, con o sin desechar el medio de remojo, y los resultados depende de varios factores como el tipo de legumbre, especie y variedad, duración de proceso, temperatura, ph, salinidad del medio de cocción y así como las condiciones de almacenamiento antes del proceso (Carmona-García et al., 2007; Rehman et al., 2001). Durante el FDC, algunas estructuras y compuestos cambian, como los lípidos (oxidación y/o polimerización), formación de pectatos insolubles, lignificación de la lamela media y múltiples mecanismos. Sin embargo, no existen reportes acerca de la trasformación de las proteínas y almidones durante el proceso de cocción y la influencia de estos en el FDC. El objetivo de este trabajo fue evaluar el grado de cocción del frijol empleando calorimetría diferencial de barrido y su correlación con la textura y el fenómeno de dureza de cocción. METODOLOGÍA Materiales. El frijol común Phaseolus vulgaris variedad azufrado se adquirió en la central de abastos de la ciudad de Tepic, Nayarit. Todos los reactivos usados fueron grado alimenticio. Preparación de la harina de frijol. Las semillas de frijol fueron limpiadas, lavadas y secadas a rayo del sol; posteriormente las semillas fueron molidas y tamizadas (malla 40) para obtener la harina. Análisis proximal. La harina se caracterizó fisicoquímicamente: humedad (NMX-F ), cenizas (AOAC ), proteína (método Kjeldahl), lípidos, (AOAC ), fibra cruda (NOM-F-90-S-1978), carbohidratos y minerales (Fe, Ca, Zn, Mg) (NOM-117- SSA-1994). Cocción. Se pesaron aproximadamente 150g de frijol y se remojaron por 24 hrs en 1 L de agua a temperatura ambiente. Los frijoles remojados se colocaron en una olla de aluminio y se cocieron a fuego lento por 120 min. Para no alterar la temperatura del sistema durante la cocción, el agua evaporada fue repuesta agregando agua a temperatura de ebullición (93ºC). Se tomaron muestras de frijol en intervalos de 10 min durante el proceso de cocción. Las muestras fueron atemperadas y colocadas CLO163-2

3 en refrigeración a 4ºC antes de su análisis. La cocción de los frijoles se llevó a cabo por duplicado. Grado de cocción. El grado de cocimiento (GC) se determinó a partir de la evaluación de los proceso térmicos relacionados con la cocción (gelatinización y desnaturalización) empleando un calorímetro diferencial de barrido modulado (MDSC), TA Instruments modelo Q2000. Se analizó una muestra de frijol a diferentes tiempos de cocción (t0, t20, t40, t80 y t120). Aproximadamente, 15mg de frijol fueron colocados en el interior de una charola de aluminio hermética Tzero (TaInstruments) y se le agregó 20 ml de agua. Las charolas fueron selladas y estabilizadas por 1 h. Se usó una rampa de calentamiento modulada de 2.5 C/min de 40 C hasta 120 C y una modulación de +/ C cada 30s. Se empleó una charola vacía como referencia. El GC fue determinado a partir del cociente entre la entalpía de transición del frijol al tiempo t ( ) entre la entalpía de transición del frijol al tiempo inicial ( ). Todos los análisis fueron realizados por duplicado y se muestra el promedio con su respectiva desviación estándar. Análisis de textura. La textura fue determinada 24 hrs después de la cocción. Se determinó la fuerza de penetración de 10 granos de cada tiempo de cocción empleando un texturómetro Texture Analyzer modelo TA-XT2. Se empleó una prueba de compresión con una punta cilíndrica de 2mm de diámetro. Se fijó una velocidad de penetración de 2 mm/s y una distancia de penetración de 3 mm. Se reportan los valores promedio y su desviación estándar. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La caracterización química del frijol común Phaseolus vulgaris variedad azufrado se presenta en la tabla 1. El contenido de humedad del frijol fue similar al encontrado para cuatro variedades de frijol negro (8.87% y 9.19%) (Carmona- García et al., 2007). Sammn y col. (1999) encontraron que el contenido de humedad para el frijol negro argentino varió de a 13.37%. El contenido de proteína fue menor al reportado en la literatura. Orozco-Díaz y col. (2005) reportaron contenidos de proteína para la variedad mayocoba de ± 0.49%, similar a las reportados por Reyes-Moreno y Paredes-López (1993) con valores entre 20.3 y 29.0% para cuatro diferentes variedades de frijol cosechadas en México y por Vargas-Torres y col. (2004) con valores entre 18.9% y 24.2% para cuatro variedades de frijol negro. El contenido de proteínas en legumbres puede CLO163-3

4 variar marcadamente de un cultivo a otro para una sola especie. Los relativos altos valores de proteína en estas muestras de frijol pueden ser importantes debido a la posibilidad de la formación del complejo almidón-proteína, un fenómeno muy bien conocido en el pan, donde el endurecimiento podría ser inhibido por la formación de complejos de los polímeros de almidón en lípidos y proteínas durante la cocción posterior. Tabla 1. Composición proximal del frijol P. vulgaris variedad azufrado. Promedio desvest Humedad Cenizas Grasas Proteínas Fibras crudas Carbohidratos El contenido de lípidos fue de 0.88 ± 0.02%. Orozco Díaz y col. (2005) reportaron contenidos de lípidos la variedad Mayocoba de 1.98 ± 0.29%; otros autores encontraron para la variedad negra valores de 1.26 a 2.8%. El contenido de lípidos en frijoles es importante debido a la formación del complejo amilosalípidos el cual puede formarse cuando los frijoles son cocidos. El contenido de ceniza fue de 4.33 ± 0.08%. Los resultados encontrados son similares a aquellos reportados anteriormente para el frijol mayocoba de 4.54± 0.01% (Carmona- García et al., 2007) y 4.54 ± 0.03% (Orozco-Díaz et al., 2005). Sammn y col. (1999) reportaron valores de cenizas de 3.65 % a 4.81% para variedades de frijol negro cosechado en diferentes regiones de Argentina. Los minerales son elementos inorgánicos, los cuales permanecen en las cenizas cuando los alimentos son incinerados (Reilly, 2005). El contenido de minerales asociado con la variedad azufrado se muestra en la tabla 2. Tabla 2. Contenido de minerales del frijol P. vulgaris variedad azufrado. Minerales Promedio Desvest Hierro Calcio Magnesio Zinc El contenido de hierro presentó valores de 64.2 ± 0.85 mg/kg de semilla. El contenido de hierro fue menor que la mayoría de las variedades de frijol Negro Argentino (en promedio mg/kg) reportadas por Sammn y col. (1999), pero similar a diferentes variedades de frijol reportadas alrededor del mundo (Oomah et al., 2008; Ariza-Nieto et al., 2007; Shimelis and Rakshit, 2005; Martinez et al., CLO163-4

5 1998). El contenido de calcio en los frijoles fue de 1420 ± 1 mg/kg de semilla. Guzmán-Maldonado y col. (2000) reportaron contenidos de calcio entre 1700 y 4080 mg/kg de semilla para frijol mexicano cosechado en los estados de Jalisco y Durango. El contenido de calcio ha sido relacionado como un factor importante en la cocción de frijoles al formar complejos con las proteínas presentes en el frijol. El contenido de zinc fue de ± 0.07 mg/kg. Las dosis recomendadas diarias de zinc para adultos son de 11 mg para hombres y 8 mg para mujeres (DiSilvestro, 2005), por lo que el aporte del frijol en las dietas mexicanas de este mineral es de vital importancia. El contenido de magnesio 1825 ± 21.21mg/Kg de semilla. Oomah y col. (2008) reportaron contenidos de Mg de 1525 a 2078 para diferentes variedades de frijol canadiense. El contenido de Cadmio, Plomo y Cobalto se encontró menor a los valores significativos reportados por la técnica. Durante la cocción de los frijoles se observó un cambio de coloración (no reportado) en función del tiempo de cocción. La figura 1 muestra las transiciones térmicas asociadas al frijol común Phaseolus vulgaris variedad azufrado en función del tiempo de cocción. Se observa en el tiempo t0, la presencia de una larga endoterma, la cual es originada por la gelación del almidón (~82ºC) y los diferentes tipos de proteínas (~80, 90 y 100ºC) presentes en el frijol. Figura 1.- Evaluación del grado de cocción del frijol P.Vulgaris variedad azufrado mediante calorimetría diferencial de barrido. La presencia de proteínas resistentes al calor es la razón por la que los frijoles presentan el FDC. Las proteínas resistentes al calor son definidas como las proteínas con temperatura de desnaturalización por encima de la temperatura de CLO163-5

6 ebullición del agua. La energía total asociada con el frijol hidratado sin cocer fue de J/g. Con forme aumentó el tiempo de cocción (t20), los frijoles alcanzaron la temperatura de equilibrio con el agua presente en la olla de cocción (93ºC, Cd de Guadalajara), presentando un GC de 61.9%. En este punto, se puede observa en la figura 1, la desaparición de las transiciones por debajo de 93ºC, debido a que el almidón y/o proteínas presentes en el frijol han alcanzado sus respectivas transiciones térmicas. Por encima de la temperatura de ebullición la desnaturalización de proteínas resistentes al calor es más lenta, por lo que esta transición domina la velocidad de cocción del material. El GC incrementó al 68.1%, 88.7% y 94.4% para 40, 80 y 120 minutos de cocción, respectivamente. La figura 2 muestra la fuerza de penetración en función del tiempo de cocción del frijol Phaseolus vulgaris variedad azufrado. La fuerza de penetración al tiempo inicial t0 es de ± 1.63N. A los 10 minutos de cocción (t10) el sistema alcanzó 68ºC y no presentó diferencia significativa en la fuerza de cocción respecto al tiempo inicial. A este tiempo los frijoles absorbieron el agua suficiente para llevar a cabo el proceso de gelación. Fuerza de penetracion (N) Tiempo (min) Figura 2.- Fuerza de penetración en función del tiempo de cocción del frijol P.Vulgaris variedad azufrado. Al tiempo t20, el sistema alcanzó 93ºC y se observó una disminución en la textura del frijol del 13.6%, respecto al tiempo inicial. Al final de la cocción (t120) se observa una disminución promedio de la fuerza de penetración de 87.4% y una disminución de la entalpía inicial del 94.4% (GC), valores a los cuales se presenta el tiempo y temperatura óptima de cocción. A este tiempo los frijoles se encuentran cocidos. CONCLUSIONES CLO163-6

7 El grado de cocción del frijol depende fuertemente de las transiciones del almidón y proteínas contenidas en las semillas. Se observó que el grado de cocción puede evaluarse a partir del seguimiento de las transiciones térmicas del grano. La presencia de proteínas resistentes al calor es la razón de la presencia del fenómeno de dureza de cocción. La cocción del frijol se obtuvo después de 120 min a temperatura de ebullición con olla abierta con la transformación del 94.4% de los eventos térmicos presentes en el frijol. El aseguramiento del proceso de gelación y desnaturalización es de importancia para la adecuada digestibilidad de los almidones y proteínas presentes en el frijol. AGRADECIMIENTOS. Se agradece a la unidad de USAM-CIATEJ por su colaboración en el análisis proximal. Se agradece al FOMIX-NAYARIT por el financiamiento de este trabajo a través del convenio NAYARIT-2008-C REFERENCIAS Ariza-Nieto, M.; Blair, M. W.; Welch, R. M.; Glahn, R. P Screening of iron bioavailability patterns in eight bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes using the CaCO-2 cell in vitro model Journal of Agriculture and Food Chemistry, 55, Carmona-García, R. Osorio-Díaz, P. Agama-Acevedo, E. Tovar, J. Bello-Pérez, L.A Composition and effect of soaking on starch digestibility of Phaseolus vulgaris (L.) cv. Mayocoba International Journal of Food Science and Technology, 42, Martín-Cabrejas, M.A. Esteban, R.M. Perez, P. Maina, G. Waldron, K.W Changes in Physicochemical Properties of Dry Beans (Phaseolus vulgaris L.) during Long-Term Storage Journal of Agriculture and Food Chemistry, 45, Oomah, B.D. Blanchard, C. Balasubramanian, P Phytic Acid, Phytase, Minerals, and Antioxidant Activity in Canadian Dry Bean (Phaseolus vulgaris L.) Cultivars. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 56 (23), Osorio-Díaz, P., Tovar,J., Paredes-López, O. Acosta-Gallegos, J.A. Bello-Pérez, L.A Chemical composition and in vitro starch bioavailability of Phaseolus vulgaris (L) cv Mayocoba Journal of the Science of Food and Agriculture, 85, Rehman, Z. Salariya, A.M. Zafar, S.I Effect of processing on available carbohydrate content and starch digestibility of kidney beans (Phaseolus vulgaris L.) Food Chemistry, 73, Reilly, C Minerals. En: The nutrition handbook for food processors. Editores: Henry, C.J.K. y Chapman, C. Editado por CRC Press, Florida, pp Reyes-Moreno C and Paredes-López O Hard-to-cook phenomenon in common beans a review. Critical Review of Food Science and Nutrition, 33, Sammn, N. Maldonado, S. Alfaro, M. E. Farfn, N. Gutierrez, J Composition of Different Bean Varieties (Phaseolus vulgaris) of Northwestern Argentina (Region NOA): Cultivation Zone Influence Journal of Agriculture and Food Chemistry, 47 (7), Shimelis, E.A. Rakshit, S.K Proximate composition and physico-chemical properties of improved dry bean (Phaseolus vulgaris L.) varieties grown in Ethiopia. LWT, 38, CLO163-7

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