Los cereales para desayuno son productos obtenidos de cereales, leguminosas, tubérculos, frutas, etc; mediante diferentes procesos industriales. El objetivo de investigación fue elaborar un cereal para desayuno por extrusión, con alto contenido de fibra dietaría y antioxidantes, combinando harinas de betabel (Beta vulgaris var conditiva), maíz azul (Zea mays L) y amaranto (Amaranthus spp). Se estudiaron las características fisicoquímicas como índice de expansión (IE), índice de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad en agua (ISA) y fibra dietaría total (FDT), de 20 mezclas con diferentes proporciones de las diferentes harinas. Los resultados del análisis de la caracterización fisicoquímica en general indicaron que durante el proceso de extrusión la temperatura del dado de salida, y humedad de alimentación presentaron efecto estadísticamente significativo (p < 0.05). Además, las variables IE, IAA, ISA y FDT fueron empleadas para obtener el producto óptimo, el cual contenía gran cantidad de fibra dietaría, tenía buena expansión y además por su color natural fue atractivo al consumidor.
Palabras clave: Cereal, extrusión, betabel, maíz azul, índice de absorción
The breakfast cereals are products obtained from cereals, legumes, tubers, fruits among others by different industrial process. The main of this research was elaborated a breakfast cereal by extrusion, with a higher content of fiber and antioxidants, using flours of beetroot (Beta vulgaris var conditiva), blue corn (Zea mays L) and amaranth (Amaranthus spp). Physicochemical characteristics were evaluated [expansion index (EI) water absorption index (WAI), water solubility index (WSI) and total dietary fiber (TDF)] of 20 mixtures with different proportions of the different meals were studied. The results shown that the temperature output and supply moisture had a statistically significant (p < 0.05) in the physicochemical characteristics during the extrusion process since. In addition, EI, WAI, WSI and TDF parameters were employed to obtain the optimal product, which contained a large amount of dietary fiber, had good expansion and an attractive color for the consumer.
Keywords: Cereal, extrusion, beetroot, blue corn, absorption index
Los cereales para desayuno son cereales en copos o expandidos, elaborados empleando granos de cereales, ya sea enteros, cocidos, molidos o en partes, actualmente son productos destinados a niños y personas adultas, formando parte de su dieta humana. En esta investigación se elaboró un cereal para desayuno diferente a los existentes en el mercado, con propiedades funcionales, proporcionando a la dieta alta cantidad de fibra soluble y antioxidantes; empleando la tecnología de extrusión, tecnología que permite mejorar el perfil de nutrientes mediante el aumento de fibra dietética (Stojceska et al., 2010); y betabel, maíz azul y amaranto como materias primas. El betabel es una buena fuente de fibra, es rico en betalaínas (García-Cruz et al., 2012); mientras que, el maíz azul posee gran cantidad de antioxidantes y una calidad nutricional mayor que el maíz típico blanco o amarillo (Castañeda et al., 2011). El amaranto es rico en proteína y a diferencia de algunos cereales posee mayor contenido de lisina. Además, cuando se realizan mezclas de harina de amaranto con harina de maíz (50:50), la combinación de aminoácidos resulta ser excelente, debido a que la lisina que abunda en el amaranto es deficiente en el maíz (Silva et al., 2010).
Obtención de las materias primas y harinas: El betabel, el maíz azul y el amaranto fueron obtenidos del Estado de Hidalgo, México. El betabel fue convertido en harina (proceso de registro de patente). Los granos de maíz azul y amaranto fueron molidos por separado en un molino de martillos con la finalidad de romper los granos y después en un molino de discos para ser refinados y así obtener las harinas correspondientes.
Proceso de extrusión: El proceso de extrusión se realizó en un extrusor de laboratorio, (C.W. Brabender, modelo 2276), con una matriz circular y un barril estriado dividido en tres zonas de calentamiento, el tornillo se utilizó con una relación de compresión constante y un dado de salida con una abertura de 3 mm La velocidad de tornillo fue constante, así como la temperatura de las tres zonas del barril. La temperatura de la matriz, humedad de alimentación y concentración de harina de betabel fueron variadas de acuerdo al diseño experimental.
Caracterización fisicoquímica de los extrudidos: La caracterización fisicoquímica de los extrudidos comprendió los análisis de índice de expansión (IE), índice de absorción de agua (IAA) e índice de solubilidad en agua (ISA) y fibra dietaría total (FDT) de acuerdo al Kit Sigma Aldrich (Anderson et al., 1969; Gujska y Khan, 1990).
Diseño experimental y análisis estadístico: Se utilizó un diseño experimental central compuesto, rotable, con tres variables independientes: temperatura de la matriz, humedad de alimentación y concentración de la fuente de fibra, el diseño constó de 20 tratamientos, con un α= 1.68179. Los datos fueron analizados por superficie de respuesta, empleando el software Design Expert versión 7.1.5 (Stat Ease Inc., Minneapolis, MN).
Optimización: Se realizó mediante metodología de superposición de superficies, empleando el software Design Expert versión 7.1.5 (Stat Ease Inc., Minneapolis, MN). Las respuestas seleccionadas para realizar la optimización fueron: IE, IAA, ISA y FDT.
Los efectos de las condiciones de extrusión en las propiedades de los productos extrudidos fueron estudiados, los coeficientes de regresión del modelo cuadratico y el nivel de significancia para las variables de respuestas: IE, IAA, ISA y FDT para los productos extrudidos se presentan en la Tabla 1. Donde se observa que la temperatura del dado de salida y humedad de alimentación tuvieron mayor efecto significativo (p < 0.05) en la mayoría de las variables de respuesta estudiadas.
Tabla 1. Coeficientes estimados del modelo ajustado y nivel de significancia para las respuestas de índice de expansión (IE), índice de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad en agua (ISA) y fibra dietaría total (FDT) de los productos obtenidos por extrusión.
Índice de Expansión (IE)
De acuerdo a los resultados experimentales, el IE del producto obtenido por extrusión tuvo un valor máximo de IE de 1.660 ± 0.034, el cual fue obtenido a baja temperatura del dado de salida, baja concentración de harina de betabel sin extrudir (Figura 1) y alta humedad de alimentación. Este resultado es inferior a lo reportado para botanas con harina de pescado (3.480 ± 0.010) (Ratankumar et al., 2014). El resultado de la investigación puede deberse al contenido de fibra en los productos extrudidos, ya que al disminuir el contenido de esta el grado de expansión es mayor y viceversa.
Índice de Absorción de Agua (IAA)
El mayor IAA para las muestras analizadas fue de 6.020 ± 0.058 g a.a/g s.s. se obtuvo a temperaturas del dado de salida y concentración de harina de betabel intermedias (Figura 2), y alta humedad de alimentación. Este resultado es inferior al encontrado por González et al. (2013) en productos elaborados con arroz integral a altas temperaturas (7.600 g.a.a/g.s.s), donde se sugiere que el IAA es más afectado por el efecto térmico que por la fricción durante la extrusión.
Índice de Solubilidad en Agua (ISA)
El ISA mayor para los productos estudiados fue de 14.457 ± 1.175 %, encontrado a temperatura del dado de salida intermedia, alta concentración de harina de betabel (Figura 3) y baja humedad de alimentación. Este resultado difiere de Hernández-Nava et al. (2011) para productos extrudidos con harinas de lenteja y plátano, donde el mayor ISA (60 %) se encontró a altas temperaturas y bajas concentraciones de harina de lenteja. El ISA está relacionado con la cantidad de moléculas solubles en agua, se asocia a dextrinización y es utilizado como un indicador de la degradación de compuestos moleculares.
Fibra Dietaría Total (FDT)
El mayor porcentaje de fibra dietaría total (FDT) de los productos con harina de betabel sin extrudir, fue de 35.390 %, siendo el 34.724 % fibra insoluble y el 0.666 % de fibra soluble, encontrándose a bajas temperatura del dado de salida, baja concentración de harina de betabel (Figura 4) y alta humedad de alimentación; resultado superior al reportado por Gupta y Premavalli (2012), donde se encontró el 8.62 % de fibra en botanas a base de rábano a altas concentraciones del mismo y alta humedad. El resultado obtenido en esta investigación, puede atribuirse a las concentraciones de la harina de betabel y a la humedad empleada en el proceso de extrusión, condiciones que permitieron que se obtuvieran altos contenidos de FDT.
Optimización de los productos obtenidos
Una vez determinadas las condiciones óptimas de procesamiento (Figura 5), se formuló la mezcla correspondiente y el producto fue obtenido bajo las condiciones predichas por el modelo ajustado correspondiente y fue analizado. De acuerdo al análisis del producto óptimo, se obtuvieron los valores promedio y sus desviaciones estándar: IAA = 6.286 ± 0.176 g a.a./g s.s., ISA = 17.891 ± 1.418 %, IE = 1.800 ± 0.066 y FDT = 31.578 ± 0.215 %. Al comparar los valores experimentales contra los predichos por el modelo, observándose diferencia estadísticamente significativa (p < 0.05), en los valores de IAA, ISA, IE y FDT.
1. La temperatura del dado de salida y la humedad de alimentación durante el proceso de extrusión, presentaron mayor efecto significativo (p < 0.05) en los parámetros evaluados: IE, IAA, e ISA.
2. Los contenidos de fibra presente en los extrudidos mostraron un efecto en los resultados de IE, DA y por lo consiguiente en la dureza.
3. En esta investigación se obtuvieron productos diferentes a los existentes en el mercado, debido a su contenido de fibra, expansión y a su color totalmente natural.
1. Anderson, R.A., Conway, H.F., Pfeifer, V.F., and Griffin, E.L. (1969). Gelatinization of corn grits by roll and extrusion cooking. Cereal Science, 14(4): 11-12.
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8. Ratankumar, S.R., Majumdar, R., and Venkateshwarlu, G. (2014). Optimum extrusion-cooking conditions for improving physical properties of fish-cereal based snacks by response surface methodology. Journal Food Science and Technology, 51(9): 1827-1836.
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10. Stojceska, V., Ainsworth, P., Plunkett, A., and Ibanoglu, S. (2010). The advantage of using extrusion processing for increasing dietary fibre level in gluten free products. Food Chemistry, 121: 156-164.
[a]Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Maestría en Ciencia de los Alimentos, Instituto de Ciencias Agropecuarias, Av. Rancho Universitario s/n, km. 1, C.P. 43760, Tulancingo de Bravo, Hidalgo, México.
[b] Instituto Tecnológico de Durango, Boulevard Felipe Pescador, No. 1830 Oriente, C.P. 34080, Durango, Durango, México
[c]Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Área Académica de Química, Instituto de Ciencias Básicas en Ingeniería, Carretera Pachuca-Tulancingo, km. 4.5, C.P. 42183, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México.
[a*]solesmeray@hotmail.com