En el presente trabajo se fabricó una botana mediante extrusión, directamente expandidos, empleando una mezcla de harina de maíz azul (Zea mays L.), de amaranto (Amaranthus caudatus) y de calabaza, con los que se pretende aumentar la cantidad de fibra soluble y de antioxidantes; para el proceso de elaboración de las botanas se utilizó un extrusor de laboratorio de un tornillo marca Brabender, variando temperatura, humedad y concentración de la harina de calabaza en función del diseño experimental central compuesto rotable, manteniendo constantes la velocidad y configuración del tornillo y un tamaño de dado de salida; a los productos obtenidos de tales tratamientos se les determino: índice de expansión, densidad aparente, índice de absorción de agua e índice de solubilidad de agua, y fibra dietaría y se obtuvo un producto óptimo de cada diseño para caracterizarlo nuevamente.
Palabras clave: botana funcional, extrusión, fibra, maíz azul, amaranto, calabaza
In this study was elaborated expanded directly snacks by extrusion, using mixtures of different flours: blue corn, amaranth and pumpkin. The use of a mix of flours was to obtain a snack with a higher quantity of soluble fiber and antioxidant activity. For the elaboration of the snacks was employed a laboratory extruder Brabender, in which was varied the temperature, moisture and the concentration of the pumpkin flour. While the speed, the screw and the size of the outlet nozzle remained constant. For all the snack was determined the expansion index, apparent density, water absorption index, solubility index and dietary fiber. Evaluating all the parameter was obtained an optimal product
Keywords: Functional snack, extrusion, fiber, blue corn, amaranth, pumpkin
Una botana es definida como una comida pequeña y ligera, que tiene varias características como ser de fácil manipulación [1]. Es un sector con una gran variedad de tamaños, formas, colores y sabores diseñados para atraer al consumidor, son principalmente elaboradas a base de almidón pero con bajo valor nutricional en términos de vitaminas, minerales, aminoácidos y fibra [2], la cantidad de fibra contenida en las botanas es casi nula; mientras que la ingesta recomendada de 25 g por persona al día, tiene funciones importantes en el organismo como reducir el riesgo de las enfermedades coronarias del corazón [6] , así como la disminución de lípidos en sangre y la presión sanguínea [7], la fibra soluble, funciona como sustrato de la microbiota benéfica, protege contra enfermedades inflamatorias como la enfermedad de Crohn [5]. La tecnología de extrusión, además de otras ventajas, nos ofrece versatilidad y nos permite el uso de ingredientes poco convencionales para la elaboración de una gran variedad de productos, el proceso de elaboración de alimentos extruidos ha sido descrito como un proceso de flujo continuo de baja humedad, en un reactor capaz de procesar biopolímeros e ingredientes mezclados a temperaturas relativamente altas sobre altas presiones, fuerza de cizalla a bajos contenidos de humedad [4], puede afectar la digestibilidad del almidón, formando cadenas cortas que pueden formar entrecruzamientos nuevos e indigeribles, conocidos almidón resistente, que contribuyen al contenido total de fibra dietética del producto, elimina inhibidores de tripsina [2].
Para la elaboración de la botana se utilizó: maíz azul, amaranto y calabaza, siendo el maíz valorado por su color debido a las antocianinas en la capa de la aleurona, las cuales se consideran antioxidantes naturales; el amaranto con una alta calidad de proteína en términos de digestibilidad, eficiencia y balance nutricional, también rico en ácidos grasos poli-insaturados[3] y la calabaza es una fuente de pectinas y carotenos; así el objetivo del presente trabajo fue elaborar y caracterizar fisicoquímicamente una botana extruida expandida a base de harinas de maíz azul, amaranto y una fuente de fibra, de acuerdo al diseño central compuesto rotable.
Materia prima: la fuente de fibra fue obtenida del municipio de Atotonilco el grande Hgo., el amaranto de la empresa Amarantole y el maíz azul del municipio de Actopan Hgo.; la calabaza fue pelada y cortada en cuadros de 5 por 5 con 1 cm de espesor, y deshidratados en un horno thermolyne 9000, desppues fue molida utilizando una licuadora Oster.
Proceso de extrusión: se utilizó un extrusor de laboratorio marca Brabender a diferentes temperaturas, humedades y concentración de calabaza según el diseño experimental, manteniendo constante la velocidad del tornillo, con un tornillo con relación de compresión y un dado de salida constante.
Características fisicoquímicas de los extrudidos: Índice de expansión, se medió dividiendo el diámetro del extrudido entre el diámetro del orificio del dado de salida. Índice de absorción de agua (IAA) e índice de solubilidad en agua (ISA): se determinó en los productos expandidos, de acuerdo al método propuesto por Anderson et al. (1969), el IAA se reportó en g agua absorbida/g de sólidos secos. Con el sobrenadante se determinó el ISA (%) y fibra dietaría, fibra soluble e insoluble (962.09) empleando el kit de fibra dietaría de Sigma Aldrich TDF-100A.
Diseño y Análisis estadístico: Se utilizó un diseño experimental central, compuesto rotable de superficie de respuesta, con tres variables independientes: temperatura de la matriz, humedad de alimentación y concentración de fuente de fibra, con un α = 1.68179. Los datos se analizaron empleando la metodología de sobre posición de superficies de respuesta empleado el software Desing Expert 7.0.
Se obtuvieron 11.78 kg de harina de calabaza una vez deshidratada y molida, 26.6 kg de harina de maíz azul, 25 kg de harina de amaranto y 2.8 kg de harina de calabaza previamente extrudida.
IE: La temperatura de la matriz, la humedad de alimentación y la concentración de harina de calabaza sin extrudir en sus términos, lineal y cuadrático, presentaron efecto significativo. Las interacciones temperatura-concentración de calabaza y humedad-concentración de calabaza presentan efecto significativo sobre el IE del producto del Diseño 1.De acuerdo a los resultados obtenidos con los productos elaborados con harina de calabaza previamente extrudida, se observa en las gráficas que para los valores de IE, las tres variables, temperatura, humedad y concentración presentan efecto estadísticamente significativo en sus términos lineales, así como la interacción humedad-concentración, mientras que la temperatura y la humedad presentan efecto estadísticamente significativo en sus términos cuadráticos. Los más altos valores de IE se obtuvieron a alta humedad, baja temperatura y baja concentración de harina de calabaza previamente extrudida
Tabla 1. Coeficientes estimados del modelo ajustado y niveles de significancia para propiedades fisicoquímicas de los productos elaborados con harina de calabaza sin extrudir.
La expansión de extruidos es un fenómeno complejo que normalmente se produce a altas temperaturas y bajas humedades; transiciones y trasformaciones de fase que conducen a la formación de burbujas de aire, en la elaboración de este producto indica que el aumento de la temperatura utilizada en la elaboración tiende a disminuir la expansión del producto final, con lo que se cree que las temperaturas utilizadas fueron demasiado altas y entre más se elevan más tienden a dañar al almidón, evitando que haya formación de burbujas y por consiguiente expansión. Men et al. (2010), reportaron valores de IE entre 3.06-4.99 en botanas elaboradas con harina de garbanzo procesados a temperaturas entre 143-177 °C
El índice de absorción de agua (IAA) de los productos elaborados con harina de calabaza sin extrudir fueron afectados estadísticamente por los términos lineales de la temperatura de la matriz, de la humedad de alimentación y de la concentración de harina de calabaza; mientras que los términos cuadráticos de la temperatura de la matriz y de la concentración de calabaza presentan efecto estadísticamente significativo, al igual que las interacciones temperatura de la matriz-contenido de humedad de alimentación, humedad de alimentación-concentración de calabaza sobre este parámetro. Con respecto a los productos obtenidos empleando la harina de calabaza previamente extrudida (Tabla 1), se observó que la humedad de alimentación y la concentración de harina de calabaza presentaron un efecto estadísticamente significativo en sus términos lineales; de igual manera se observó un efecto estadísticamente significativo de la interacción temperatura de la matriz-concentración de harina de calabaza y el efecto estadísticamente significativo en sus términos cuadráticos para las tres variables independientes. El IAA ha sido generalmente atribuido a la dispersión del almidón en exceso de agua, y la dispersión se ve aumentada por el grado de daño sufrido por el almidón, por el proceso de extrusión, es decir una reducción del peso molecular de los componentes del almidón y de la fibra dietética, inducidos por el aumento de la temperatura de extrusión en conjunción con bajos contenidos de la humedad de alimentación que provocan un mayor esfuerzo de cizalla en las mezclas (Rayas-Duarte et al. 1998).
Para el diseño donde se empleó la harina de calabaza sin extrudir, se observó que la temperatura de la matriz, la humedad de alimentación y la concentración de harina de calabaza presentaron efecto estadísticamente significativo en sus términos lineales, al igual que la interacción humedad de alimentación-concentración de harina de calabaza sobre los valores del ISA. Mientras que para el diseño donde se empleó la harina de calabaza previamente extrudida , se observó que el contenido de humedad de alimentación y la concentración de harina de calabaza presentaron efecto estadísticamente significativo en sus términos lineales, así como las interacciones temperatura de la matriz-humedad de alimentación, humedad de alimentación-concentración de harina de calabaza previamente extrudida y la temperatura de la matriz-concentración de harina de calabaza y los términos cuadráticos del contenido de humedad de alimentación y de la concentración de harina de calabaza presentan efecto estadísticamente significativo.
De acuerdo a los niveles de significancia de los coeficientes estimados del modelo cuadrático empleado (Tabla 1), se observó que el término lineal de la temperatura de la matriz, las interacciones temperatura de la matriz-contenido de humedad de alimentación y de la concentración de harina de calabaza sin extrudir- humedad de alimentación y los términos cuadráticos de las tres variables independientes tuvieron efecto estadísticamente significativo sobre el contenido de fibra dietaría de los extrudidos. Para las botanas elaboradas con harina de calabaza previamente extrudida, se observó que, de acuerdo a los niveles de significancia obtenidos del modelo cuadrático, para el contenido de fibra dietaría, que la concentración de la harina tiene efecto estadísticamente significativo en su término lineal, ninguna interacción presentó efecto y las variables contenido de humedad de alimentación y temperatura de la matriz presentaron efecto estadísticamente significativo en sus términos cuadráticos. El producto con una mayor cantidad de fibra dietaría se encontró en los extrudidos obtenidos con la harina de calabaza previamente extrudida con un valor de 28.3%, pero en general, la mayor cantidad de fibra dietaría, se encontró en los extrudidos obtenidos con harina de calabaza sin extrudir
De acuerdo a la metodología de sobreposición de superficies de respuesta, se encontró que la zona óptima para la obtención del producto, la cual se encuentra marcada con amarillo, de la cual se tomó el punto marcado con azul, para identificar las condiciones de procesamiento bajo las cuales se pudiera obtener un producto identificado como optimo, que de acuerdo al programa generara una botana extrudida expandida con las siguientes características: IE de 1.48, IAA de 4.01, ISA de 8.34 y % de Fibra Dietaría total de 22.54, este producto está dado a determinadas temperaturas de barril, humedades de alimentación y concentración de harina de calabaza (datos de patente).Extrudidos obtenidos con la harina de calabaza previamente extrudida; para los extrudidos elaborados con la harina de calabaza previamente extrudida, se encontró que la zona óptima para la obtención del producto, el programa generara una botana extrudida expandida con las siguientes características: IE de 1.64, IAA de 4.11, ISA de 8.77 y % de Fibra Dietaría total de 21.5, este producto está dado a determinadas temperaturas de barril, humedades de alimentación y concentración de harina de calabaza (datos de patente).
Se pueden obtener extrudidos de segunda generación con harina de maíz azul, amaranto y harina de calabaza previamente extrudida o sin extrudir, estos presentan una elevada cantidad de fibra dietaría.
La concentración de la harina de calabaza sin extrudir tuvo efecto en las todas las variables fisicoquímicas (IE, ISA, IAA), y la cantidad de fibra soluble se ve aumentada por la cantidad de calabaza contenida. Para el segundo diseño con harina de calabaza previamente extrudida, la concentración de la harina, tuvo efecto significativo igual en las variables fisicoquímicas, sin embargo los resultados obtenidos de para cada diseño fueron diferentes. Para la fibra dietaría aunque el diseño marca un aumento de fibra junto con la concentración de la harina de calabaza, existe más fibra en los productos del diseño 2.Los dos productos óptimos fueron obtenidos de zonas óptimas diferentes, por lo tanto los parámetros de proceso también son diferentes. Comparado los datos de la sobreposición de superficies con los datos reales, se obtuvieron diferencias en las características del producto en el total de fibra dietaría y el ISA.
[1]Hurtado M, Escobar B, y Estévez AM., 2001, Mezclas legumbre/cereal por fritura profunda de maíz amarillo y de tres cultivares de frejol para consumo “snacks”. Archivos Latinoamericanos de Nutrición, vol. 5 pp.303-308
[2] Brennan A. M., Derbyshire E., Tiwari B. K. y Brennan S. C., 2013. Invited review: Ready-to-eat snack products: the role of extrusion technology indeveloping consumer acceptable and nutritious snacks. International Journal of Food Science and Technology. Vol. 48, pp. 893–902
[3]Ramos-Diaz J.M. y Jouppila K. 2013. Amaranth and quinoa in extruded corn snacks: Effect of storagee temperatura no lipid oxidation. Inside food symposium Belgium.
[4]Camire M. E. a , Camire A. y Krumhar K., 2009. Chemical and nutritional changes in foods during extrusión. Vol.- 29. Pp- 35-57
[5]Chawla R. y Patil G. R. 2010. Soluble dietary fybre. Comprehensive reviews in foods science and food safety. Vol 19. Pp. 178-196
[6]Viuda-Martos M., López-Marcos M.C., Fernández-López J., Sendra E., López-Vargas J.H., y Pérez-Alvarez J.A., 2010. Role of Fiber in Cardiovascular Diseases; A Review. Comprehensive reviews in food science and food safet. vol. 9. Pp. 240-259
[7]Pereira M.A., O´Reilly E., Augustsson k., 2004, Dietary fiber and Risk of coronary heart disease, a pooled analysis of cohort studie., Arch Intern Med. Vol 164. Pp. 370
[a] Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
[b] Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.