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cet ISSN 1668-9178 Extensin 28: (2006)
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El Complejo Soja Mara Luisa Genta y Nilda Alvarez
Mucho se ha escrito acerca del dficit mundial de protena para
consumo humano. Una solucin potencial al problema seala a las
protenas vegetales, pues estn disponibles en gran cantidad y se han
realizado enormes esfuerzos para que sus propiedades organolpticas
se asemejen a las de la carne. En la actualidad la Argentina es el
primer exportador de soja del mundo, siendo los residuos y
desperdicios de la industria de soja, especialmente los que quedan
de la produccin de aceite, los de mayor volumen. Existen
alternativas para que sean utilizados como materia prima en la
produccin de otros alimentos con mayor valor agregado. Hoy, muchos
productos conocidos se fabrican a partir de soja como parte del
complejo soja. Ellos incluyen: aceites y grasas para cocinar, jugo
de soja, tofu, comidas, salsas, margarina, lecitina, aislados y
concentrados de protena de soja, anlogos de carne texturizados,
extendedores de carne y alimento animal. En este artculo se
pretende divulgar procesos de elaboracin de algunos productos de
soja.
Palabras clave: protenas vegetales procesos tofu
The Soy Complex
Much has been written about the world shortage of protein for
human consumption. Vegetable proteins have been recommended as a
potential solution to the problem. These are available in great
amounts and much effort has been spent to render their organoleptic
properties closer to meat. Nowadays, many familiar products are
produced from soybeans as part of the soy complex. These include
cooking oil and fats, soy juice, tofu, sauces, margarine, lecithin,
soy protein isolates and concentrates, texturized meat analogs,
meat extenders and animal food. This paper intends to give out
information about the manufacturing processes of some soy
products.
Key words: vegetable proteins manufacturing processes - tofu
Introduccin
Las 5 exportaciones argentinas ms importantes durante el mes de
agosto de 2005 fueron: (Diario Clarn, 30 de septiembre de 2005)
1. Residuos y desperdicios de la industria alimenticia ( harinas
y pellets de soja). U$S 406 millones.
2. Grasas y aceites de soja. U$S 391 millones.
3. Material de transporte terrestre (despachos de autos a Brasil
y Mxico). U$S 308 millones.
4. Petrleo. U$S 290 millones.
5. Semillas oleaginosas (soja).U$S 278 millones.
De los "top cinco", tres son soja, que representan en total un
ingreso de: U$S 1076 millones. Un 63% se exporta sin procesamiento
segn se observa en puntos 1 y 5.
Hoy, muchos productos conocidos se fabrican a partir de soja
como parte del complejo de soja. Ellos incluyen: aceites y grasas
para cocinar, aceite para ensalada, comidas saladas, margarina,
lecitina, aislados y concentrados de protena de soja, anlogos de
carne texturizados, extendedores de carne y alimento animal. Hay
numerosos productos alimentarios que contienen derivados de aceite
y protenas de soja.
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Mucho se ha escrito acerca del dficit mundial de protena para
consumo humano. Una solucin potencial al problema sealan a las
protenas vegetales, pues estn disponibles en gran cantidad por
varios aos y se han realizado enormes esfuerzos para que sus
propiedades organolpticas se asemejen a las de la carne. La falla
en aliviar la insuficiencia mundial de protena es ms bien poltica,
y en alguna medida, el resultado de prejuicios alimentarios ms que
a alguna falla de la industria alimenticia para desarrollar la
tecnologa necesaria para proveer alternativas econmicas en
reemplazo de la protena de carne.
En lugar de involucrarnos en un debate socio-econmico,
examinaremos las industrias y tecnologas desarrolladas a partir de
una fuente proteica vegetal particular: la soja. Un examen profundo
del complejo de la soja y la multitud de tecnologas que involucra,
provee alguna idea de las aplicaciones prcticas de los principios
de la ingeniera en las operaciones del procesado de alimentos.
Orgenes e historia
La soja se considera originaria de Asia. Los primeros escritos
la ubican en China alrededor de 2800 AC. No se conoce cmo la soja
fue utilizada primero como alimento, pero la preponderancia de
alimentos fermentados basados en la soja implican que esa fue la
forma preferida. Productos tales como shoyu (salsa de soja) y miso
datan de 2200 aos. Productos no fermentados tales como jugo de soja
y tofu (cuajada de soja) han estado disponibles casi desde la misma
poca.
El crecimiento de la industria de la soja en EEUU no est basado
en productos tales como tofu y shoyu. La soja contiene 10% de
aceite y es este aceite la razn de ser del sistema de agricultura
de EEUU. El aceite de soja fue importado en EEUU desde Manchuria a
principios de 1900s, para suplementar un dficit de aceite de
semilla de algodn y lino. El aceite y los alimentos de soja se han
transformado en algo econmicamente muy importante para EEUU y el
mundo.
Adems de su atractivo como semilla para aceite, la soja es
tambin altamente valorizada por su elevado contenido de protena. La
composicin aproximada de la soja se da en la Tabla I.
Tabla I. Composicin de la soja
Componente Porcentaje %
Protena (Nx6,25) 37,2
Lpidos 18,6
Carbohidratos 28
Cenizas 4,6
Cascarilla (fibra) 4,6
Humedad 7
Total 100
Procesamiento
Los antiguos chinos aprendieron que la soja puede ser remojada
en agua y calentada para elaborar productos ms interesantes y tiles
a partir de sus constituyentes. El jugo de soja y el tofu son dos
productos elaborados a partir de la soja que han sido consumidos en
Asia desde el ao 200 AC. Los procedimientos fueron desarrollados
por prueba y error sin el conocimiento de las razones fsicas y
qumicas de los distintos pasos. Los procesos para elaborar jugo de
soja y tofu fueron probados para refinar los ingredientes en bruto
por extraccin de las fracciones deseadas de grasa y protena a
partir del grano de soja. El concepto de valor agregado no es
nuevo. El jugo de soja es un proceso intermedio de la elaboracin de
tofu. El esquema del proceso se muestra en la figura 1.
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AGUA Desprendim. RESIDUO Sal de Ca++ de voltiles (cscara,
carbohidratos insolubles) suero (carbohidrato soluble) (protena
soluble) TOFU exceso Ca++
Fig. 1 Elaboracin de tofu
La soja es remojada en agua por varias horas hasta que se
ablanda. La molienda, en exceso de agua, es necesaria para aumentar
el rea superficial y reducir las dimensiones para permitir las
operaciones de transferencia de materia y calor en los siguientes
pasos. Calentar o cocinar el grano remojado molido es til para
varios propsitos. Los sabores y olores voltiles son eliminados. El
calentamiento tambin inactiva los inhibidores de proteinasa
(inhibidores de tripsina) y destruye la hemaglutinina (protena de
la planta que aglutina la sangre). La filtracin remueve los
carbohidratos insolubles y las cascarillas de la emulsin
protena-aceite. El filtrado es jugo de soja, que tiene una
apariencia y contenido de protenas similar a la leche de vaca. Como
todos los productos basados en soja, el perfil de aminocidos es
deficiente en metionina. A diferencia de la leche de vaca no
contiene lactosa. El PER (protein efficiency ratio) del jugo de
soja es 2, mientras que el de la leche de vaca 2,5.
El jugo de soja puede ser vendido directamente o puede ser
transformado en tofu. Para lograr esto, se agrega sulfato de calcio
al jugo de soja en un 2 - 4% del peso de soja usada en la partida
(batch). El calcio causa el agregado de la protena a travs de
puentes calcio y su precipitacin. El aceite, que forma parte de la
emulsin con la protena, tambin precipita. La cuajada resultante
tiene una estructura tipo gel. Durante este proceso de coagulacin
ocurre un refinamiento (purificacin) del jugo de soja. El suero,
que se expulsa, contiene carbohidratos solubles tales como
sacarosa, estequiosa y rafinosa. Adicionalmente, la hemaglutinina
tiende a ser soluble en el suero. El suero es removido fcilmente
por decantacin.
En el proceso de coagulacin hay fraccionamiento de la protena.
Una cierta fraccin de protena es soluble en el suero. Esto altera
negativamente el balance de aminocidos desde que el PER del tofu es
1,8 comparado al del jugo de soja que es 2.
La remocin de estequiosa y rafinosa es importante pues pueden
causar molestia gastrointestinal y flatulencia debido a que no son
hidrolizadas con facilidad en el proceso digestivo sino que
fermentan en el intestino grueso.
El tofu recibe cada vez ms atencin en Occidente mientras el
costo de las fuentes proteicas tradicionales continan aumentando y
la gente se involucra cada vez ms con la relacin alimento /
salud.
SOJA MACERACIN ABLANDAM.
MOLIENDA
COAGULACION CALENTAMIENTO FILTRO
MOLDE MACERACIN
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Occidentalizacin de la soja
El crecimiento de la industria de la soja en USA no estuvo
basada en productos como el tofu. La soja contiene alrededor de 18%
de aceite comestible. Este aceite fue la razn de ser de la soja. El
primer proceso para recuperar el aceite de soja fue mecnico
mediante una prensa a tornillo. Esto ha sido reemplazado por
extraccin con solvente para aumentar el rendimiento de aceite. La
extraccin mecnica dejaba 2-3% de aceite en la torta de la prensa,
bajo las mejores condiciones. La extraccin por solventes es capaz
de reducir el contenido de aceite a menos del 1%. Los ahorros que
se obtienen de aumentar el rendimiento son tales que se justifican
el gran capital invertido y los costos de operacin de una planta de
extraccin por solvente. Aunque la razn para introducir la extraccin
por solvente fue basada en la recuperacin de aceite, tambin provee
la tecnologa necesaria para desarrollar la fraccin proteica para
uso humano. La extraccin mecnica inevitablemente desarrolla
relativamente altas temperaturas, con el resultado que la torta de
la prensa no es apta para consumo humano debido al desarrollo de
malos sabores. Adems, la protena en la torta de la prensa es
desnaturalizada y no es fcilmente separada de la fraccin
carbohidrato. Las condiciones de temperatura durante la extraccin
por solvente son suaves y controlables de tal manera que es posible
mantener la protena en su estado nativo. Esto abre la oportunidad a
diferentes usos alimentarios.
Extraccin por solvente
Un tpico flow sheet para una planta de extraccin con solvente
hexano se ve en la figura 2.
cascarillas
soja cruda 4,4 kg 100 kg agua grano descascarillado fria `
hexano calor, humedad 10-11% H2 O harina 70-77c rodillos
fabricadores de hojuelas 75,5 kg H2O hojuelas de soja grano molido
0,75 kg aceite hexano y aceite aceite crudo 19,2 kg Fig. 2 Flow
sheet de extraccin con solvente hexano
LIMPIEZA ROTURA
TEMPLE CONDENSADOR
DES-SOLVENTADOR-FLASH
EX
TRA
CTO
R
COND
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La soja limpia es quebrada con rodillos corrugados girando a
diferente velocidad. Las cascarillas son aflojadas de esta manera y
pueden ser separadas por aspiracin. Los granos partidos son
templados (acondicionados) antes de escamarlos (hojuelas o flakes).
La humedad se eleva al 10-11% y la temperatura a 70-76C de modo que
el grano partido est algo plstico. El escamado se realiza con
rodillos lisos de molino similares a los usados en la manufactura
de cereales para desayuno (flakes).
La extraccin por solvente se realiza en extractores continuos a
contracorriente. La recuperacin de solventes es crtica para la
operacin econmica de una planta de extraccin. Primeramente la
recuperacin ocurre en la seccin del separador (stripper), donde el
aceite y el solvente son separados. Las escamas exhaustas salen del
extractor conteniendo una cantidad considerable de hexano, que debe
ser recuperado. Esto es relativamente fcil de llevar a cabo
mediante el separado con vapor, pero as hecho la solubilidad o
dispersabilidad de la protena en la escama agotada es reducida y su
valor como ingrediente alimenticio es disminuido. Se han
desarrollado procesos para sacar el solvente de las escamas
mediante flash sin desnaturalizar la protena.
Hasta aqu la soja ha sido dividida en dos fracciones: un aceite
crudo (que puede transformarse en aceite de cocina, materia grasa,
platos salados, lecitina y margarina) y una fraccin proteica (que
se transforma en aislado, concentrado y alargadores de carne
texturizados y anlogos). Se puede seguir enumerando las
transformaciones de la fraccin proteica por su abundancia en
ejemplos de aplicaciones de ingeniera en la industria
alimenticia.
Harina de soja
La forma ms comn de la soja desgrasada es llamada harina de
soja, lo que es un nombre equivocado desde que no es una harina en
el mismo sentido que la harina de trigo. Sin embargo se parece a la
harina en apariencia y propiedades de flujo. Es lo bastante fina
para que el 100% pase a travs de la malla 100 US Standard y el 60%
atraviesa el tamiz de 300 mallas. La harina de soja de este tamao
de partculas fluidizar rpidamente en sistemas neumticos. Aunque el
tamao de las partculas es importante para las operaciones
siguientes que involucran transferencia de materia, la condicin de
la protena es de principal importancia. La composicin de la harina
de soja vara ao a ao y entre variedades. La composicin de un
producto medio se observa en Tabla II.
Tabla II. Composicin media de harina de soja
Protena 53%
Carbohidrato 30%
Grasa 1%
Fibra 3%
Ceniza 6%
Humedad 7%
Hay varios pasos para agregar valor a la harina de soja, como se
indica en figura 3.
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Harina de Soja
53% suplemento concentrado Aislado Anlogos de TVP de protena
65-70% 90-95% carne de protena de protena Fig. 3 Pasos para agregar
valor a la harina de soja
Simplemente calentando la harina de soja para desactivar el
inhibidor tripsina permite su uso en productos tales como cereales,
pan, galletas y todo suplemento nutricional. La adicin de harina de
soja, con alto contenido de lisina, a alimentos basados en trigo no
slo aumenta el nivel de protenas sino que tiene un efecto sinrgico
al suplementar con un aminocido que es limitante en trigo. Se usa
generalmente en pan en una cantidad del 2-5%. An a estos bajos
niveles, la harina de soja provee significantes cantidades de
protena. La adicin de 2% de harina de soja aumenta el contenido de
protena del trigo fortificado en alrededor del 7%.
El contenido de protena puede ser aumentado y el sabor y olor
mejorados separando las protenas de los carbohidratos en la harina
de soja. Se fabrican 2 tipos de productos: aislados y concentrados.
Los aislados contienen entre 90-95% de protena, mientras que los
concentrados tienen 65-70% de protena. Estos productos tienen
aplicacin en cereales para desayuno, productos emulsivos de carne,
frmulas infantiles y substitutos de leche, alargadores de carne,
para nombrar algunos pocos.
El ltimo refinamiento de la harina de soja es la adicin de
textura de tal manera que simule carne. Los productos que han sido
fabricados cubren el rango entre el utilitario TVP para
extendedores de carne hasta el elegante anlogo a la carne diseado
para reemplazar totalmente a la real.
Aislado de protena de soja
El proceso para fabricar protena de soja se muestra en la figura
4.
Calor para mejorar nutricin
Extracto de protena
Agregado de Textura
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Mara Luisa Genta y Nilda Alvarez
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harina de extractor soja NaOH + agua (alta ph < 9 solub.) 3
kg HCl licor suero 1 kg (2% slidos) centrfuga lodo centrfuga
(slidos y cuajada cida licor) agua (pH = 4,3) NaOH+agua agua de
lavado secadero spray proteinato de sodio 1 kg (90% de protena)
Fig. 4 Aislado de protena de soja
Partculas pequeas de harina de soja con elevado ndice de
solubilidad de nitrgeno (NSI) es el material de inicio y se
contacta con un medio alcalino de pH < 9 para prevenir la
hidrlisis de la protena. El proceso de aislado es efectivo por las
caractersticas solubles de la protena de soja. Cuando la protena ha
sido disuelta, el barro es centrifugado para separar o aislar la
protena de los carbohidratos. El licor, conteniendo la fraccin
proteica, es luego acidificado hasta un pH cercano al punto
isoelctrico de 4,3 con cido clorhdrico, sulfrico, fosfrico o
actico, que ocasiona que la protena precipite. La cuajada cida es
centrifugada para separarla del suero, lavada (a pH 4,3) y
nuevamente centrifugada. La forma ms comn de aislado, el proteinato
de sodio, se forma por neutralizacin de la cuajada con hidrxido de
sodio seguido por secado spray.
Concentrados de soja
Los concentrados contienen 65 70 % de protena. El criterio para
producir concentrado es el inverso que para producir aislado. Para
un aislado la fraccin de protena es solubilizada y separada del
carbohidrato insoluble. El concentrado es producido disolviendo la
fraccin carbo-hidrato, dejando la protena intacta. Hay tres mtodos
para elaborar concentrados:
1. Lavado isoelctrico: el carbohidrato es lixiviado de la
protena con una solucin acuosa en el rango isoelctrico (cerca de pH
4,3) donde la protena tiene su mnima solubilidad.
2. Lixiviado: con solucin acuosa de alcohol al 20 80%: las
protenas son insolubles en este rango, mientras que los
carbohidratos son solubles.
3. Calor: desnaturaliza la protena hasta insolubilizarla seguida
por una lixiviacin con agua para remover los carbohidratos.
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Texturizacin de proteina
La perspectiva del smil carne, tanto como un anlogo o
simplemente como un extendedor de la protena vegetal, ha recibido
una considerable atencin de la industria de procesamiento de
alimento. En el caso de la texturizacin de protena, las patentes
son abundantes y bastante interesantes. La idea de producir anlogos
y extendedores de carne de alta calidad a partir de protenas de
vegetales econmicas, no slo capta la imaginacin de investigadores
sino que ofrece importantes premios financieros para aquellos que
puedan lograrlo.
Fibras hiladas de protenas/Anlogos de carne
La manera ms elegante y probablemente la ms cara de impartirle
una textura de carne a la protena de soja es por hilado, como en el
proceso de rayn, para formar fibras. Esas fibras pueden entonces
ser manipuladas y combinadas con otros ingredientes para impartirle
una textura similar a la carne como jamn, pollo y bife. El esquema
de su obtencin se tiene en la figura 5.
harina NaOH agua SO2
de soja
suero
agua barro
NaOH
mezclador agua fra
pH~ 12
Fig. 5 Flowsheet para la elaboracin de fibras hiladas de
protenas
La primera parte del proceso es muy similar al aislado del
protena. La harina de soja tiene elevado NSI (Indice de Solubilidad
de Nitrgeno) y el SO2 es usado para formar la cuajada en lugar de
HCl. El uso de SO2 es para mejorar las caractersticas texturales y
el sabor de la fibra resultante. La cuajada cida puede ser lavada
para remover los solubles, para luego ser mantenida en un tanque de
cuajada. La cuajada cida es mezclada con NaOH antes de ser forzada
a pasar a travs de hileras de agujeros, las fibras emergen de los
mismos dentro de un bao de cido actico. El pH es tal que la protena
se hace insoluble en este punto. Las fibras son llevadas sobre
rodillos, estiradas y finalmente entran a un segundo bao cido
mantenido a elevada temperatura como para desnaturalizar la protena
y fijar permanentemente su estructura. La neutralizacin de la fibra
impregnada en cido es un paso crucial del proceso, de modo que una
inadecuada remocin del cido ser en detrimento del sabor del anlogo
de la carne terminado.
Tanq
ue d
e cu
ajad
a
Enfriado
Bao cido
Bao cido caliente
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El resultado es un conjunto de fibras fuertemente empacadas
conteniendo miles de fibras individuales, rodeadas por un medio
cido. Se debe penetrar en esa masa fibrosa y lixiviar eliminando el
cido para as continuar el proceso. Un aparato para la neutralizacin
continua de la fibra empaquetada, utiliza un sistema vibratorio
capaz de inducir fuerzas verticales y horizontales sobre el paquete
de fibras suficientes para separar las fibras y permitir que la
lixiviacin tenga lugar. La componente horizontal de la vibracin
tambin sirve para mover el paquete a travs de aparato. El flujo de
la solucin neutralizadora es generalmente en contracorriente.
El paquete de fibra neutralizada puede ser vendido como tal a
otros fabricantes o puede ser an procesado para producir un anlogo
de la carne, tal como pollo y jamn.
El paquete de fibras es cortado en pedazos de 1 a 3 cm de
longitud en un aparato cortador. El concepto de formar el anlogo de
la carne esencialmente consiste en componer las fibras proteicas en
un gel de protenas coagulable con el calor y agregar apropiadamente
sabores, grasas y otros ingredientes menores para impartirle al
producto final, textura, sabor y olor similares a la carne. Es
totalmente ingeniera de alimentos. Hay 2 pasos en el proceso de
formacin: un paso de mezclado para combinar grasa, sabor y ligantes
con la fibra proteica y un paso de cocinado para calentar la masa
en trozos como la carne. El proceso para lograr esto ha sido
patentado.
La relacin es alrededor de 55% de grasa, saborizante y una
solucin ligante a 45% de fibra reducida (base hmeda). La albmina de
huevo acta como aglutinante proteico o ligante comestible. Adems
provee una buena mezcla de aminocidos que suplementan sinrgicamente
los aminocidos de la fibra de soja. La albmina de huevo es algo ms
que un ingrediente menor. Reconociendo que la fibra hilada es 60%
agua, la protena de soja representa alrededor del 18% de la frmula
del producto terminado y la albmina de huevo representa 5,5%. Es
esencial que los anlogos de la carne tengan el mismo valor
nutricional del alimento que tratan de reemplazar. Tanto la fibra
de soja, como el aislado, tendran un PER de aproximada-mente 1,3,
de acuerdo a la Tabla III.
Tabla III.- PER (Relaciones de eficiencia proteica de alimentos
proteicos comunes)
Protena de huevo entero 3,8
Bife 3,2
Leche entera 2,5
Soja partida (tostada) 1,9
Concentrado de soja 1,7
Aislado de soja 1,3
Man 1,7
Maz 1,2
Pan 1
El agregado de cantidades significativas de albmina de huevo
haran elevar el PER a niveles comparables de la carne que se desea
reemplazar.
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Fig. 6 Comidas preparadas con soja
Conclusiones
Dentro del marco de desarrollo y promocin de la agroindustria de
la soja se plantea la posibilidad de obtener nuevos productos. Para
esto se debe aprovechar el potencial que rene el sector de
productores, con alto grado de especializacin en la produccin
tradicional de materia prima y comercializacin de grano de soja,
para interesarlos en la elaboracin de productos con mayor valor
agregado.
Este artculo es una etapa previa para un emprendimiento de
innovacin tecnolgica con el fin de implementar el desarrollo
eficiente de productos de soja. Se lo escribi en el mes de Abril de
2006 en el Laboratorio de Tecnologa Alimentaria de la
FACET-UNT.
Bibliografa
- Valentas KJ et al. (1991) Soy Complex. En: Food Processing
Operations and Scale-up. Marcel Dekker Inc. USA. 92-137.
- Diario Clarn. Argentina.
Mara Luisa Genta Dra. en Ingeniera Qumica egresada de la UNT,
Master en Tecnologa de Alimentos en IATA, Valencia, Espaa.
Profesora Asociada con dedicacin exclusiva en Ingeniera Qumica e
Ingeniera Industrial de la FACET, UNT. Investigadora categorizada,
ha integrado, co-dirigido y dirigido proyectos de investigacin en
temas vinculados a la Ciencia y Tecnologa de los Alimentos. Ha
publicado trabajos, participado como expositora en congresos
nacionales e internacionales. Representante de la UNT ante el
Doctorado regional en Ciencia y Tecnologa de Alimentos y
representante de la FACET ante la COPRAL.
[email protected]
Nilda Alvarez Ingeniera Qumica egresada de la UNT, Profesora
Asociada con dedicacin exclusiva en Ingeniera Qumica e Ingeniera
Industrial de la FACET, UNT. Investigadora categorizada, ha
integrado, co-dirigido y dirigido proyectos de investigacin en
temas vinculados a la Ciencia y Tecnologa de los Alimentos. Ha
publicado trabajos, participado como expositora en congresos
nacionales e internacionales. Directora del Laboratorio de
Tecnologa Alimentaria de la FACET-UNT.
[email protected]
