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Novoa Luis Tesis/ 4
Resumen
Es bien conocido que la adición de legumbres a los cereales incrementa tanto la
cantidad como la calidad de la mezcla proteica representando además una forma
económica de mejorar el valor nutricio de los alimentos procesados. El frijol y el
garbanzo son los cultivos más importantes en el mundo debido a su calidad nutricional
ya que son ricos en proteínas, carbohidratos complejos, vitaminas y minerales. Se ha
demostrado además que las leguminosas promueven beneficios a la salud como un
bajo índice glucémico que las hace atractivas para poblaciones de diabéticos, índice
alto de saciedad, prevención del cáncer y protección contra enfermedades
cardiovasculares. Sin embargo no se tiene un alimento de consumo masivo en la dieta
del mexicano, todos los que se consumen son altos en carbohidratos y en grasas
ocasionando los índice altos en obesidad, diabetes y en enfermedades coronarias. Por
lo que en esta investigación se propone estudiar la mezcla de harinas de garbanzo,
avena y chia y realizar el cocimiento por el proceso de extrusión, para obtener una
botana o producto expandido crocante listo para su consumo. Las mejores condiciones
para la extrusión de las harinas fueron humedad (14 a 18%), temperatura entre 160 y
170°C y concentración de garbanzo en la menor proporción de 25 a 30% se tienen
menor dureza, menor solubilidad y mayor absorción de agua manteniéndose la
estructura cilíndrica y expandida de los extrudidos. También requieren menor
temperatura para su fusión y la energía para fundirse, con lo cual se obtendrá un
producto nutritivo, crocante y listo para su consumo.
Novoa Luis Tesis/ 5
Abstract
It is well known that the addition of cereal to legumes increase both the quantity and
quality of protein of the mixture, also represents an economical way to improve the
nutritional value of processed food. Beans and chickpeas are the most important crops
in the world due to its nutritional quality and that are rich in protein, complex
carbohydrates, vitamins and minerals. It has also shown that legumes promote health
benefits as a low glycemic index which makes them attractive to people with diabetes,
high satiety index, cancer prevention and protection against cardiovascular disease.
However you do not have a food for the consumer in the Mexican diet, all they
consumed diet that are high in carbohydrates and fat causing high rate of obesity,
diabetes and heart disease. Reason why in this research, the aims is to study the
mixture of chickpea flour, oats and chia and carry out the cooking by the extrusion
process, to obtain a crispy snack or expanded product ready for consumption. The best
conditions for extrusion were flour humidity (14 to 18%), temperatures between 160 °C
and 170 °C and the concentration of chickpea in the lowest proportion of 25 to 30%.
Obtaining a lower hardness, lower solubility and higher water absorption and
maintaining the cylindrical structure of the extruded expanded. They also require lower
temperature for melting and energy to melt. In this way a nutritious, crispy and ready-to-
eat product is obtained.
Novoa Luis Tesis/ 6
1. Introducción
En 2012, el Instituto Nacional de Salud Pública de México dio a conocer los resultados
de la Encuesta Nacional de Salud y Nutrición (ESNAUT) que evalúa la inseguridad
alimentaria. Este informe encontró que de 1988 a 2012 hubo un incremento del 25% al
35.5 % en la proporción de mujeres con sobrepeso de 20 a 49 años de edad. Además
reporta un incremento en las mujeres obesas de 9.5% a 37.5% para este mismo
periodo. En el caso de los niños de entre 5 y 11 años encuentra que un 29% tiene
sobrepeso y este número se incrementa a 35% para jóvenes entre 11 y 19 años.
Adicionalmente, uno de cada 10 niños en edad escolar padece anemia, es decir, unos
2 millones de infantes.
El consume de granos enteros podría atenuar los datos estadísticos indicados arriba,
es de resaltar que las mujeres muestran una mayor tendencia a consumir granos
enteros que los hombres. Así mismo reportan una mayor preferencia por los granos
enteros en las poblaciones hispanas comparadas con las blancas, negras y asiáticas.
Además encuentran un mayor consumo en aquellos sub grupos que perciben un mayor
ingreso y mejor educación. Otros estudios reportan que los niños son los más
propensos a no consumir alimentos con partículas, cortezas o nueces, porque no
estaban familiarizados con ellos desde pequeños, de modo que la inclusión de granos
enteros desde la infancia juega un papel importante para la aceptación de productos
con granos enteros.
El cocinado por extrusión de los granos enteros después de molidos en forma integral
podria ser una alternativa viable, debidos a que es una herramienta común para el
procesamiento de una amplia variedad de productos tales como botanas y cereales
Novoa Luis Tesis/ 7
para el desayuno. Este proceso es considerado como de "alta temperatura corto
tiempo" (HTST por sus siglas en inglés) y que minimiza la degradación de nutrientes
por calor al mismo tiempo que mejora la digestibilidad al gelatinizar el almidón,
desnaturalizar las proteínas y desactivar compuestos no deseados tales como enzimas
y factores antinutricionales.
Los estudios preliminares sobre los cereales (Avena), leguminosas (Garbanzo) y la
semilla de la Chia abren la posibilidad de elaborar un producto alimenticio con alto
poder nutrimental, que podría resolver muchos problemas de salud si este es
consumido en una proporción adecuada de cada cereal, leguminosa y chia. De forma
que el producto procesado por extrusión pueda contener la cantidad de proteínas con
el record de aminoácidos balanceado, contenido de carbohidratos adecuados y algunos
de ellos con propiedades especiales para reducir el colesterol y los azucares en la
sangre. Además de contar con el contenido de lípidos insaturados en la concentración
adecuada para nuestra nutrición. Los lípidos de la chia proveerán los ácidos grasos
esenciales y el omega 3 y 6 necesarios para nuestra dieta y reducir los problemas de
enfermedades cardiovasculares.
Novoa Luis Tesis/ 8
2. Antecedentes
2.1. Situación nutricia actual
En 2001 se publicó el Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-04-
SSA2-1999 con la que se pretende promover la educación para la salud en materia
alimentaria y en la que se reconoce que, de acuerdo con los resultados de la Encuesta
Nacional de Nutrición de 1999 y la Encuesta Nacional de Salud de 2000, en la
población mexicana aun prevalecen enfermedades relacionadas con carencias
nutricias especialmente en la población infantil en la que el 18% de menores de 5 años
presentó baja estatura y el 27% anemia. Este mismo estudio reporta un incremento
considerable en los últimos años en sobrepeso, obesidad, hipertensión,
arteriosclerosis, diabetes, cáncer y osteoporosis. La norma atribuye estos problemas a
la pobreza agravada por la pérdida del poder adquisitivo de la población que restringen
el acceso a una dieta adecuada.
En 2012, el Instituto Nacional de Salud Pública de México dio a conocer los
resultados de la Encuesta Nacional de Salud y Nutrición (ESNAUT) que evalúa la
inseguridad alimentaria. Este informe encontró que de 1988 a 2012 hubo un
incremento del 25% al 35.5 % en la proporción de mujeres con sobrepeso de 20 a 49
años de edad. Además reporta un incremento en las mujeres obesas de 9.5% a 37.5%
para este mismo periodo. En el caso de los niños de entre 5 y 11 años encuentra que
un 29% tiene sobrepeso y este número se incrementa a 35% para jóvenes entre 11 y
19 años. Adicionalmente, uno de cada 10 niños en edad escolar padece anemia, es
decir, unos 2 millones de infantes.
Novoa Luis Tesis/ 9
Por otro lado, el nivel de diabetes en este país es también preocupante, según
datos de la Federación Mexicana de Diabetes entre 6.5 y 10 millones de personas
padecen la enfermedad lo que equivale a un 7% de la población y la coloca en la
tercera causa de muerte de forma directa o indirecta posicionando a México como
sexto en la lista mundial en muertes causadas por esta enfermedad. Según
predicciones de expertos para 2025 existirán unos 11.9 millones de mexicanos con
diabetes (Instituto Nacional de Salud Pública de México, 2012)
La obesidad y la diabetes forman una sinergia que es detrimental para la salud y
cuyo costo total fue de 2 mil 970 millones de pesos para 2003 y 8 mil 836 millones de
pesos para el 2010 lo cual significó un aumento de más del 290% en siete años según
la organización El Poder del Consumidor (INEGI, 2012).
En este mismo tenor, el reporte: "Libre Comercio y la Epidemia de Comida
Chatarra en México" publicado en 2015 por la revista Grain (ONG México, 2015) señala
que: "En nuestro país se relacionan de manera directa la pobreza y el hambre, con la
obesidad y las enfermedades. La gente no sólo lucha por pagar la comida suficiente
para sobrevivir sino que muchos de los alimentos que ingiere la enferman. Esto ahonda
en la problemática analizando los efectos que el Tratado de Libre Comercio tuvo en la
dieta de la población y en la disponibilidad de alimentos.
El TLC eliminó barreras a la inversión extranjera permitiendo así a las
transnacionales penetrar el mercado nacional. Este tratado incluyó políticas
comerciales que favorecieron una mayor dependencia de la población en productos
alimenticios procesados de harinas y azúcares refinados que con llevan una mayor vida
de anaquel y que a su vez desplazan a productos más frescos como frutas y vegetales
Novoa Luis Tesis/ 10
de la dieta. Esto modificó el panorama nacional incrementando la venta de productos
de harina horneada, comida chatarra y bocadillos. Especialmente las bebidas
refrescantes vieron incrementado su consumo, que según el reporte pasó, de 65 litros
en 1992 a 115 litros por persona por año en 2002. Un incremento así se explica por el
"dominio del punto de venta", las corporaciones inundaron los canales de distribución
enfocándose en tiendas (tienditas) y misceláneas, siendo éstas puntos clave para la
diseminación de la comida chatarra en un inicio, para posteriormente ser reemplazadas
por tiendas corporativas como por ejemplo Oxxo, propiedad de Femsa, subsidiaria de
Coca-cola y que en 2015 abrió su local número 14 mil. Es a través de éstas que las
compañías alimentarias hacen llegar sus productos a los poblados más pobres. Gastan
además enormes sumas de dinero en publicidad y mercadotecnia y sobretodo en
relaciones públicas para maquillar los enormes problemas de salud que generan sus
alimentos.
2.2. Granos enteros, su consumo y retos
La Asociación Americana de Química Clínica (AACC) define a los alimentos de
grano entero como aquellos que contienen todas las partes esenciales y los nutrientes
naturales de la semilla entera. Es decir, si el grano ha sido procesado ya sea por
procesos de extrusión, rolado, cocción, etc, el producto terminado deberá entregar
aproximadamente el mismo balance de nutrientes que se encuentran en el grano
original.
De acuerdo con Dammann y otros, (2013) el consumo de granos enteros y fibra
dietética en la población continúa siendo inferior a lo recomendado por científicos y
Novoa Luis Tesis/ 11
agencias de salud a pesar de la evidencia acumulada de sus beneficios a la salud. En
los Estados Unidos, las directrices dietéticas recomiendan que por lo menos la mitad de
los 3 equivalentes de consumo granos recomendados por día sean provenientes de
granos enteros, sin embargo estudios recientes muestran que en el caso de los niños
solo el 7% consume grano entero y solo el 10% está en la alimentación de los adultos.
Es de resaltar que las mujeres muestran una mayor tendencia a consumir granos
enteros que los hombres. Así mismo reportan una mayor preferencia por los granos
enteros en las poblaciones hispanas comparadas con las blancas, negras y asiáticas.
Además encuentran un mayor consumo en aquellos sub grupos que perciben un mayor
ingreso y mejor educación.
Estos investigadores reportan que la mayoría de los estadounidenses
consumen granos enteros en la forma de cereales listos para el consumo, seguido por
pan de levadura, cereales calientes y palomitas de maíz. Por otro lado, las mayores
fuentes de harinas refinadas en la dieta son los panes, los postres y la pizza, sugiriendo
que con el incremento en funcionalidad y palatabilidad de los granos enteros como
ingredientes pudiera sustituir de manera gradual a los refinados en estos productos.
Otro problema encontrado por este estudio es la falta de conocimiento de los
consumidores en cuanto a la asociación de los granos enteros con la prevención de
enfermedades. Aunque muchos consumidores relacionan la ingesta de fibra con la
regularidad intestinal y los granos enteros con productos más naturales, la mayoría
desconoce los efectos benéficos que éstos tienen en el riesgo a padecer enfermedades
coronarias, diabetes y cancer entre otros. Por tanto, los investigadores, sugieren que
Novoa Luis Tesis/ 12
incrementar la información a los consumidores de los beneficios a la salud que tienen
los granos enteros puede motivarlos a incrementar su consumo.
Además de la falta de conocimiento de los consumidores otro obstáculo descrito
por los investigadores para el consumo de granos integrales son sus atributos
sensoriales característicos. Varios estudios citados en éste artículo encontraron que el
sabor seco y la textura más dura y áspera son factores que no gustan a los
consumidores. Así mismo encontraron que son los niños los más propensos a no
consumir alimentos con partículas, cortezas o nueces, si no estaban familiarizados con
ellos desde pequeños, de modo que la inclusión de granos enteros desde la infancia
juega un papel importante para la aceptación de productos con granos enteros.
2.3. Retos para el desarrollo de alimentos sanos
El procesamiento es un prerrequisito para el consumo de los granos y ha
tomado a la humanidad alrededor de cien años el desarrollo de las tecnologías actuales
para la molienda y refinado de la harina de trigo blanca. Estos procesos se han
optimizado para fabricar productos a partir del almidón en el endospermo y que han
sido despojados de la mayoría de la fibra dietética y vitaminas presentes en las capas
exteriores. Dado nuestro conocimiento actual sobre la necesidad de incorporar más
grano en los alimentos sanos es necesario replantear nuevas tecnologías para el
procesamiento de los mismos.
Como muchas enfermedades crónicas están relacionadas con la obesidad y
existe un gran interés en el desarrollo de productos que coadyuven con el manejo del
sobrepeso. La sensación de saciedad ha sido un factor importante para este fin y por
Novoa Luis Tesis/ 13
tanto se han destinado esfuerzos para producir cereales con mejoras en la respuesta
de saciedad. De especial interés han sido la cebada y la avena por su contenido en β-
glucanos, fibra dietética cuya estructura es de gran influencia en esta respuesta
(Poutanen et al. 2010).
Las semillas de chía y su aceite han comprobado ser ingredientes interesantes
para el desarrollo de alimentos funcionales debido a sus componentes bioactivos,
mismos que se ha comprobado tienen beneficios a la salud mejorando marcadores
biológicos relacionados con dislipidemia, inflamación, enfermedades cardiovasculares y
resistencia a la insulina, sin efectos adversos (Vuksan et al. 2007, 2010).
Es bien conocido que la adición de legumbres a los cereales incrementa tanto la
cantidad como la calidad de la mezcla proteica representando además una forma
económica de mejorar el valor nutricio de los alimentos procesados. El frijol y el
garbanzo son los cultivos más importantes en el mundo debido a su calidad nutricional
ya que son ricos en proteínas, carbohidratos complejos, vitaminas y minerales. Se ha
demostrado además que las leguminosas promueven beneficios a la salud como un
bajo índice glucémico que las hace atractivas para poblaciones de diabéticos, índice
alto de saciedad, prevención del cáncer y protección contra enfermedades
cardiovasculares (Young, 1999; Messina, 1999).
El cocinado por extrusión se ha convertido en una herramienta común para el
procesamiento de una amplia variedad de productos tales como botanas y cereales
para el desayuno (Perez et al., 2008). Este proceso es considerado como de "alta
temperatura corto tiempo" (HTST por sus siglas en inglés) y que minimiza la
Novoa Luis Tesis/ 14
degradación de nutrientes por calor al mismo tiempo que mejora la digestibilidad al
gelatinizar el almidón, desnaturalizar las proteínas y desactivar compuestos no
deseados tales como enzimas y factores antinutricionales (Alonso, Aguirre, & Marzo,
2000; Shimelis & Rakshit, 2007).
2.4. Avena (Avena sativa L.)
3.4.1. Generalidades de la avena
La avena es un cereal originario del Mediterráneo, particularmente de la
península ibérica, del Africa noroccidental y del Medio Oriente. Al igual que otros
granos la avena (avena sativa) pertenece a la familia de las Poaceae también conocida
como Gramineae, género Avena, dentro de éste la especie A. sativa L. (Hexaploide) es
la más cultivada. La avena se constituye como la sexta cosecha más importante en el
mundo con una producción anual promedio de 23 millones de toneladas. Y según el
informe de SAGARPA el volumen de producción de avena nacional promedio para el
2014 fue de cerca de 93 mil toneladas de grano.
Principalmente la avena es utilizada como alimento para ganado, sin embargo
los avances recientes en nutrición y tecnología alimentaria la han desvelado como una
fuente de nutrientes importante, valiosa para los problemas que enfrenta la sociedad
actual.
2.4.2. Estructura del grano
El fruto de la avena es una cariópside acanalada en uno de sus lados opuesta
al embrión. La cariópside está recubierta por una cascarilla que representa entre el 30 y
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Novoa Luis Tesis/ 17
retrogradarse de manera más lenta que otros almidones, pero altas concentraciones de
grasas también puede tener consecuencias negativas durante el cocimiento tales como
una reducción en la capacidad de absorción de agua, el hinchado y la solubilización
además de la formación de sabores no deseados debidos al enranciamiento de las
cadenas de ácidos grasos. Es por esto que algunos investigadores recomiendan una
etapa de rostizado para inactivar enzimas que pudieran acelerar estos procesos.
Otros componentes presentes en el almidón de avena son las proteínas y los
fosfolípidos, que están presentes en cantidades superiores al trigo y el maíz, pero que
parecen tener una influencia mínima en las propiedades térmicas del compuesto.
2.4.3.2. Fibra dietética
El grano de avena contiene altas cantidades de polisacáridos distintos al almidón
que son los principales integrantes de la fibra dietética, mismos que pueden ser
subdivididos en dos fracciones: solubles en agua e insolubles. Las fracciones solubles
en los granos están compuestas por gomas, mucílago, pectina, hemicelulosas, ß-
glucanos y arabinoxilanos. Las insolubles contienen lignina, que tiene la capacidad de
absorber ácido de la bilis, y otras celulosas y hemicelulosas. La cariópside de la avena
contiene entre 10.2 y 12.1% de fibra de la cual 4.1 a 4.9% es soluble y el resto es
insoluble dependiendo del genotipo.
La fibra dietética soluble puede formar soluciones viscosas mismas que a su vez
reducen el tránsito intestinal, retrasan el vaciado estomacal y hacen más lenta la
absorción intestinal de la glucosa y esteroles con la consecuente reducción de los
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Novoa Luis Tesis/ 19
Esta estructura química es responsable de las propiedades físicas específicas
tales como solubilidad, viscosidad y la potencial influencia en el metabolismo del
colesterol en el cuerpo humano.
El contenido de β-glucanos en el grano descascarillado de avena varía en un
rango de 2 a 8g/100g de semilla y es influenciado por variables genéticas y del
ambiente \cite {Welch: 1995ea}. En comparación con otros cereales se encuentra en
mayores concentraciones y es mas soluble al 88% lo cual es mayor que lo encontrado
en la cebada (69%), la harina de maíz (67%), el trigo entero (40%) y el centeno entero
(40%) \cite{Englyst:1989wv}.
Los β-glucanos tienen propiedades funcionales importantes que los hacen
valiosos para la nutrición humana. Entre estas destacan la influencia que tienen en el
apetito a través del incremento en la masa intestinal y su consecuente aumento en la
viscosidad de la misma. Esta última propiedad, según estudios \cite{Arendt:2013ed},
puede ayudar a reducir el colesterol de baja densidad (LDL) al formar una capa viscosa
en el intestino delgado, inhibiendo así la absorción intestinal del colesterol presente en
la dieta y la reabsorción de los ácidos biliares. Además estos investigadores citan
reportes que muestran la relación inversa que existe entre la viscosidad de los β-
glucanos y la respuesta de insulina a la glucosa posprandial (Tabla 2).
Tabla 2: Mecanismos sugeridos para la reducción de colesterol e impacto
glucémico de los β-glucanos en la avena.
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Novoa Luis Tesis/ 21
Otro estudio encontró reducciones significativas tanto en colesterol LDL y
colesterol total en los grupos de pacientes tratados por seis semanas ya sea con 88 g
de avena, 56 g de cascarilla o 84 g de cascarilla correspondiendo con 3.6, 4 y 6g de β-
glucanos respectivamente. Los autores reportaron una correlación inversa entre los
niveles de colesterol en suero y el consumo de β-glucanos [10].
Después de revisar 33 estudios la Food and Drug Administration (FDA) de
Estados Unidos reconoció la relación existente entre el consumo de fibra soluble y el
decremento en la concentración de colesterol en suero señalando además que el β-
glucano es el componente bioactivo principal y determinando en 3g la ingesta diaria
efectiva. Esto ha permitido finalmente la declaración en etiquetas de "propiedades
saludables para dietas bajas en grasas saturadas y colesterol que incluyan fibra soluble
de granos enteros de avena ya que podrían reducir el riesgo de enfermedades al
corazón" \cite{Raloff:1997jq}.
2.4.3.4. Proteína
El contenido proteico en la avena varía de acuerdo al clima y el genotipo y se
reporta entre un 15 a un 24% \cite{Wood:1990jn}, la tabla 3 muestra la concentración
de aminoácidos esenciales comparados con el trigo y la recomendación de la FAO para
adultos. En ella podemos ver que el balance de aminoácidos es bueno y
nutricionalmente superior a otros cereales \cite{Pomeranz:1973wv. El contenido de
lisina es superior al encontrado en el trigo pero queda aún por debajo del 4.5%
recomendado por la FAO (\cite{Joint:2007ts})
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Por otro lado Sánchez-Vioque et al. (1999) encontraron que la digestibilidad en
la proteína de la harina de garbanzo estaba obstaculizada por su estructura globular y
la presencia de factores antinutricionales (FAN).
2.5.2.2. Factores antinutricionales (FAN)
Los FAN son compuestos que perturban o afectan al proceso de digestión. La
acumulación de estos compuestos en los granos de las leguminosas se cree que es un
rasgo evolutivo que actúa como mecanismo protector durante ambientes desfavorables
y en la presencia de parásitos, hongos, insectos y herbívoros. Los FAN encontrados en
las leguminosas pueden ser divididos en dos categorías: FAN proteicos y FAN no
proteicos y van desde los relativamente inofensivos polifenoles a los relativamente
tóxicos inhibidores proteicos. Los FAN proteicos son: alcaloides, ácido fítico,
oligosacáridos, compuestos fenólicos tales como taninos y saponinas, de éstos los más
comunes en las legumbres son las lectinas, inhibidores de tripsina y quimotripsina y
péptidos antifungicos (Roy et al., 2010). Los factores antinutricionales en el garbanzo
se reducen en varios niveles cuando el grano es sujeto a procesos de calentamiento
Tabla 8.
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Novoa Luis Tesis/ 29
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Chang, 2009).
Otras sustancias antinutritivas presentes en el garbanzo son los oligosacáridos
estaquiosa, rafinosa y verbascosa, causantes de flatulencia en los seres humanos
debido a la fermentación de los mismos en el intestino delgado, Berrios et al,
encontraron que el proceso de extrusión a 160 ºC causaba una reducción considerable
de los mismos (40%) similar a la cocción en microondas (Xu and Chang, 2009).
La reducción de saponinas y taninos presentes en el garbanzo es posible ya sea
por microondas (50.1% para taninos, 51.65% para saponinas) o autoclave. Estos
mismos procesos causaron una reducción del 80.5-83.87% en el inhibidor de tripsina
(Alajaji and El-Adawy, 2006).
2.5.2.3. Otros Nutrientes
La harina de garbanzo está caracterizada por un alto contenido de
monosacáridos, disacáridos y oligosacáridos. Los monosacáridos más importantes
presentes son la ribosa, fructosa, glucosa, sucrosa y maltosa. Los principales
oligosacáridos son la rafinosa, ciceritol, estaquiosa y verbascosa Tabla 9 (Sanchez-
Mata et al., 1998; Alajaji and El-Adawy, 2006).
Tabla 9. Contenido de carbohidratos en el garbanzo
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las antocianinas en general (Xu et al., 2007; Segev et al., 2010; Silva-Cristobel et al.,
2010).
Los ácidos fenólicos, otros compuestos en los que los garbanzos son ricos, se
caracterizan por tener fuertes propiedades antioxidantes además de tener la habilidad
de quelar iones metálicos, jugando así un papel importante en la reducción del estrés
oxidativo en el cuerpo (Tiwari et al., 2009).
2.6. Fenómeno de endurecimiento de leguminosas
El manejo inadecuado de algunas leguminosas como es el almacenaje a altas
temperaturas (>25°C) y a humedades relativas superiores al 65% puede ocasionar el
fenómeno conocido como "difícil de cocer" como sucede con el frijol o el garbanzo.
Este endurecimiento reduce el valor nutricional, incrementa el tiempo de cocción y
cambia los atributos fisicoquímicos, funcionales y sensoriales del garbanzo [13].
J. Ruiz et al, reportan que los frijoles almacenados a altas temperaturas y
humedad experimentan fuertes pérdidas en calidad, particularmente el endurecimiento
que incrementa el tiempo de cocción. Éste endurecimiento puede deberse a varios
factores como son: la conversión de lípidos en polímeros oxigenados; la formación de
pectatos insolubles; la lignificación; la desnaturalización e hidrólisis de la proteína,
todos estos procesos toman lugar en el cotiledón [14]
Se han propuesto varias tecnologías alternativas para utilizar frijoles endurecidos
como la separación por fracciones seca y húmeda, el remojo en soluciones salinas, el
Novoa Luis Tesis/ 32
tratamiento térmico alcalino y la extrusión. Éste último es de especial interés ya que los
productos extrudidos tienen ventajas en características sensoriales ( textura, olor, sabor
y color) y propiedades nutricionales (incremento en contenido protéico y un perfil de
aminoácidos balanceado) [14].
2.7. Chía (Salvia hispánica L.)
2.7.1. Generalidades
El cultivo de la chía data de los tiempos precolombinos dónde fue utilizado para
ceremonias paganas. Actualmente la semilla es una fuente potencial de nutrientes para
la industria alimenticia, ya que gracias a sus propiedades ha crecido en popularidad
saliendo así del anonimato en el que se encontraba. El hecho de que en el año 2009 el
Parlamento Europeo y el Consejo Europeo la aprobaron como "alimento nuevo"
además de que no se han reportado casos de alergias o efectos adversos hacen de la
chía y productos derivados fuentes promisorias de alimentos saludables (Muñoz. 2011)
La chía (Salva hispánica L.) es una planta cultivada de manera bianual
categorizada dentro de la familia Lamiaceae y es nativa de los valles centrales de
México y el norte de Guatemala. Dentro de los nombres comunes para ella destacan el
de chía Mexicana, y chía negra. La planta mide aproximadamente un metro de alto, con
hojas opuestas, pecioladas y serradas. Las semillas son ovaladas, suaves, y brillantes
de colores moteados con café, gris, rojo y blanco y generalmente se encuentran en
grupos de cuatro. Crece en tierras arcillosas y en arenosas y es semi tolerante a
Novoa Luis Tesis/ 33
sequías y a tierras ácidas. Se cultiva principalmente en áreas montañosas (Muñoz et
al.2013).
Una de las ventajas para el cultivo es que sus hojas contienen aceites
esenciales que actúan como repelentes a insectos y por tanto la planta puede crecer
sin la necesidad de pesticidas. En México crece en bosques de juníperos, robles, pinos
y encinos, en los estados de Jalisco y México se cultiva en granjas desde la primavera
tardía hasta el inicio del verano (Muñoz et al.2013). Según SAGARPA en 2014 se
produjeron a rededor de 9,500 toneladas de chía en México. Como la planta es
resistente a climas áridos se vuelve atractiva para países suramericanos como Bolivia,
Colombia y Argentina.
2.7.2. Composición química
La semilla de chía está compuesta por grasa (30-33%), carbohidratos (24-41%),
fibra dietética (18-30%) y proteína (15-25%) y contiene además antioxidantes. Por otro
lado no contiene gluten, ni micotoxinas (Muñoz et al.2013).
La semilla es una fuente natural de ácidos grasos omega-3, fibra, proteínas de
alto valor biológico, antioxidantes naturales, vitaminas y minerales Tabla 10.
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finales tales como harinas precocidas, botanas expandidas, cereales para el desayuno,
pasta o proteína texturizada entre otros. En el extrusor la mezcla alimenticia es cocida
de manera termomecánica a alta temperatura bajo presión y cizalla generada en el
ensamble entre el tornillo y el barril. El material fundido es texturizado y formado en el
dado a la salida del tornillo. La acción termomecánica durante la extrusión ocasiona la
gelatinización del almidón, la desnaturalización de la proteína y la inactivación de
enzimas, microbios y otros factores anti nutricionales. Todo esto ocurre en un ambiente
de cizallamiento bajo presión, resultando en una masa plastificada continua
(Battacharya & Prakash, 1994).
Las propiedades del producto están influenciadas por los parámetros de
operación del extrusor tales como la temperatura del barril, del dado, la velocidad del
tornillo, la configuración del tornillo y la forma del dado así como la formulación de las
materias primas en especial humedad y contenidos de proteína, almidón, lípidos y fibra.
Además ingredientes tales como el azúcar, la sal, la proteína, y la fibra pueden afectar
las variables de extrusión del sistema así como también las propiedades del producto
como la textura, la estructura, la expansión y sus atributos sensoriales (Jin, Hsieh, &
Huff, 1994).
La incorporación de fibra dietética en los extrudidos representa un reto ya que
limita la expansión y reduce la cualidad crocante del producto (Mendoza et al. 2000).
2.8.1. Parámetros
N. Singh et al [15], encontraron que las mejores condiciones de expansión para
la harina de avena se obtenían ya sea a 125°C y 22% de humedad o a 175°C y 28% de
Novoa Luis Tesis/ 40
humedad obteniendo una razón de expansión cercana a 4. Es de resaltar que en las
condiciones reportadas se observaron también las presiones más altas de 3.5 y 4 MPa
respectivamente. Estos investigadores mantuvieron las revoluciones constantes (300
rpm) y por tanto la alimentación (40 kg/h) en un extrusor doble.
Para el caso del garbanzo Meng et al [16] mencionan que la adición de la
leguminosa a harinas de arroz redujo la expansión por lo que fue necesario reformular
para obtener un producto más aceptable. La reformulación propuesta fue la siguiente:
60% harina de garbanzo; 23% harina de papa; 15% concentrado de suero de
leche; 1% lecitina; 1% polvo para hornear. Las variables fueron la humedad, la
velocidad del tornillo y la temperatura del barril. Sus resultados en cuanto a la razón de
expansión reflejaron que ésta mejoraba a mayor velocidad del tornillo (344rpm) y baja
humedad (15.3%), notando que el efecto se pierde cuando la humedad se incrementa.
Encontraron además un punto crítico relacionado con la temperatura del barril a 168°C
a partir del cual la expansión decrecía lo cual concuerda con lo encontrado por otros
investigadores quienes encuentran un máximo entre 150 y 170°C. La razón de
expansión encontrada fue de entre 3.06 a 4.99. Estos investigadores encontraron el
mínimo de dureza a 15% de humedad, 299 rpm y 157°C en el barril reportando además
que la dureza se incrementa con la humedad misma que conlleva una menor
expansión [16].
G. Shirani et al condujeron un estudio preliminar de extrusión utilizando un
equipo con dos rotores en el que variaron las concentraciones de garbanzo (50-100%)
y arroz (0-50%) además de la humedad (0.2-1kg/h) y la velocidad del rotor (100-350
Novoa Luis Tesis/ 41
rpm) encontrando como condiciones óptimas la mezcla 70:30, ya que al pasar del 70%
de garbanzo la expansión disminuía, la temperatura del barril fue de 160°C, la
velocidad del rotor 300 rpm y la humedad 0.42 kg/h para una alimentación de 25 kg/h.
Una vez obtenido este producto procedieron a sustituir parte de la mezcla con harina
de fenogreco en un rango del 2 al 10% y con polisacáridos de fenogreco del 5 al 10%
dejando constantes los valores antes mencionados.
J. Milán-Carrillo et al (año) reportan el uso de tres pasos para la preparación y
extrusión de harina de garbanzo: el descascarillado, que consiste en colocar los granos
en un agitador doméstico a baja velocidad para después separar la cascarilla con un
ventilador; el suavizado que se consigue remojando las semillas en una solución salina
(24% humedad 1% NaCl+NaHCO3) por 12 h a 4°C y la extrusión en la que los granos
ajustados a 24% de humedad y fueron molidos para pasar por una criba 100-US previo
a la extrusión en un extrusor de un husillo a 151°C y 189.5 rpm
Los estudios preliminares sobre los cereales (Avena), leguminosas (Garbanzo) y
la semilla de la Chia abren la posibilidad de elaborar un producto alimenticio con alto
poder nutrimental, que podría resolver muchos problemas de salud si este es
consumido en una proporción adecuada de cada cereal, leguminosa y chia. De forma
que el producto procesado por extrusión pueda contener la cantidad de proteínas con
el record de aminoácidos balanceado, contenido de carbohidratos adecuados y algunos
de ellos con propiedades especiales para reducir el colesterol y los azucares en la
sangre. Además de contar con el contenido de lípidos insaturados en la concentración
adecuada para nuestra nutrición. Los lípidos de la chia proveerán los ácidos grasos
Novoa Luis Tesis/ 42
esenciales y el omega 3 y 6 necesarios para nuestra dieta y reducir los problemas de
enfermedades cardiovasculares.
Novoa Luis Tesis/ 43
3. Justificación e Hipótesis
3.1. Justificación
México ocupa uno de los principales lugares de obesidad en el mundo y son las
enfermedades cardiovasculares y la diabetes mellitus las principales causas de
mortandad en el país. Además de que el sobrepeso y la obesidad afectan al 26% de
niños, siendo la Ciudad de México la de mayor prevalencia.
El consumo de granos integrales y fibra dietética en la población está muy por
debajo de las recomendaciones de los organismos de salud a pesar de los beneficios
que estos tienen para coadyuvar al control del peso y la prevención de enfermedades
coronarias y diabetes.
Uno de los procesos de fabricación de productos novedosos es el de extrusión a
través del cual es posible obtener productos más atractivos al consumidor mejorando
su textura y vida de anaquel además de incrementar su digestibilidad y disponibilidad
de nutrientes.
La mezcla de cereales como la avena con leguminosas como el garbanzo
permite la obtención de productos con buena calidad proteica, balance de aminoácidos
a costos bajos. La avena contiene además β-glucanos que mejoran la saciedad y
tienen efectos benéficos en el colesterol y la glucosa en sangre.
La chía es un ingrediente novedoso fuente natural de ácidos grasos omega-3,
fibra soluble, proteínas de alto valor biológico, antioxidantes naturales y vitaminas todos
ellos interesantes para la prevención de enfermedades cardiovasculares y diabetes.
Novoa Luis Tesis/ 44
El proceso de extrusión no es sencillo y la inclusión de aceites, fibra y proteína
en la formulación lo complican aún más de modo que es necesario encontrar los
parámetros óptimos para la fabricación buscando un balance entre nutrimentos y
cualidades texturales.
3.2. Hipótesis
Un suplemento alimenticio a partir de la extrusión de mezclas de harinas de
avena, garbanzo y chía puede coadyuvar a la prevención de la obesidad y sus
padecimientos consecuentes como la diabetes y las enfermedades cardiovasculares.
Novoa Luis Tesis/ 45
4. Objetivos
4.1. General
El objetivo de este trabajo fue desarrollar un complemento alimenticio de alto
valor nutrimental en base a tres ingredientes: garbanzo, avena y chía por el método de
extrusión, listo para su consumo.
4.2. Específicos
- Preparar las harinas de garbanzo, avena y chia para ser acondicionados a la
humedad de extrusión y a las concentraciones en que participan en la formulación
- Realizar una cocción termomecánica de harinas de avena, garbanzo y chía,
estudiando el efecto de la temperatura en el proceso de extrusión.
-Evaluar sus propiedades fisicoquímicas de los productos extrudidos:
Fisicoquímicas: índice de absorción y solubilidad en agua, densidad aparente,
Mecánicas: resistencia a la compresión, tensión y modulo de Young, Térmicas:
transición gomosa, Capacidad Calorífica, temperatura y entalpia de fusión y
microestructura por SEM.
Novoa Luis Tesis/ 46
5. Materiales y Métodos
5.1. Materiales
Los granos de avena, garbanzo y chía fueron adquiridos en la central de abastos
de la Ciudad de México (Comercial de Nueces Finas y Semillas, S.A. De C.V) y
almacenados en costales a temperatura ambiente antes de ser acondicionados. Los
reactivos empleados en la investigación fueron adquiridos de Sigma Aldrich México.
5.2. Molienda y acondicionado
Los granos seleccionados fueron molidos en un molino de discos (marca Bauer
Bros. mod 148-2, Ontario, Canadá) hasta pasar por un cernidor mesh 60 y
posteriormente se mezclaron y acondicionaron. Las concentraciones y humedad de
acondicionamiento fueron establecidas por un diseño de experimentos central
compuesto siendo las variables independientes la humedad (18-25%) y la relación
avena garbanzo fue variada de (10-80%) para ambas harinas, la proporción de chía se
mantuvo constante al 10%.
Para el acondicionamiento, una muestra de harina de 2 g se secó a peso
constante en un horno de secado a 90ºC para determinar la humedad inicial (La
humedad fue determinado por el método AACC no. 44-19 [12]. 2000) y se utilizó el
sistema de balance de masas para el cálculo de la masa de agua a adicionar a la
mezcla. El agua se adicionó por medio de un aspersor manual durante el mezclado.
El mezclado se realizó en un mezclador (marca Effort Maskinfabrik, modelo
Maren tipo 10, Copenhague, Dinamarca) a velocidad 3 por 30 minutos. Las harinas
preparadas se mantuvieron en refrigeración por 24 horas a 8ºC antes de ser extrudidas.
5.3. Mét
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1. El
Novoa Luis Tesis/ 48
barril tiene tres secciones donde se controla de forma independiente el calentamiento y
el enfriamiento con resistencias eléctricas y canales de aire de enfriamiento. La relación
de compresión del tornillo fue de 2.5:1. El diámetro de la boquilla fue 19.76 mm. Se
utilizaron tres termopares para monitorear las temperaturas de barril y un termopar
extra en el plato del dado de salida para medir la temperatura del producto en el dado.
Los materiales fueron alimentados al extrusor a una velocidad de 15 (rpm),
controlándola con un motor Baldor Electrical Co. (Cat. GPP7454 MDF, FT Smith, Ark,
USA) y el extrusor operó a una velocidad constante de 40 rpm, controlado por un
convertidor de frecuencia (Hitachi SJ-100, USA). La potencia eléctrica total del extrusor
instalado fue de 10.46 KW incluyendo las resistencias eléctricas para la sección de
barril. El proceso se llevo a cabo a diferentes temperaturas, contenidos de humedad y
la mezcla de harinas fue alimentada a través de un alimentador con control de flujo de
acuerdo al diseño experimental (Tabla 1). Finalmente las muestras fueron secadas en
una estufa de aire forzado a 55°C. Los productos finales tuvieron un contenido de
humedad de 7 3% y fueron almacenados en bolsas de polietileno hasta que fueron
analizadas.
5.5. Caracterización de muestras extrudidas
5.5.1. Preparación y acondicionamiento
Previo a la medición, el material extrudido se sometió a un proceso de secado para el
cual se utilizó un secador de charolas (F.J. Stokes Corp. Pensilvania, EUA) a una
temperatura de 90 grados por 12 h.
Después del secado las muestras se sometieron a una molienda con un pulverizador
modelo Laboratory Mill (Raymond Pulverizer Division, EUA) con martillos tipo estribos,
hasta pasar la malla 60 (0.25mm de abertura) y almacenadas a temperatura ambiente
(25°C) en bolsas herméticas de polietileno.
5.6. Densidad aparente (DA)
Para el análisis de densidad aparente (DA) se cortaron muestras de los extrudidos en
segmentos de 5 cm de longitud y se pesaron. En un vaso de acero inoxidable se
colocaron suficientes semillas de chía para cubrir el vaso hasta el tope y el excedente
Novoa Luis Tesis/ 49
se retiró con una regla de una sola vez y en dirección única, posteriormente las
semillas en el vaso fueron recolectadas en otro contenedor para su uso subsecuente.
Una vez vaciado el vaso se colocaron aproximadamente 100 g de muestra extrudida en
el mismo y se cubrieron con las semillas recolectadas, el excedente se retiró con una
regla de una sola vez y en dirección única. El excedente se recolectó en una charola y
se midió su volumen obteniéndose la DA de la siguiente manera:
DA = Masa de la muestra (g) / volúmen de las semillas excedentes (ml)
La prueba se realizó por triplicado para cada corrida y se registró el promedio.
5.7. Índice de Absorción de Agua (WAI), Índice de solubilidad en agua (WSI)
Ambos índices ISA e IAA fueron determinados de acuerdo al método de Anderson y
col., 1982. Se pesaron 2.5 g de muestra en tubos falcón puestos previamente a peso
constante, se hidrataron con 40 ml de agua y se agitaron en forma intermitente por 30
minutos a 30 grados, posteriormente, se centrifugaron a 3000 x g durante 10 minutos
(International Centrifuge size 2 model k, Colorado, EUA) se decantó el sobrenadante y
se tomó el peso del sedimento, con lo cual se calculó el porcentaje de absorción de
agua, utilizando la siguiente fórmula:
IAA = Peso gel / Peso muestra
El número reportado se obtuvo a partir del promedio de 10 muestras.
Para la determinación del ISA, se tomó una alícuota del sobrenadante y se colocó en
charolas de secado puestas previamente a peso constante para posteriormente
secarse en una estufa a 90 grados por 24 hrs. Pasado el tiempo se pesaron las
charolas y se calculó el porcentaje de solubilidad, utilizando la siguiente fórmula:
ISA= (Sólidos recuperados en secado / Sólidos totales) x 100
Novoa Luis Tesis/ 50
El número reportado se obtuvo a partir del promedio de 10 muestras.
5.8. Propiedades térmicas
Determinación de la transición de fase por Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)
El análisis de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC por sus siglas en inglés) se
realizó en un equipo Perkin Elmer (Pyris 1) empleando un peso promedio de muestra
de 10 mg de harina previamente acondicionada con una relación de harina: agua de
2:1 respectivamente.
Las muestras se colocaron en cápsulas de aluminio (KIT No 0219-0062 PERKIN
ELMER de 10 mm de diámetro por 5 mm de alto) y se sellaron herméticamente para
prevenir la pérdida de agua y se colocaron en el equipo, utilizando una cápsula vacía
como referencia, dónde la velocidad de calentamiento fue de 10 ºC/min obteniendo los
termogramas en un intervalo de temperatura de 25 a 180 ºC. A los termogramas se les
descontó la línea base utilizando dos cápsulas vacías como referencia. Una charola
vacía e Indio fueron empleados como referencia para calibrar el DSC. Los parámetros
de temperatura de transición vítrea (Tg) y temperatura de fusión (Tm) fueron obtenidos
del software Pyris directamente.
5.9. Espectroscopia Infrarrojo
Se obtuvo el espectro infrarrojo para cada una de las muestras utilizando un equipo
FTIR modelo IRAffinity-1 (Shimadzu Corp. Japón), los polvos se colocaron sobre un
módulo de muestreo de reflactancia total atenuada (ATR) modelo MIRacle (Pike
Technologies, Wisconsin, EUA) y el barrido se realizó en un intervalo de número de
onda de 400 a 4000 cm-1.
5.10. Pruebas Texturales
La prueba se realizo con extrudidos secos de 4cm de longitud tomados aleatoriamente
de cada muestra experimental. Para la determinación de dureza, se utilizó un equipo
TA-XT2i (Texture Technologies Corp., Nueva York, EUA) con una sonda de 4 mm de
diámetro de acero inoxidable modelo P/4N. La prueba se realizó con una velocidad de
penetración de 2 mm/s, y una distancia de recorrido de 4 mm, con una celda de carga
Novoa Luis Tesis/ 51
de 25 kg y la fuerza de disparo de 50g. La prueba se realizó por triplicado y se obtuvo
una gráfica promedio a través del software del instrumento. Se determinó la fuerza
máxima (g) necesaria para atravesar la muestra por completo.
5.11. Microscopía electrónica de barrido
Las harinas crudas y las extrudidas se fijaron en un portamuestra con cinta de carbón y
recubiertas con una capa de 3 nm de Au Pd por el método de sputtering con un equipo
modelo Desk IV (Denton Vacuum, LLC., Nueva Jersey, EUA). Las evaluaciones de
microestructura se realizaron con un microscopio electrónico de barrido JSM-6390LV
(JEOL LTD., Japón) obteniendo las micrografías.
5.12. Diseño Experimental y Análisis de Datos
Para analizar la influencia de las variables independientes sobre las propiedades
térmicas y mecánicas de los extrudidos mezclas de harinas y chia, se utilizo la
Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para construir los modelos
matemáticos para interpretar la relación entre las variables independientes y
dependientes. Todos los tratamientos fueron hechos aleatoriamente y los datos fueron
analizados utilizando el programa estadístico Design-Expert 7.0.3 (Stat-Ease Inc.
Minneapolis, MN). La idoneidad de los modelos fue probada mediante el uso del
análisis de varianza (la prueba F y el coeficiente de determinación R2). El diseño
experimental, las variables independientes y sus niveles de variación se muestran en
las Tabla 1 y 2.
El diseño experimental se basó en un diseño central compuesto con 6 seis puntos
centrales para determinación del error y tres variables independientes numéricas con
cinco niveles que generaron veinte corridas Tabla 16. Los niveles de las variables
independientes se muestran en la Tabla 17 y éstas últimas fueron la temperatura a la
salida del dado (A), el porcentaje de humedad de la mezcla (B) y la proporción de
avena y garbanzo en la mezcla (C).
Las variables de respuesta fueron el índice de solubilidad en agua (ISA, %), el índice
de absorción de agua (IIA, %), el índice de expansión (IE, %), el mayor pico detectado
por calo
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52
pico
Novoa Luis Tesis/ 53
6. Resultados y Discusión
6.1. Análisis estadístico de las propiedades de los productos extrudidos.
El análisis estadístico de las propiedades fisicoquímicas (Tabla 10), muestra que
algunas propiedades no presentan variación como efecto de la variación de los factores
dentro de los niveles seleccionados. Las demás propiedades al ser evaluadas por
software Design Expert 8.0.0 muestran que por la prueba de F los modelos son
significativos teniendo coeficientes de variación bajos y el coeficiente de variación (R2)
es alto, lo que indica que el modelo representa adecuadamente a los valores
experimentales a través del modelo matemático. Por lo cual se puede realizar gráficos
de superficie de respuesta a través de estos modelos, y con estos gráficos poder
interpretar el efecto de los factores a los diferentes niveles en cada respuesta.
Tabla 18. Modelos matemáticos y análisis estadístico de validación.
Propiedades Fisicoquímicas de los extrudidos
Coeficientes
del Modelo
Índice de
Solubilidad
(ISA)
Índice de
Absorción
(IAA)
Densidad
(g/ml)
Temperatura
de fusión (°C)
Entalpia
(∆H, J/g)
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Novoa Luis Tesis/ 54
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X2X3 -6.6625*10-3 ns ns ns 3.51464
X12 2.8322*10-3 -9.514*10-4 ns ns
X22 -0.018877 ns ns ns
X32 -3.4953*10-4 ns ns ns
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CV (%) 12.65 20.48 36.72 2.35 47.55
R2 0.8529 0.6530 0.3514 0.8888 0.2262
Donde los coeficientes se identifican como X1= Temperatura, X2=humedad, X3=Concentración
6.2. Dureza
La Figura 4a muestra la gráfica de superficie de respuesta obtenida por la
aplicación Design Expert para la variable de respuesta de Dureza en base a la
concentración y la humedad, en esta podemos ver que para toda concentración la
dureza es proporcional al aumento en humedad, alcanzándose el máximo con un 28%
de humedad y 65% de garbanzo, con esta misma concentración es también posible
alcanzar el mínimo que se consigue con 14% de humedad. La humedad afecta más
que los otros factores en la dureza es decir a bajos valores de humedad (14 a 18%) se
tienen menor dureza de los extrudidos, cuando incrementa la humedad (18 a 25%)
aumenta la dureza, reforzando las observaciones indicadas en las propiedades
evaluadas anteriormente de temperatura de fusión.
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Luis Tesis/ 58
Novoa Luis Tesis/ 59
En estas fotografías se observa los diferentes texturas que se han obtenido
después que las harinas de garbanzo, avena y chia fueron extrudidas, como se
observa se tiene estructuras muy densas (Figura 5a) y otras muy expandidas (Figura
5b) que no formaron cilindros y se texturizaron perdiendo la forma y las intermedias
(Figura 5c) que se texturizan pero que no expanden demasiado manteniendo la forma
cilíndrica, debido a las condiciones de humedad y temperatura de extrusión que
adquieren expansión siendo algunas de ellas muy crocantes y quebradizas.
6.3. Índice de Solubilidad en agua (ISA)
La Figura 6 muestra la gráfica de superficie de respuesta para la variable de
respuesta ISA. En ella podemos observar que a 12% de harina de garbanzo que la
variación de temperatura y humedad no tiene un efecto en la variación del índice de
solubilidad (ISA) de los productos extrudidos. Únicamente se observa que ha mayores
temperaturas de 193°C y alta humedad se incrementa la solubilidad, probablemente
por la mayor dextrinización de los almidones de las harinas de las leguminosas y
cereales. Cuando se incrementa la concentración de garbanzo a 45% y 78% se
observa que los valores de ISA incrementan para menores niveles de humedad de 15%
y de temperatura 126°C, este fenómeno se puede deber a que como lo reportan
(Ramírez et al, 2008) la viscosidad del fluido a temperaturas bajas es mayor y por tanto
el efecto de la cizalla es igualmente mayor, provocando rompimiento en las estructuras
de los polímeros, acortando las cadenas que resultan en compuestos más solubles.
Dado que la composición del alimento es mayoritariamente almidón, podemos pensar
Novoa Luis Tesis/ 60
que las cadenas de azúcares se rompen de forma similar a lo que ocurre con la
hidrólisis, formando polímeros de menor peso molecular que son más fáciles de
solubilizar (Fernández et al, 2004). A temperaturas altas sin embargo, el efecto de la
concentración de garbanzo no incrementa la solubilidad, esto debido igualmente al
efecto de la viscosidad que es menor resultando en menor cizalla.
Concentración de Garbanzo 12%
Concentración de Garbanzo 45%
Concentración de Garbanzo 78%
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Temperatura (°C) Humedad (% p/p)
Novoa Luis Tesis/ 61
Figura 6. Superficies de respuesta del índice de solubilidad de productos
nutricionales extrudidos, manteniendo constante la concentración de garbanzo: a) 12%,
b) 45% y c) 78%.
6.4. Índice de Absorción en agua (IAA)
En la figura 7 se observa las superficies de respuesta del índice de absorción de los
productos extrudidos. Donde los mayores valores de IAA se tienen para una interacción
de los factores de temperatura y humedad, es decir cuando disminuye la humedad y se
incrementa la temperatura de extrusión de forma proporcional se mantiene los valores
altos de IAA, manteniendo constante la concentración de harina de garbanzo a 12%. Si
se mantiene constante la temperatura (valores menores a 150°C) y se disminuye la
humedad los valores de IAA disminuyen, este comportamiento se mantiene para las
diferentes concentraciones de harina de garbanzo durante la extrusión. En la medida
que se incrementa la concentración de garbanzo disminuye los valores de IAA. Este
comportamiento del índice de absorción de agua por los productos extrudidos, se debe
probablemente a que las proteínas de la leguminosa al ser desnaturalizadas por la
temperatura de extrusión pierden la capacidad de hidratación, pasando de la forma
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Temperatura (°C) Humedad (% p/p)
Novoa Luis Tesis/ 62
globular a la fibrilar (Fernández et al, 2004) reduciendo así su capacidad para retener
agua como lo observaremos más adelante en las micrografías de SEM.
La avena y la chia contribuyen en la atenuación de la hidratación de los
extrudidos por que podrían formarse complejos de los lípidos con los almidones de la
avena evitando su dextrinización o ruptura de los enlaces glucósidicos por efecto de la
temperatura y efecto de cizalla mecánica por la extrusión y los que no se forman
complejos se hidratan aumentando los valores de IAA.
Índice de Absorción de agua a 12% de garbanzo
Índice de Absorción de agua a 45 % de garbanzo
Índice de Absorción de agua a 78% de garbanzo
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2
3
4
5
6
In
dic
e d
e a
bso
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n (
%)
Temperatura (°C) Humedad (% p/p)
Novoa Luis Tesis/ 63
Figura 7. Superficies de respuesta del índice de absorción de productos
nutricionales extrudidos, manteniendo constante la concentración de garbanzo: a) 12%,
b) 45% y c) 78%.
6.5. Micrografías de los extrudidos observados por SEM
En las imágenes de SEM, se observa que en la figura 7a harina de garbanzo sin
extrudir, mostrando el granulo de almidón entero sin ninguna modificación y otros
gránulos se encuentran recubiertos de proteínas. De igual forma se tiene también los
gránulos de almidón de la avena. Cuando las harinas fueron extrudidas o modificadas
termomecánicamente las estructuras naturales se alteran, pasando el almidón a
gelatinizarse y la proteína a desnaturalizarse transformándose la proteína globular de
las albuminas a la forma fibrilar (figura 7b), es decir se texturiza adquiriendo la forma de
fibras o paquetes fibrilares donde se encuentran embebidos los carbohidratos
gelificados junto con los lípidos de la chia (Ramírez et al, 2008) reduciendo así su
capacidad para retener agua.
a)
15 17
18 20
22 24
25 27126
139
153
166
180
193
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2
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5
6
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c)
Figura 7. Micrografías dde SEM de
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64
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Luis Tesis/
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Luis Tesis/
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66
una
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Novoa Luis Tesis/ 67
La chia a diferencia de los otros componentes solo presenta una fusión a temperatura
de 91.49°C con ∆H=273.39J/g, esta transición de fase probablemente se debe a los
lípidos que contiene la chia no teniendo transiciones de fase a mayores temperaturas.
Estos termogramas de las harinas evaluadas en forma independiente nos facilitaron en
la evaluación cuando las harinas fueron procesadas por extrusión. En las figuras 9 se
presentan las superficies de respuesta de la temperatura de fusión de los productos
extrudidos, manteniendo constante la humedad a 18% (Figura 9a) se observa que la
variación de temperatura y concentración de garbanzo no tienen efecto en la variación
de la temperatura de fusión de los extrudidos, es decir que los extrudidos no tienen
modificación en la temperatura de fusión todas son muy similares. Cuando se
incrementa la humedad a 21.5% se tienen temperaturas de fusión de 106.5°C para
180°C de temperatura de extrusión y cuando se disminuye esta temperatura a 140°C
también disminuye la temperatura de fusión. Este comportamiento probablemente se
debe a que alta temperatura de extrusión los carbohidratos y las proteínas se funden y
forman estructuras más densas por la interacción entre ellas. Cuando enfriados los
polímeros retrogradan en estructuras compactas, requiriendo mayor temperatura para
fundirse. Cuando se realiza la extrusión a temperaturas menores de 140°C, no se
llegan a fundirse completamente los polímeros durante el proceso y por lo tanto para
alcanzar la temperatura de fusión de los extrudidos también lo hacen a menores
temperaturas cercanas a 100°C, no observando efecto de la variación de la
concentración de garbanzo o avena.
Para 25% de humedad de extrusión (Figura 9c) se mantiene el comportamiento anterior
a 21.5%, sin embargo a mayores temperaturas de extrusión (180°C), la temperatura de
Novoa Luis Tesis/ 68
fusión disminuye. La humedad a altas temperaturas logra gelatinizar más los almidones
y desnaturalizar las proteínas por lo que puede el efecto termomecánico de extrusión
provocar la dextrinización o disminución del peso molecular por la ruptura de los
enlaces glucosídicos. Esta dextrinizacion de los extrudidos hace que se requiera menor
temperatura para alcanzar la fusión con 25% de garbanzo, valores similares a los
obtenidos cuando las harinas fueron evaluadas sin extrudir.
Humedad de 18%
Humedad de 21.5%
Humedad de 25%
140.0
148.0
156.0
164.0
172.0
180.025.0
33.0
41.0
49.0
57.0
65.0
90.0
93.3
96.7
100.0
103.3
106.7
110.0
Te
mp
era
tura
de
fusi
on
(°C
)
Concentracion Garbanzo (%)
Temperatura (°C)
140.0
148.0
156.0
164.0
172.0
180.025.0
33.0
41.0
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57.0
65.0
90.0
93.3
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100.0
103.3
106.7
110.0
Te
mp
era
tura
de
fusi
on
(°C
)
Concentracion Garbanzo (%)
Temperatura (°C)
Novoa Luis Tesis/ 69
Figura 9. Superficies de respuesta de termogramas de productos extrudidos,
manteniendo constante la humedad de extrusión: a) 18%, b) 21.5% y c) 25%.
La energía (entalpia ∆H) requerida para fundir los productos extrudidos no
tuvieron diferencias significativas entre los niveles de los factores estudiados, una vez
que el análisis de varianza indica que el valor de F no es significativo P< 0.8168. Como
lo muestra la figura 10, para las variaciones de nivel de la temperatura, humedad y
concentración de garbanzo y avena de los extrudidos, es decir que para fundir ellos
requieren similar energía para todas las muestras.
Figura 10. Superficies de respuesta de la entalpia ∆H de productos extrudidos.
140.0
148.0
156.0
164.0
172.0
180.025.0
33.0
41.0
49.0
57.0
65.0
90.0
93.3
96.7
100.0
103.3
106.7
110.0
Te
mp
era
tura
de
fusi
on
(°C
)
Concentracion Garbanzo (%)
Temperatura (°C)
18.00 19.00
20.00 21.00
22.00 23.00
24.00 25.00
140.00 148.00
156.00 164.00
172.00 180.00
100
200
300
400
500
600
700
En
talp
ia
Temperatura (°C) B: Humedad
Novoa Luis Tesis/ 70
7. Conclusiones.
La mezcla de las harinas de garbanzo, avena y chia al ser extrudidos
presentaron texturas en algunos casos muy expandidas crocantes y frágiles, pero no
mantenían la forma cilíndrica. Estas muestras por lo general se encontraban
texturizadas y con menor peso específico, que cuando reconstituidas en agua podrían
formar texturas semejantes a la carne y ser buenos substitutos de la carne animal.
También se tiene productos extrudidos muy densos que no alcanzaron una
adecuada texturización de las proteínas del garbanzo y de la avena, como
consecuencia de la menor temperatura de extrusión y bajas humedades, no teniendo
efecto la variación de la concentración de las harinas.
Los lípidos de la chia en la mezcla de las harinas probablemente forma
complejos con los carbohidratos de las harinas modificando su textura, este
comportamiento se observara mejor cuando se tiene mayor concentración de avena en
relación al garbanzo.
Se observó que ha mayores temperaturas de 193°C y alta humedad se
incrementa la solubilidad, probablemente por la mayor dextrinización de los almidones
de las harinas de las leguminosas y cereales. También a temperaturas bajas la
viscosidad del fluido es mayor y por tanto el efecto de la cizalla es igualmente mayor,
provocando rompimiento en las estructuras de los polímeros, acortando las cadenas
que resultan en compuestos más solubles.
Novoa Luis Tesis/ 71
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Novoa Luis Tesis/ 73
Anexos Response 5 Entalpia ANOVA for Response Surface Reduced Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 1.344E+005 7 19206.83 0.50 0.8168 not sign A-Temperatura 21400.04 1 21400.04 0.56 0.4693 B-Humedad 28566.15 1 28566.15 0.75 0.4049 C-Concentracion 29585.30 1 29585.30 0.77 0.3969 AB3341.94 1 3341.94 0.087 0.7728 AC6957.16 1 6957.16 0.18 0.6776 BC11926.32 1 11926.32 0.31 0.5872 A232670.88 1 32670.88 0.85 0.3741 Residual 4.599E+005 12 38325.98 Lack of Fit 3.074E+005 7 43919.22 1.44 0.3556 not sign Pure Error 1.525E+005 5 30495.44 Cor Total 5.944E+005 19 Std. Dev. 195.77 R-Squared 0.2262 Mean 411.71 Adj R-Squared -0.2252 C.V. % 47.55 Pred R-Squared -2.0809 PRESS 1.831E+006 Adeq Precision 2.793
Novoa Luis Tesis/ 74
Response 1 ISA ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 105.27 9 11.70 6.44 0.0037 signific A-Temperatura 6.10 1 6.10 3.36 0.0967 B-Humedad 1.73 1 1.73 0.95 0.3520 C-Concentracion 58.28 1 58.28 32.11 0.0002 AB11.26 1 11.26 6.20 0.0320 AC5.23 1 5.23 2.88 0.1203 BC1.74 1 1.74 0.96 0.3506 A218.49 1 18.49 10.19 0.0096 B20.77 1 0.77 0.42 0.5294 C20.28 1 0.28 0.16 0.7019 Residual 18.15 10 1.82 Lack of Fit 8.58 5 1.72 0.90 0.5459 not sign Pure Error 9.57 5 1.91 Cor Total 123.42 19 Std. Dev. 1.35 R-Squared 0.8529 Mean 10.65 Adj R-Squared 0.7206 C.V. % 12.65 Pred R-Squared 0.3554 PRESS 79.55 Adeq Precision 9.942
Novoa Luis Tesis/ 75
Response 2 IAA ANOVA for Response Surface Reduced Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 9.88 5 1.98 3.46 0.0302 signific A-Temperatura 1.43 1 1.43 2.50 0.1359 B-Humedad 1.05 1 1.05 1.84 0.1967 C-Concentracion 1.08 1 1.08 1.90 0.1898 AB4.20 1 4.20 7.36 0.0169 A22.13 1 2.13 3.72 0.0741 Residual 7.99 14 0.57 Lack of Fit 4.03 9 0.45 0.56 0.7849 not sign Pure Error 3.96 5 0.79 Cor Total 17.87 19 Std. Dev. 0.76 R-Squared 0.5530 Mean 3.69 Adj R-Squared 0.3934 C.V. % 20.48 Pred R-Squared -0.0648 PRESS 19.03 Adeq Precision 6.427
Novoa Luis Tesis/ 76
Response 3 Densidad ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 1.51 9 0.17 0.60 0.7711 not sign A-Temperatura 1.788E-003 1 1.788E-003 6.419E-003 0.9377 B-Humedad 0.18 1 0.18 0.64 0.4435 C-Concentracion 0.075 1 0.075 0.27 0.6161 AB2.935E-003 1 2.935E-003 0.011 0.9203 AC6.168E-003 1 6.168E-003 0.022 0.8847 BC0.13 1 0.13 0.47 0.5103 A20.40 1 0.40 1.45 0.2566 B20.82 1 0.82 2.93 0.1178 C20.021 1 0.021 0.075 0.7892 Residual 2.79 10 0.28 Lack of Fit 0.62 5 0.12 0.28 0.9033 not sign Pure Error 2.17 5 0.43 Cor Total 4.29 19 Std. Dev. 0.53 R-Squared 0.3514 Mean 1.44 Adj R-Squared -0.2324 C.V. % 36.72 Pred R-Squared -0.8180 PRESS 7.81 Adeq Precision 2.360
Novoa Luis Tesis/ 77
Concentracion de 65% garbanzo
Response 4 Peak ANOVA for Response Surface Reduced Cubic Model (Aliased) Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 340.52 12 28.38 4.66 0.0250 signific A-Temperatura 28.42 1 28.42 4.67 0.0675 B-Humedad 10.97 1 10.97 1.80 0.2212 C-Concentracion 4.08 1 4.08 0.67 0.4396 AB6.44 1 6.44 1.06 0.3377 AC15.57 1 15.57 2.56 0.1538 BC20.64 1 20.64 3.39 0.1080 A254.26 1 54.26 8.92 0.0203 B27.94 1 7.94 1.31 0.2908 C214.28 1 14.28 2.35 0.1694 ABC 49.21 1 49.21 8.09 0.0249 A2B85.72 1 85.72 14.09 0.0071 AB245.91 1 45.91 7.54 0.0286 AC20.000 0 BC20.000 0 Residual 42.59 7 6.08 Lack of Fit 5.68 2 2.84 0.38 0.6994 not sign Pure Error 36.92 5 7.38 Cor Total 383.11 19
18.00 19.00
20.00 21.00
22.00 23.00
24.00 25.00
140.00
148.00
156.00
164.00
172.00
180.00
0.5
1
1.5
2
2.5
De
nsi
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d
A: Temperatura B: Humedad
Std. De Mean 0.6982 C.V. % -0.1830 PRESS 9.421
D
de garb
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De acuerdo
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10% y un
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2.4104.8
2.3
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4788
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