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Scientia Agropecuaria

versión impresa ISSN 2077-9917

Scientia Agropecuaria vol.12 no.2 Trujillo abr./jun 2021

http://dx.doi.org/10.17268/sci.agropecu.2021.025 

Artículos de Investigación

Aceite de Lupinus mutabilis obtenido por prensa expeller: Análisis de rendimiento, caracterización fisicoquímica, capacidad antioxidante, ácidos grados y estabilidad oxidativa

Lupinus mutabilis oil obtained by expeller press: Yield, physicochemical characterization, antioxidant capacity, fatty acids and oxidative stability analyses

Gloria Pascual-Chagman1  * 
http://orcid.org/0000-0003-1891-8242

Juan Santa-Cruz-Olivos1 
http://orcid.org/0000-0001-6377-4319

Alyssa Hidalgo2 
http://orcid.org/0000-0002-3311-814X

Fernando Benavente3 
http://orcid.org/0000-0002-1688-1477

M. Carmen Pérez-Camino4 
http://orcid.org/0000-0001-7652-9582

Alejandrina Sotelo-Mendez5 
http://orcid.org/0000-0002-6992-4821

Luz María Paucar-Menacho6 
http://orcid.org/0000-0001-5349-6167

Christian R. Encina-Zelada1 
http://orcid.org/0000-0001-6834-7121

1 Universidad Nacional Agraria La Molina, Facultad de Industrias Alimentarias, Departamento de Tecnología de Alimentos y Productos Agropecuarios, Av. La Universidad s/n. La Molina, Lima. Peru.

2 Department of Food, Environmental and Nutritional Sciences (DeFENS), University of Milan, Via Celoria 2, 20133, Milan. Italy.

3 Department of Chemical Engineering and Analytical Chemistry, Institute for Research on Nutrition and Food Safety (INSA·UB), University of Barcelona, 08028, Barcelona. Spain.

4 Department of Characterization and Quality of Lipids, Instituto de la Grasa -CSIC-, Ctra. Utrera km 1, 41013 Sevilla. Spain.

5 Universidad Nacional Agraria La Molina, Facultad de Zootecnia, Departamento de Nutrición, Av. La Universidad s/n. La Molina, Lima. Peru.

6 Universidad Nacional del Santa, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Agroindustrial y Agrónoma, Av. Universitaria s/n, Urb. Bellamar, Nuevo Chimbote, Ancash. Peru.

Resumen

Se extrajo por prensa expeller el aceite de los granos desamargados y descascarados de las variedades peruanas de tarwi (Lupinus mutabilis “Común” y “Andenes”). Se evaluó el rendimiento de extracción y, composición proximal de ambas variedades. Se caracterizaron propiedades fisicoquímicas, contenido total de polifenoles y capacidad antioxidante del aceite, la torta y la harina desengrasada para la variedad con el mayor rendimiento de extracción. Se extrapoló el tiempo de vida útil del aceite a 25 ºC por el test Rancimat. La variedad andenes presentó un rendimiento de 22,1% m/m (frente al 18,4% m/m de la variedad Común), color CIELAB L *= 36,5; a *= 2,2; b* = 20, índice de refracción a 25 ºC de 1,469, densidad a 25 ºC de 0,903 g/mL, índice de acidez de 3,2 mg KOH/g, ácidos grasos libres de 1,6% m/m, índice de peróxidos de 2,7 meq O2/kg, índice de p-Anisidina de 1,3, contenido de insaponificables del 58,0% m/m, capacidad antioxidante ABTS total de 21,4 µmol TE/g y, contenido de compuestos polifenólicos totales de 7,0 mg AGE/100g. El ácido graso, tocoferol y fitoesterol predominantes en el aceite fueron el ácido oleico (56,2% m/m), el γ-tocoferol (555 mg/kg) y el β-sitosterol (41900 mg/100g), respectivamente. A 25 ºC la vida útil del aceite fue de 2,7 años. El aceite de Lupinus mutabilis extraído por expeller presentó una calidad aceptable, pero con un menor impacto ambiental negativo, en comparación con la extracción de aceites utilizando solventes.

Palabras clave: aceite de tarwi; ácidos grasos; compuestos bioactivos; fitoesteroles; polifenoles; tocoferoles; capacidad antioxidante; vida útil

Abstract

The oil of debittered and dehulled grains from two Andean lupins (Lupinus mutabilis) from Peru, Andenes and Común, was extracted by expeller press. The extraction yield and the proximal composition of both varieties were assessed. The oil and the cake, as well as the defatted flour from the variety with the highest extraction yield, were characterised for physico-chemical properties, total polyphenol content and antioxidant capacity. The oil shelf-life at 25 °C was extrapolated by Rancimat test. Andenes presented an oil yield of 22.1% (vs. 18.4% of Común), CIELAB colour coordinates of L* = 36.5, a* = 2.2, b* = 20, refractive index and density at 25 ºC of 1.469 and 0.903 g/mL, acid number of 3.2 mg KOH/g, free fatty acids content of 1.6%, peroxide number of 2.7 meqO2/kg, p-anisidine number of 1.3, unsaponificable content of 58%, total antioxidant capacity 21.4 µmol TE/g and total polyphenol content of 7.0 mg AGE/100 g. The predominant fatty acid, tocopherol and phytosterol in the oil were oleic acid (56.2%), γ-tocopherol (555 mg/kg) and β-sitosterol (41900 mg/100 g), respectively. The oil shelf-life at 25 ºC was 2.7 years. The Lupinus mutabilis oil extracted by expeller presented an acceptable quality with a lower environmental negative impact than the oils obtained by solvent extraction.

Keywords: tarwi oil; fatty acids; bioactive compounds; phytosterols; polyphenols; tocopherols; antioxidant capacity; shelf-life

1. Introducción

En las zonas andinas del Perú, Ecuador y Bolivia, las poblaciones indígenas vienen utilizando el tarwi como alimento y sustento de sus generaciones desde épocas muy remotas, constituyendo de esta manera una de sus principales fuentes de alimento y de ingresos económicos (Zavaleta, 2018). Actualmente constituyen una excelente fuente potencial para la obtención de aislados proteicos y compuestos bioactivos para la industria de alimentos funcionales y nutracéuticos (Chirinos-Arias, Jiménez, & Vilca-Machaca, 2015;Jacobsen & Mujica, 2006). La importancia de estos compuestos bioactivos radica en ser componentes funcionales cuando se encuentran en vegetales, que son responsables de actividades beneficiosas muy variadas, en algunos casos son antioxidantes, en otros ayudan a bajar el colesterol o forman parte del complejo que conocemos como fibra.

El desarrollo de desamargado agrupa el contenido proteico, hallandose en algunos casos valores por encima del 50% m/m (Jacobsen & Mujica, 2006). Es por ello, de especial importancia la caracterización detallada de la composición de las diferentes especies y variedades de tarwi, así como la de los productos que se pueden obtener a partir de éstas.

La finalidad de esta investigación condujeron: i) determinar la composición proximal de granos de las variedades de tarwi (Lupinus mutabilis) “Común” (COM) y “Andenes” (AND) sin desamargar (SD) y desamargados (D), ii) estudiar la productividad de extracción de aceite por prensa expeller para ambas variedades, así como diferentes variables experimentales del proceso (diámetro de la boquilla de salida de la cámara de prensado, velocidad del tornillo sin fin y humedad del grano), y una vez determinada la variedad con mayor productividad de extracción, iii) caracterizar las propiedades fisicoquímicas, el contenido total de polifenoles, la capacidad antioxidante y la vida útil del aceite. Para complementar este último trabajo, también se analizaron algunos de estos parámetros en la torta y harina residuales obtenidas.

2. Materiales y métodos

Los granos de tarwi de las variedades COM y AND, se adquirieron en el mercado local de la ciudad de Carhuaz, en la parte sierra del Departamento de Ancash (Perú).

2.1 Extracción del aceite de grano de tarwi por prensa expeller

Los granos de tarwi de las dos variedades fueron previamente desamargados y descascarados de acuerdo a las siguientes etapas (Jacobsen & Mujica, 2006): selección del grano, hidratación, cocción por 60 minutos y lavado. Los granos desamargados, descascarados y húmedos se secaron hasta un porcentaje de humedad del 8% m/m. Una vez secos, triturados y tamizados hasta un tamaño de partícula inferior a 0,5 mm, se pasaron por una prensa de aceite o expeller CA-59G G3-CA5963 IBG Monforts Oekotec (Alemania) de tornillo simple (modelo KOMET SCREW OIL). La extracción del aceite se llevó a cabo en diferentes condiciones de acuerdo al diagrama de flujo de la Figura 1.

Para la extracción del aceite de las dos variedades, se consideraron como variables a evaluar: el diámetro de la boquilla de salida de la cámara de prensado (0,4 y 0,6), la velocidad de rotación del tornillo sin fin (15 rpm. y 30 rpm.) y, el tarwi se secó hasta el 8% (para su mejor conservación), y luego se humedecieron hasta un 11% y 13%, respectivamente para la extracción de su aceite. Respecto a esta última variable, es importante destacar que un aumento de la humedad del grano puede provocar un aumento de su plasticidad y actuar como lubricante en el barril, efectos que en su conjunto reducen la fricción, facilitan el flujo de semillas en la cámara de prensado, y favorecen el rendimiento (Martínez, Penci, Marin, Ribotta, & Maestri, 2013).

Figura 1 Diagrama de flujo de la extracción por prensa expeller de aceite de tarwi (Lupinus mutabilis), variedades “Andenes” (AND) y “Común” (COM). 

Empleando 100 g de materia prima, se trabajó a una temperatura de 70 ºC, realizando tres repeticiones para cada ensayo, y cada variedad. Posteriormente, se realizó una centrifugación a 4000 rpm. por 15 min para separar el aceite crudo. Asimismo, se tomaron muestras de las tortas residuales a las cuales se les determinó el contenido graso remanente realizando una extracción con solventes, como una medida de la eficiencia del proceso y el rendimiento de la extracción. Al aceite crudo y la torta de la variedad que proporciono el mejor rendimiento en aceite se le realizaron los análisis fisicoquímicos, de componentes bioactivos y el estudio de vida útil. La harina se preparó a partir de la torta desengrasada de esta misma variedad, triturando hasta 220 µm.

2.2 Caracterización del aceite de tarwi y los residuos del proceso

Se realizaron los análisis morfológicos a una muestra representativa de 61 granos de tarwi para cada variedad incluyendo, la longitud, el diámetro y el peso. Para las dos primeras medidas, se empleó un calibrador vernier digital Mitutoyo (Japón).

Se determinó el contenido de proteína (método de Kjeldahl, N x 5,7) y de grasa (gravimétricamente después de extracción Soxhlet con éter etílico) de los granos desamargados y sin desamargar de ambas variedades (A.O.A.C. 1995, método 950.48).

2.2.1 Determinación de compuestos polifenólicos

Para la determinación del contenido de compuestos polifenólicos totales se siguió el método de Folin-Ciocalteau (Singleton & Rossi, 1965). Se pesaron 0,5 g de aceite o harina desengrasada y se mezclaron con 10 mL de acetona al 70% v/v. El conjunto se dejó en reposo por 20 h a 4 °C, luego se centrifugó por 10 min a 4 000 rpm. y se procedió a recuperar el sobrenadante, el cual fue almacenado a -20 °C hasta el momento del análisis. Se mezclaron 250 (L del reactivo Folin-Ciocalteu 1 N (Singleton & Rossi, 1965) con 1250 (L de una solución de carbonato de sodio 0,5 M y 500 (L de la muestra (extracto). La mezcla se dejó reaccionar por 30 min en la oscuridad. También se preparó un blanco con agua destilada en lugar de muestra. La absorbancia se midió a 755 nm. El contenido de compuestos polifenólicos totales se estimó a partir de una curva de calibración externa con soluciones patrón de ácido gálico. Los resultados se expresaron como mg de ácido gálico equivalente (AGE)/100 g de grano.

2.2.2 Determinación de la capacidad antioxidante

La determinación de la capacidad antioxidante en el aceite y la harina desengrasada se realizó mediante los métodos: ácido 2,2-azinobis-(3-etilbenzotioazolín-6-sulfónico) (ABTS) y capacidad de reducción ferrica del plasma (FRAP).

2.2.2.1 Capacidad antioxidante ABTS hidrofílica y lipofílica

En primer lugar, se obtuvieron los extractos hidrofílicos y lipofílicos a partir de la harina desengrasada de los granos de tarwi, realizando extracciones sucesivas adaptando un método descrito en uno de nuestros trabajos previos para el aceite de lino enriquecido con licopene (Varas Condori et al., 2020). El extracto hidrofílico se preparó mezclando 1 g de granos de tarwi finamente molidos con 15 mL de metanol al 80% v/v, y se dejó en reposo por 20 horas, bajo oscuridad a 4 °C. Luego se centrifugó 4000 rpm por 10 min y el sobrenadante obtenido fue recolectado y almacenado en oscuridad a -20 °C hasta su posterior análisis. Para la obtención del extracto lipofílico, el pellet residual fue mezclado con 10 mL de diclorometano, la mezcla se agitó vigorosamente por 20 min a temperatura ambiente para luego ser filtrada. El líquido resultante fue almacenado en oscuridad a -20 °C hasta su posterior análisis. Se mezclaron 150 µL de muestra (extracto hidrofílico o lipofílico) con 2850 µl de la solución diluida de ABTS (Varas Condori et al., 2020). Los blancos se prepararon con 150 µL de etanol o diclorometano (según el tipo de capacidad antioxidante a medir). Las mezclas se agitaron y se dejaron reaccionar en el espectrofotómetro hasta que la medida de la absorbancia a 734 nm fue constante. La capacidad antioxidante ABTS hidrofílica y lipofílica se estimó a partir de una curva de calibración externa con soluciones patrón de Trolox. Los resultados se expresaron como µmol de Trolox equivalente (TE)/g de grano.

2.2.2.2 Capacidad antioxidante FRAP

Para la medida de la capacidad antioxidante FRAP se trabajó con el extracto hidrofílico, siguiendo un método descrito previamente por otros autores (Benzie & Strain, 1996). Se mezclaron 150 µL del extracto hidrofílico con 2850 mL del reactivo FRAP (Benzie & Strain, 1996). La mezcla se dejó reaccionar a temperatura ambiente por dos horas y media bajo agitación constante, para luego determinar su absorbancia a 593 nm. También se preparó un blanco reemplazando la muestra por metanol. La calibración y expresión de los resultados se realizó como en el método ABTS.

2.2.4 Análisis proximal y fisicoquímico (tocoferoles, fitoesteroles y ácidos grasos)

Al aceite crudo de tarwi extraído, se le realizaron los análisis de humedad, índice de acidez, índice de peróxido, índice de yodo, índice de refracción, densidad y material insaponificable por los métodos oficiales A.O.A.C. (1998): 926,12; 940,28; 965,33; 920,159; 921,08; 920,212; y 933,08 respectivamente. El color se midió usando un colorímetro Tristimulus, Chroma Meter CR-400 (Konica Minolta, Japón) con la placa reflectora blanca estándar y el iluminante C. El análisis condujo a la determinación de los valores de coordenadas L* (luminosidad), a* (rojo-verde) y b* (amarillo azul). Para evaluar el grado de hidrólisis lipídica, se determinaron los ácidos grasos libres en % m/m de ácido oleico (A.O.C.S., 1998, método Ca 5a-40). Como índices de oxidación primaria y secundaria, se evaluaron el índice de peróxido y el de p-anisidina, respectivamente (IUPAC, 1987, método 2.504). Los tocoferoles y los fitoesteroles se analizaron de acuerdo con métodos descritos previamente (Rodríguez et al., 2011; IUPAC, 1987, método 2.432; Da Costa, Ballus, Texeiro-Filho, & Texeira, 2010; Ducheteau et al., 2002). La composición de ácidos grasos (FA) se determinó como ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) por cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas, después de la transesterificación con KOH 2 M en metanol (IUPAC, 1987, método 2.302).

Tabla 1 Composición proximal (% m/m) de los granos de tarwi de las variedades Andenes (AND) y Común (COM) sin desmargar (SD) y desamargados (D) (materia seca, m.s.) 

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3). *Por diferencia. ELN = extracto libre de nitrógeno.

2.2.5 Vida útil

La determinación de estabilidad oxidativa (OSI) del aceite, también conocida como tiempo de inducción, se evaluó utilizando un equipo Rancimat (Metrohm, Modelo 743, Suiza) (A.O.C.S., 1998, método Cd 12b-92) a 100, 110, 120 y 140 °C y con un caudal de aire de 20 L/h. La vida útil del aceite a 25 °C se estimó por extrapolación.

2.3 Análisis estadísticos

Los resultados de los análisis se expresaron como la media ± desviación estándar, siendo todos los análisis realizados por triplicado. Para determinar el efecto de los factores en el proceso de extracción del aceite, se realizó un arreglo factorial completo “24” considerando dos niveles y como factores variedad de tarwi, humedad, diámetro de la boquilla y velocidad del tornillo. El arreglo factorial de analizó a través de un diseño completamente aleatorizado (DCA) trabajando con un nivel de significancia del 5% (α=0.05). Posteriormente, se realizó un análisis de varianza (ANOVA) de una vía para determinar diferencias significativas (p-value <0.05) entre los diferentes tratamientos evaluados, para lo cual se aplicó la prueba de comparación múltiple de Tukey. El software utilizado fue R (versión 3.6.2).

3. Resultados y discusión

3.1 Caracterización morfológica de los granos de tarwi de las variedades Andenes y Común sin desamargar

Respecto a las características morfológicas se observó, que el grano de tarwi variedad COM es ligeramente mayor en grosor 5,3±1,4 mm y ancho 7,6±1,0 mm, así como ligeramente menor en largo 9,1±1,0 y peso 24,0±0,0 g en comparación a la variedad AND, que presentó un grosor 4,71±1,4 mm, ancho 7,5±1,9 mm, largo 9,4±1,3mm y, peso de 28,3±0,0 g, respectivamente. Por los valores inferiores de las desviaciones estándar de prácticamente todas las dimensiones, se puede deducir que el grano COM tenía una morfología más homogénea. El promedio de los valores de longitud obtenidos para ambas variedades es del orden del valor promedio indicado con anterioridad para Lupinus mutabilis por otros autores (Cayza-Ayala, 2011).

3.2 Composición de los granos de tarwi de la variedad Andenes y Común

La composición proximal de los granos de tarwi variedades AND y COM desamargados (D) y sin desamargar (SD) se muestra en la Tabla 1. El porcentaje de grasa en el grano de tarwi variedad AND-D es mayor (29,2% m/m) que en el grano de la variedad COM (25,5% m/m); mientras que la proteína en la variedad COM-D es superior a la variedad AND-D (60,8 vs 54,2% m/m). Tales valores son similares a los contenidos reportados por Córdova-Ramos, Glorio-Paulet, Hidalgo, & Camarena (2020a) en los granos desamargados de las variedades Andenes, Altagracia y Yunguyo y en el intervalo de valores encontrados por Briceño Berru et al. (2021) en granos amargos de 33 genotipos de lupinos Andinos. Otros autores, sin embargo, reportaron valores ligeramente inferiores de grasa (20,4% m/m) y proteína (51,1% m/m) en Lupinus mutabilis (Mujica, Jacobsen, & Izquierdo, 2002; Villacrés, Caicedo, & Peralta, 1998; Gross et al., 1988; Zavaleta, 2018). Por otro lado, Czubinski, Grygier & Siger (2021), mencionan que los principales nutrientes presentes en las semillas de L. mutabilis cultivadas en Europa fueron proteínas y grasas con contenidos de 44,7% y 15,4%, respectivamente. En cualquier caso, se observa que en el proceso de desamargado se concentran mayor grasa y proteína, y las diferencias respecto a otros autores podrían deberse a la variedad estudiada, la estacionalidad en la cosecha, así como a las condiciones en que esta crece. Carvajal-Larenas et al. (2016) mencionan que entre variedades de Lupinus mutabilis, el contenido de grasa en grano crudo puede variar entre 13,0 - 24,6% m/m y, en grano desamargado entre 8,9 - 20,4% m/m, mientras que en proteína puede variar entre 32,0 - 52,6% m/m para el grano crudo y entre 51,1 - 72,0% m/m para el grano desamargado. A su vez otros autores (Trugo, Von Baer, & Von Baer, 2016) indican que los granos de Lupinus mutabilis muestran atributos nutritivos similares a los de la soya, que es otra leguminosa, particularmente con respecto al contenido elevado de proteínas y grasas. Algunas especies de soya pueden tener contenidos de proteína y grasa en los granos de hasta 50% y 22% m/m, respectivamente. Al contener mayor concentración de grasa, los granos de tarwi desamargados fueron empleados para la extracción por prensa expeller.

3.3 Extracción del aceite crudo de granos de tarwi

El efecto de diferentes factores del proceso de prensado en el rendimiento de extracción de aceite a partir de los granos desamargados de las variedades COM y AND se investigó de acuerdo a un arreglo factorial completo y en la Tabla 2 se muestra un resumen del análisis de varianza realizado. Se puede concluir que los factores variedad del tarwi y porcentaje de humedad fueron muy significativos (p value < 0,001), mientras que los factores diámetro de la boquilla de salida de la cámara de prensado y velocidad del tornillo sin fin no fueron nada significativos (p value > 0,05).

También es importante mencionar que algunas interac ciones entre los diferentes factores resultaron también significativas hasta cierto punto (p-value < 0,05): variedad: diámetro; humedad: diámetro; humedad: velocidad; diámetro: velocidad; variedad:humedad: diámetro; variedad:diametro: velocidad; y la interacción variedad: humedad:diámetro:velocidad.

Tabla 2 Análisis de varianza para determinar el efecto de los factores del proceso de prensado sobre el rendimiento de extracción de aceite 

Fuente de Variabilidad Significancia
Variedad de tarwi (Variedad) ***
Porcentaje de humedad (Humedad) ***
Diámetro de la boquilla de salida de la cámara de prensado (Diámetro) n.s.
Velocidad de tornillo sin fin (Velocidad) n.s.
Variedad:Humedad n.s.
Variedad:Diámetro **
Humedad:Diámetro **
Variedad:velocidad n.s.
Humedad:velocidad ***
Diámetro:velocidad ***
Variedad:Humedad:Diámetro *
Variedad:Humedad:velocidad n.s.
Variedad:Diámetro:velocidad **
Humedad:Diámetro:velocidad n.s.
Variedad:Humedad:Diámetro:velocidad *
Residuales n.s.

Significancia: p value < 0,001: “***”; p value < 0,01: “**”; p value < 0,05: “*”. No significativo (p value > 0,05): “n.s.”

La Tabla 3 muestra los rendimientos de extracción de aceite para ambas variedades en las diferentes condiciones de prensado. De la Tabla 3, se puede concluir que para la variedad AND, el mayor rendimiento se obtuvo con un porcentaje de humedad del grano del 11%, un diámetro de la boquilla de salida de 0,6 cm y una velocidad de tornillo sin fin de 15 rpm (22,06%, tratamiento A5). Sin embargo, es importante mencionar que el tratamiento A5 conducía a un rendimiento estadísticamente similar a los tratamientos A2, A3, A6 y A7. Adicionalmente, el tratamiento donde se obtuvo un menor rendimiento fue el A1 (14,64%), cuya única diferencia respecto al A5 era que el diámetro de la boquilla de salida era de 0,4 cm en vez de 0,6 cm. Esto nos permitiría concluir que el diámetro de la boquilla de salida es un factor muy importante a tener en cuenta con la variedad AND, dado que al trabajar en su nivel máximo de 0,6 cm el rendimiento fue de hasta un 30% mayor que con 0,4 cm.

De la Tabla 3 se puede concluir que para la variedad COM, el mayor rendimiento se obtuvo con un porcentaje de humedad del grano de 11%, un diámetro de la boquilla de salida de 0,4 cm y una velocidad de tornillo sin fin de 30 rpm (18,64%, tratamiento C2). Sin embargo, es importante mencionar que no existían diferencias significativas con los rendimientos de los tratamientos C1, C3, C4, C5, C6 y C7. Así, por ejemplo, el rendimiento con el tratamiento C5 (18,15%), donde las condiciones de prensado coincidían con las del tratamiento A5 optimizado para la variedad AND fue muy similar al del tratamiento C2. En cuanto al menor rendimiento, en este caso se obtuvo con el tratamiento C8 (15,21%) donde los factores se estudiaban a los niveles más elevados: porcentaje de humedad, diámetro de boquilla de salida y velocidad de tornillo de 13%, 0,6 cm y 30 rpm, respectivamente. Sin embargo, las diferencias de rendimiento comparando los tratamientos C2 y C8 no son tan importantes como en el caso de la variedad AND.

Al comparar los rendimientos de extracción de aceite en las condiciones optimizadas para cada una de las variedades (tratamiento A5 y C2 para AND y COM, respectivamente, ver Tabla 3), se puede concluir que la variedad AND presentó el mayor rendimiento (22,06% vs 18,64%). Este valor de rendimiento en la variedad AND, representa una eficiencia en el aceite extraído con respecto al total de grasa en el grano de 80,10%. Los rendimientos obtenidos son similares a los reportados por otros autores para la obtención de aceite de tarwi por extracción con solventes a partir de granos desamargados (21,3%, Vivanco-Cuaresma, 2018; 21,4%, Arias & Guamán, 2016) y ligeramente inferior al 25,6% de Villacrés et al. (2010), que empleó hexano como solvente para la extracción. Con estos rendimientos el grano tarwi de la variedad AND puede considerarse un material con potencial para la producción de aceite por prensa expeller, sin requrir el uso de grandes volúmenes de solventes orgánicos.

Tabla 3 Rendimiento (% m/m) de extracción de aceite de grano de tarwi desamargado 

Variedad Humedad (%) Diametro (cm) Velocidad (rpm.) Rendimiento (g)
Andenes
A1 11 0,4 15 14,64 ± 1,01d
A2 11 0,4 30 21,79 ± 0,91a
A3 13 0,4 15 18,47 ± 0,58abc
A4 13 0,4 30 17,85 ± 2,83bcd
A5 11 0,6 15 22,06 ± 0,26a
A6 11 0,6 30 20,99 ± 0,96ab
A7 13 0,6 15 19,78 ± 1,73abc
A8 13 0,6 30 16,80 ± 0,04cd
Común
C1 11 0,4 15 17,17 ± 1,24ab
C2 11 0,4 30 18,64 ± 0,16a
C3 13 0,4 15 17,18 ± 0,41ab
C4 13 0,4 30 17,23 ± 0,92ab
C5 11 0,6 15 18,15 ± 0,09ab
C6 11 0,6 30 18,35 ± 0,29ab
C7 13 0,6 15 16,80 ± 0,52ab
C8 13 0,6 30 15,21 ± 2,68b

Letras diferentes al interno de la variedad indican diferencia significativa entre tratamientos (p value > 0.05).

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3).

3.3. Caracterización fisicoquímica del aceite de tarwi de la variedad Andenes

Los resultados de los análisis fisicoquímicos del aceite de tarwi de la variedad AND, se observan en la Tabla 4.

Tabla 4 Caracterización fisicoquímica del aceite de tarwi variedad Andenes (AND) 

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3).

El índice de acidez, que es indicativo de la calidad de un aceite o grasa, puede relacionarse tanto con las características de la materia prima utilizada como con el procesamiento. El índice de acidez del aceite obtenido presentó un valor de 3,2 mg KOH/g. Este valor es ligeramente inferior al límite máximo indicado en la norma para “grasas y aceites comestibles no regulados por normas individuales” (4,0 mg KOH/g, Codex Alimentario, 1999). El valor de ácidos grasos libres expresado en ácido oleico, fue de 1,5%, valor ligeramente menor al 1,9% reportado por otros autores para aceites de tarwi, variedad Andino 450 (Villacrés et al., 2010; Navarrete, 2010).

El aceite obtenido presentó un valor de índice de peróxido de 2,7 meq O2/kg. Este valor es muy inferior al límite máximo establecido por la norma indicada anteriormente (15 meq O2/kg, Codex Alimentario, 1999). Así como también a otros valores reportados para aceite de tarwi en la bibliografía (5,1 meq O2/kg, Quispe-Condori, 2012).

El valor de densidad a 25 ºC (0,903 g/mL) fue similar a otros valores encontrados en la bibliografía, teniendo en cuenta que se determinaron a 20 ºC (0,916 g/mL; Navarrete, 2010 y 0,919 g/mL, Quispe-Condori (2012). Arias & Guamán (2016) indican que es muy importante que los aceites comestibles presenten una densidad menor a uno.

El valor de índice de refracción a 25 ºC (1,469), indica que no hay una gran cantidad de ácidos grasos libres en el aceite obtenido, y es similar al 1,470 indicado por otros autores (Arias & Guamán, 2016; Vivanco-Cuaresma, 2018).

El valor del índice de anisidina fue relativamente bajo (1,25), indicando que el aceite obtenido no presentaba productos secundarios de la oxidación. El valor de índice de anisidina en un aceite puede cambiar con la oxidación debido al aire o la luz, o al estado y procedencia del grano.

El índice de yodo en el aceite crudo de tarwi desamargado fue de 68 ± 2 mg de I2/g. Este valor es inferior al encontrado por Quispe-Condori (2012) que indica 78 mg I2/g. Este índice indica el grado de insaturación de los ácidos grasos presentes en un aceite, lo que depende de su naturaleza y composición (Bailey, 1984).

Se determinó un contenido de material insaponificable de 0,3% m/m. Este valor obtenido es relativamente mayor comparado con el valor ( 15 (g/kg) mencionado en el Codex, que se señala para otros aceites comerciales, como el de soya, girasol y coco (Codex Alimentario, 1999). Otros autores han reportado valores de 0,2% m/m y 2% m/m (Quispe-Condori, 2012; Villacrés et al., 2010).

La medición del color indicó que el aceite tenía una luminosidad baja con tendencia al color claro (L*: 36,5), que se desplaza hacia los tonos rojos (a*: 2,2) y ubica en la zona de amarillos claros (b*: 19,6).

3.4 Composición de la torta y la harina de tarwi de la variedad Andenes

Los resultados del análisis químico proximal de la torta y la harina desengrasada obtenidas al preparar el aceite de tarwi de la variedad AND se presentan en la Tabla 5. En ambos casos resalta el alto contenido de proteínas (61,4% y 65,2 % para la torta y la harina, respectivamente), algo que ya se esperaba de acuerdo a la composición proximal obtenida para el grano (Tabla 1), donde destacaban los contenidos de proteínas y grasa. El pequeño contenido de grasas en la torta y la harina comparado con el grano indicaría la gran eficiencia del proceso de extracción del aceite, así como del desengrasado adicional de la harina.

Tabla 5 Composición proximal (% m/m m.s.) de la torta y harina desen-grasada de tarwi variedad Andenes (AND) (materia seca, m.s.) 

Componentes (% m/m) Torta Harina desgrasada
Grasa 6,82 ± 0,02 1,34 ± 0,01
Proteína (factor: 5,7) 61,4 ± 0,0 65,3 ± 0,0
Cenizas 3,4 ± 0,0 3,41 ± 0,0
Carbohidratos* (ELN)* 28,4 ± 0,0 30,0 ± 0,1
Fibra cruda total 5,45 ± 0,0 2,79 ± 0,1

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3). *Por diferencia. ELN = extracto libre de nitrógeno.

3.5 Compuestos bioactivos en el aceite, la torta y la harina de tarwi de la variedad Andenes

Entre los compuestos bioactivos se analizaron en el aceite de tarwi de la variedad AND los tocoferoles, los fitoeste roles y los ácidos grasos esenciales. A su vez, también se evaluó la capacidad antioxidante y el contenido total de polifenoles en el aceite, la torta y la harina desengrasada.

La Tabla 6 muestra el contenido de tocoferoles en el aceite obtenido. Análogamente a lo reportado en granos de 33 genotipos de tarwi por Briceño Berru et al. (2021), los 4 homólogos fueron detectados; el tocoferol más abundante fue el γ-tocoferol (555 mg/kg), que destaca por sus propiedades antioxidantes. La presencia de im portantes concentraciones de γ-tocoferol en el aceite de tarwi ya se había reportado en estudios anteriores (1172,8 mg/kg, Navarrete, 2010). Navarrete (2010) también indica que el segundo tocoferol representativo fue el δ-tocoferol (18,2 mg/kg), mientras que, en la presente investigación, fue el β-tocoferol (8,3 mg/kg); siendo la concentración del δ-tocoferol ligeramente inferior (6,0 mg/kg). La concentración total de tocoferoles detectados (570 mg/kg) sería suficiente para la estabilidad de los ácidos grasos insaturados presentes (Dabrowska & Moya, 2009).

Tabla 6 Contenido de tocoferoles (T) (mg/kg) en el aceite de tarwi de la variedad Andenes 

Muestra αT (t γT (T Total, T
Andenes 1,19 ± 0,07 8,3 ± 0,3 555 ± 12 6,0 ± 0,5 570 ± 0,3

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3)

El rol más importante de los fitoesteroles en las plantas es su influencia en la permeabilidad y el intercambio de fluidos en la célula (Piironen et al., 2000; De Jong, Plat, & Mensink, 2003; Ellegård, Andersson, Normén, & Andersson, 2007). Los mamíferos no pueden sintetizar fitoresteroles y, por lo tanto, su presencia en el organismo humano tiene su origen exclusivamente en el aporte de la dieta (De Jong et al., 2003).

La Tabla 7 muestra el contenido de fitoesteroles en el aceite obtenido. El aceite contenía una cantidad total de fitoesteroles de 99930 mg/kg, siendo los fitoesteroles más abundantes el β-sitosterol (41900 mg/100 g o 41,9% m/m), el campesterol (31000 mg/100 g o 31,0% m/m) y el avenasterol (11260 mg/100 g o ~11,3%). Estos valores son superiores a los reportados por Villacrés & Quelal (2013) que mencionan para el tarwi Andino 450 valores de 24,62% m/m de β-sitosterol, 22,7% m/m de campesterol, 15% m/m de colestano y 23,33% de estigmasterol. En cambio, el tarwi Criollo presenta 24,33% de β-Sitosterol, 22,67% de campesterol, 15,01% de colestano y 23,48% de estigmasterol. Kalogeropoulos et al. (2010) reportaron en tarwi blanco el contenido de fitoesteroles donde resalta el campesterol y el D5-avenasterol, con valores de 11,9 y 5,89%, respectivamente. Es importante indicar que lo expresado referente a contenido de fitostereroles por diferentes autores, se refiere a granos crudos desamargados de tarwi, y no al aceite obtenido a partir de éstos, que son los resultados que se reportan en la presente investigación.

Tabla 7 Contenido de Fitoesteroles en el aceite de tarwi de la variedad Andenes 

Fitoesteroles mg/100 g
Colestano 100 ± 1
Campesterol 31000 ± 120
Estigmasterol 13460 ± 30
Cleresterol 590 ± 20
β-Sitosterol 41900 ± 200
Sitostanol 530 ± 40
Δ5-Avenasterol 11260 ± 10
Δ5,24-Estigmastedienol 770 ± 70
Δ7-Estigmasterol 190 ± 20
Δ7-Avenasterol 230 ± 60
Total, Esteroles (mg/100 g) 99930

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar, n = 3).

Ácidos grasos

Los ácidos grasos insaturados se consideran ácidos grasos esenciales, porque el organismo los requiere para su normal funcionamiento. No se pueden sintetizar endógenamente y sólo se pueden adquirir a través de la alimentación. En la Tabla 8 se observa que el aceite de tarwi obtenido presentó un alto porcentaje de ácidos grasos monoinsaturados (AGMI) y polinsaturados (AGPI), predominando el ácido oleico (C18:1, n-9) 56,2% y el ácido linoleico (C18:2, n-6) 23,5%, respectivamente. Este contenido de ácido oleico; es superior al reportado por otros autores (41,2%, Carvajal-Larenas, Linnemann, Nout, Koziol, & Boekel, 2016; 42%, Gross et al., 1988; 45,5%, Salvatierra-Pajuelo, Azorza-Richarte, & Paucar-Menacho, 2019; 48% Villacrés, 2013).

Tabla 8 Contenido de ácidos grasos en aceite de tarwi de la variedad Andenes 

Se indica el valor promedio ± la desviación estándar (n = 3).

Capacidad antioxidante

La harina de tarwi desengrasada presento una mayor capacidad antioxidante (ABTS) lipofílica (11,81 ± 0,09 µmol TE/g) que hidrofílica de (9,60 ± 0,06 µmol TE/g), y una capacidad antioxidante total de 21,41 ± 0,2 µmol TE/g y 3,89 ± 0,2 µmol TE/g por los métodos ABTS y FRAP, respectivamente. La capacidad antioxidante total encontrada por el método FRAP fue ligeramente superior a la reportada por Peñarrieta, Alvarado, Ǻkesson, & Bergenståhl (2005) (2,4 μmol TE/g).

Compuestos polifenólicos

Los compuestos polifenólicos se analizaron en la torta y el aceite, obteniendo valores superiores en la torta comparados con los del aceite, dada su naturaleza hidrofílica (128,47 ± 0,05 mg AGE/100 g vs 7,04 ± 0,05 mg AGE/100 g). El contenido de la torta fue ligeramente superior al nivel reportado por Córdova-Ramos, Glorio-Paulet, Hidalgo, & Camarena (2020b) en la harina desengrasada del tarwi de la variedad AND (118 mg AGE/100 g). Pablo-Pérez, Lagunes-Espinoza, López-Upton, Aranda-Ibáñez, & Ramos-Juárez (2015) mencionan para especies silvestres del género Lupinus que la mayor concentración de polifenoles totales se encuentra en hoja y tallo (556 a 813 mg AGE/100 g), seguida de la del pericarpio (362 a 590 mg AGE/100 g) y grano (221 a 554 mg AGE/100 g. Dado el amplio intervalo de valores que se indican en el grano, es de esperar una variabilidad similar en la torta resultante del prensado para la obtención de aceite.

Figura 2 Determinación del tiempo de vida útil a 25 ºC del aceite de tarwi de la variedad Andenes (AND) por el método Rancimat. 

3.6. Estabilidad oxidativa, tiempo de inducción y vida útil del aceite de tarwi de la variedad Andenes

Para el estudio de estabilidad oxidativa (OSI) del aceite de tarwi de la variedad Andenes se aplicó el método Rancimat. Para las temperaturas de 100, 110, 120 y 140 ºC se obtuvieron los tiempos de inducción (TI) de 61 ± 2, 29 ± 2, 13,9 ± 0,5 y 2,6 ± 0,1 h, respectivamente. Como puede observarse, los TI disminuyen al aumentar a temperatura debido a la aceleración de la oxidación del aceite. En la Figura 2, se muestra una representación de los TI a las diferentes T, y la recta de regresión lineal resultante del ajuste por mínimo cuadrados (coeficiente de determinación, R2 > 0,99) necesaria para estimar por extrapolación la vida útil a 25 ºC, que fue de 2,7 años (23972 horas). Esta estabilidad supera a la vida útil estimada a la misma temperatura para otros aceites como el de girasol (1,7 años), sésamo (0,5 años), y uva (0,2 años) (Navas-Hernández, 2010). La elevada estabilidad en las condiciones del Rancimat puede estar relacionada principalmente con el elevado contenido de ácido oleico.

Es importante mencionar que, para continuar y realizar futuros trabajos en la línea de la presente investigación, se podría también analizar el contenido de carotenoides, determinar los tipos de proteínas y analizar los diferentes oligosacáridos que se encuentran en las tortas agotadas de aceite, así como separar y caracterizar los compuestos fenólicos determinados u otros compuestos bioactivos por cromatografía de líquidos de alta resolución acoplada a la espectrometría de masas (HPLC-MS).

4. Conclusiones

Se demostró que el prensado expeller es un método muy eficiente y conveniente desde el punto de vista ecológico para obtener aceite de tarwi de calidad aceptable. Empleando granos desamargados de las variedades AND y COM se obtuvieron rendimientos por prensa expeler en las condiciones optimizadas sólo ligeramente inferiores a por extracción Soxhlet. La variedad AND proporcionó mejor rendimiento en aceite que la variedad COM (22,1 vs 18,4%). El aceite obtenido destacó por su contenido en ácido oleico (56,2% m/m), γ-tocoferol (555 mg/kg) y β-sitosterol (41900 mg/100 g), así como por su vida útil (2,7 años). Respecto a los residuos del proceso de prensado, la torta y la harina desengrasada que se preparó a partir de ésta, presentaban un elevado contenido en proteína, así como capacidades antioxidantes y concentraciones de compuestos polifenólicos relevantes. Esto podría ser de gran importancia en el futuro, a la hora de revalorizar los subproductos del proceso de obtención de aceite propuesto.

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Recibido: 18 de Noviembre de 2020; Aprobado: 30 de Abril de 2021

* Corresponding author: gpascual@lamolina.edu.pe (G. Pascual-Chagman).

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