Spanish (pdf)
Article in xml format
Article references
Automatic translation
Send this article by e-mail
Cited by SciELO 
Similars in
SciELO 
uBio 
Permalink
INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas desafíos como la seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental se han ganado el estatus de prioridades en todo el mundo (Gulisano, Alves, Martins, & Trindade, 2019), frente a lo expuesto, el reto en la actualidad se enfoca en la búsqueda de fuentes alimentarias que permitan encarar la creciente demanda de alimentos, para una población que viene creciendo exponencialmente y se espera que alcance los 9,6 mil millones para el 2050 (Bessada, Barreira, & Oliveira, 2019).
Por otro lado, los cambios en las tendencias de los consumidores llevan a una transición de dietas con altos niveles de proteína animal a dietas basadas en proteínas vegetales (Jones, 2016), mostrando a las legumbres como una buena alternativa, debido a su composición de proteínas y otros nutrientes, además de su capacidad de fijar nitrógeno (Hoang, Tóth, & Stacey, 2020). Debido a estas características son vistas como responsables de la próxima generación de plantas, mantenimiento del germoplasma, diversidad y alta capacidad de producción (Sharififar, Nazari, & Asghari, 2015).
Dentro de la diversidad de especies originarias del Perú, existen algunas de importancia económica mundial y otras de importancia regional, como las semillas de pajuro que en el futuro podrían contribuir a la sostenibilidad alimentaria. Estas semillas se encuentran poco difundidas en zonas urbanas o como productos industrializados, por lo que es común encontrarlo formando cercas vivas o destinados a la alimentación animal (Villafuerte, Pérez, Mahfoud, Valero, & Pérez, 2019), características por las cuales se las clasifica como un cultivo subutilizado con popularidad en el pasado, sin embargo, hoy en día es apreciado casi exclusivamente por los productores y consumidores en el ámbito local (Leal, Alves, & Hanazaki, 2018).
Dentro de las diferentes alternativas tecnológicas para la transformación de alimentos, la extrusión es un proceso versátil, que comprende operaciones como mezclado, cizallamiento y cocción del material alimenticio en corto tiempo (Dalbhagat, Kumar, & Mishra, 2019). Muchas características del producto extruido dependen de las variables de extrusión, siendo la humedad del alimento y la temperatura de extrusión, factores significativos (Honců et al., 2016). El proceso de extrusión produce cambios químicos, como la desnaturalización de proteínas, gelatinización del almidón, reducción de la oxidación de lípidos, solubilidad de la fibra dietética y disminución de factores antinutricionales (Huang, Ma, Tsai, & Chang, 2019). Estas reacciones complejas, no sólo brindan a los alimentos extruidos su textura y sensación única en la boca, sino también producen cambios significativos en las propiedades funcionales (expansión, absorción y solubilidad en agua) (Zhang, Liu, Ying, Sanguansria, & Augustina, 2017) y nutricionales (digestibilidad de proteínas y almidones) (Koksel & Masatcioglu, 2018). Características que las hacen favorables para el desarrollo de nuevos productos alimenticios listos para el consumo como pastas, cereales para el desayuno, alimentos para bebés y snacks (Grasso, 2020).
La mayoría de las investigaciones proporcionan información preliminar sobre la composición química de las semillas de pajuro, sin embargo, la literatura carece de información sobre las propiedades funcionales de la semilla entera y las condiciones de procesamiento específicas sobre las características físicas de los extruidos de pajuro. El conocimiento de estas características permitirá considerar al pajuro como una alternativa en el desarrollo de nuevos productos. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue determinar las características físico-químicas de las semillas de pajuro y las propiedades funcionales de las semillas extruidas a diferentes condiciones de extrusión.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia prima
Se emplearon semillas maduras de pajuro, obtenidas del distrito de Jesús (latitud 7°14′S, longitud 78°23′O, 2564 m.s.n.m.) de la provincia de Cajamarca, departamento de Cajamarca, Perú (Figura 1).
Acondicionamiento de las semillas y proceso de extrusión
El acondicionamiento de las semillas y el proceso de extrusión se describen en la Figura 2. Las semillas fueron seleccionadas en base al color característico de las semillas maduras, separando las que presentaron un color verde y signos de inicio o deterioro avanzado, posteriormente las semillas fueron lavadas y desinfectadas con una solución de hipoclorito de sodio a 100 ppm de cloro libre residual por 5 minutos. Las semillas fueron peladas y secadas a 50 °C por 24 horas, hasta una humedad de 12%. Seguidamente, las semillas fueron molidas en un molino de martillos (Fagro Min SRL. Modelo 1X5, motor Siemens de 6,6 HP) y tamizadas hasta obtener partículas entre 600 y 2360 μm. Las muestras tamizadas fueron almacenadas en bolsas de polietileno.
El proceso de extrusión se llevó a cabo utilizando un extrusor monotornillo (motor Inmetro de 1,5 HP, tornillo de 30 cm longitud y diámetro de boquilla de 0,5 cm). Las temperaturas de extrusión fueron 110 °C, 120 °C y 130 °C, establecidas en base a Singh, Gamlath, & Wakeling (2007) y Nyombaire, Siddiq, & Dolan (2011). Las humedades de las muestras de 13% y 18% fueron establecidas en base a Seth, Badwaik, & Ganapathy (2015), obteniéndose los tratamientos experimentales T1 (110 °C - 13% H), T2 (110 °C - 18% H), T3 (120 °C - 13% H), T4 (120 °C - 18% H), T5 (130 °C - 13% H) y T6 (130 °C - 18% H).
Métodos de análisis
Análisis físico-químicos de las semillas enteras
La humedad, ceniza, proteína cruda (% N x 6,25), grasa, fibra cruda y carbohidratos se determinaron de acuerdo a lo establecido por AOAC (2005); el contenido energético fue calculado usando los factores de conversión de Atwater, según lo indicado por Hussein et al. (2018).
El color se determinó con un colorímetro (Chromater-KONICA MINOLTA®) sobre la capa externa de la semilla, en la escala CIELAB (L*a*b*) siguiendo el procedimiento de Stojceska, Ainsworth, Plunkett, & Ibanoglu (2009).
Las dimensiones de largo, ancho y espesor, se midieron empleando un cáliper (Mutitoyo, Japón), según lo establecido por el International Plant Genetic Resources Institute (2001).
El peso (g) de 100 semillas (12-14% de humedad) escogidas aleatoriamente se determinó en una balanza digital (OHAUS), de acuerdo a IPGRI (2001). Para la determinación del porcentaje de cáscara y cotiledón, se separaron ambas partes y fueron pesadas según lo indicado por IPGRI (2001).
La actividad de agua fue determinada empleando un higrómetro (AQUA LAB 3TE) tal como lo señalan Nevara, Yea, Karim, Muhammad, & Ghazali (2018).
Para la determinación de la capacidad de hidratación (CHid) y el índice de hidratación (IHid) se pesaron 100 g de semillas y fueron transferidas a un beacker con 100 mL de agua destilada y para la capacidad de hinchamiento (CHin) e índice de hinchamiento (IHin), se pesaron 100 g de semillas y fueron transferidas a un beacker que contenía 400 mL de agua destilada, ambos beackers fueron cubiertos con papel aluminio y se dejaron en reposo durante 24 horas a temperatura ambiente. Transcurrido este tiempo se procedió a medir el volumen del agua residual y se calcularon con las siguientes fórmulas (Adebowale, Adeyemi, & Oshodi, 2005).
Determinación de las propiedades funcionales de los extruidos
Índice de expansión (IE)
Se midió el diámetro de los extruidos y de la boquilla del extrusor, y el IE se determinó mediante la fórmula recomendada por Meng, Threinen, Hansen, & Driedger (2010).
Índice de absorción de agua (IAA)
Se pesaron 2,5 g de harina y se adicionaron 30 mL de agua destilada a 30 °C, la solución se agitó por 30 min en un agitador vórtex y se centrifugó a 3000 rpm por 15 min, el sobrenadante se pasó a un vaso registrándose el peso del precipitado, y el IAA se determinó mediante la fórmula recomendada por Stojceska et al. (2009).
Del peso de la muestra se descontó el peso de solubles del sobrenadante.
Índice de solubilidad en agua (ISA)
Se pesaron 2,5 g de harina y se agregaron 30 mL de agua destilada a 30 °C, la solución fue agitada por 30 min con un agitador vórtex y se centrifugó a 3000 rpm por 15 min. El sobrenadante se pasó a un crisol y se llevó a una estufa a 90 °C, posteriormente, se determinó el peso de los sólidos solubles, y el ISA se determinó mediante la fórmula recomendada por Stojceska et al. (2009).
Análisis estadístico
Los resultados de las características físico-químicas de las semillas de pajuro se expresaron en términos de medias y desviaciones estándar. Para evaluar el efecto de las temperaturas (110, 120 y 130 °C) y las humedades (13 y 18%) sobre las propiedades funcionales (IE, IAA e ISA) de las semillas extruidas, se utilizó un Diseño Completamente al Azar con arreglo factorial 3x2 y para la comparación de medias se utilizó la Prueba de Tukey (p˂0,05) utilizando Minitab 19 Statistical software.
RESULTADOS
Características físico-químicas de las semillas enteras
Las características físico-químicas de las semillas enteras de pajuro se presentan en la Tabla 1. Respecto al color, las semillas presentaron valores de L* correspondientes a variedades oscuras, y los valores de a* y b* indican la presencia de tonos marrones y guindas, característicos en semillas maduras. Los resultados de largo, ancho y espesor muestran que las semillas corresponden a los tamaños mediano y grande, valores contrastados con el peso de 100 semillas, siendo los cotiledones la parte más representativa. El valor de actividad de agua se encuentra dentro del rango establecido para las legumbres y la humedad de 66%, representa el mayor componente de las semillas en estado fresco. Respecto a la capacidad de hidratación, índice de hidratación, capacidad de hinchamiento e índice de hinchamiento, las semillas presentaron valores superiores a otras legumbres.
Tabla 1 Características físico-químicas de las semillas enteras de pajuro
| Mediciones | Valores1 |
|---|---|
| Humedad de semillas frescas (%) | 66 ± 0,42 |
| Composición proximal (100% base seca) | |
| Proteína cruda (% N x 6,25) | 21,10 ± 0,13 |
| Grasa | 0,54 ± 0,03 |
| Fibra cruda | 2,86 ± 0,03 |
| Ceniza | 4,91 ± 0,22 |
| Carbohidratos | 70,59 ± 0,11 |
| Materia orgánica (%) | 95,09 ± 0,21 |
| Valor energético (kcal) | 371,62 ± 1,02 |
| Color de la testa L* a* b* | 27,26 ± 1,02 8,60 ± 1,37 4,81 ± 1,26 |
| Dimensiones (cm) Largo Ancho Espesor | 4,35 ± 1,54 2,58 ± 1,42 1,99 ± 1,28 |
| Peso de 100 semillas secas (g) | 478,96 ± 2,89 |
| Cáscara (% respecto a la semilla entera) | 10,8 ± 0,54 |
| Cotiledones (% respecto a la semilla entera) | 89,2 ± 0,27 |
| Actividad de agua | 0,983 ± 0,04 |
| Capacidad de hidratación (g/semilla) | 7,28 ± 0,23 |
| Índice de hidratación | 0,53 ± 0,06 |
| Capacidad de hinchamiento (mL/semilla) | 5,56 ± 0,85 |
| Índice de hinchamiento | 0,2 ± 0,10 |
1 Expresados como el promedio ± DS
Propiedades funcionales de los extruidos
El IE fue significativamente diferente en las tres temperaturas de extrusión (p˂0,05), resultando mayor a 130 °C y menor a 110 °C (Tabla 2, Figura 3), a medida que se incrementa la temperatura de extrusión, se pudo observar diferencias superiores al 50% entre ellas. Así mismo, se observaron diferencias significativas (p˂0,05) por efecto de la humedad. El efecto de la interacción temperatura y humedad mostró diferencias significativas (p˂0,05), resultando mayor a 130 °C y 13%. El IAA resultó significativamente diferente (p˂0,05) para las tres temperaturas, siendo mayor a 130 °C y menor a 110 °C. El IAA aumentó conforme se incrementó la temperatura, en 40% a 120 °C respecto a 110 °C y en 19% a 130 °C respecto a 120 °C. Por otro lado, el efecto de la interacción temperatura y humedad resultó significativamente diferente (p˂0,05) siendo mayor a 130 °C y 13%. El ISA es significativamente diferente (p˂0,05) para las tres temperaturas de extrusión, siendo mayor a 130 °C y menor a 110 °C. El ISA aumenta conforme se incrementa la temperatura de extrusión, observándose un incremento de 83% a 120 °C respecto a 110 °C y un incremento de 33% a 130 °C respecto a 120 °C.
Tabla 2 Efecto de la temperatura y humedad sobre las propiedades funcionales de las semillas extruidas
| Factores en estudio | Propiedades funcionales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Tratamiento | Temperatura | Humedad | IE (cm) | IAA (%) | ISA (%) |
| T1 T2 | 110 °C | 13% 18% | 1,02 ± 0,03a 0,98 ± 0,01a | 4,44 ± 0,08a 4,29 ± 0,05b | 17,77 ± 0,82a 15,07 ± 0,36b |
| T3 T4 | 120 °C | 13% 18% | 1,92 ± 0,04b 1,93 ± 0,03b | 6,03 ± 0,05c 6,40 ± 0,04d | 28,83 ± 0,76c 31,40 ± 1,85d |
| T5 T6 | 130 °C | 13% 18% | 2,58 ± 0,03c 2,43 ± 0,05d | 7,57 ± 0,02e 7,17 ± 0,05f | 38,85 ± 1,44e 41,17 ± 1,10e |
| p (Temperatura*Humedad) | 0,0230 | <,0001 | 0,0075 | ||
| Efecto de la Temperatura | 110 °C 120 °C 130 °C | 1,003c 1,926b 2,505a | 4,365c 6,215b 7,369a | 16,422c 30,114b 40,012a | |
| p (Temperatura) | <,0001 | <,0001 | <,0001 | ||
| Efecto de la Humedad | 13% 18% | 1,839a 1,779b | 6,013a 5,953a | 28,483a 29,211a | |
| p (Humedad) | 0,019 | 0,078 | 0,266 | ||
Resultados expresados como el promedio ± DS.
*a-f) letras diferentes en la misma columna indican diferencia estadística (p˂0,05).
IE: índice de expansión; IAA: índice de absorción de agua; ISA: índice de solubilidad de agua.
DISCUSIÓN
Características físico-químicas de las semillas enteras
El porcentaje de proteína cruda fue superior a 16,5% y el porcentaje de fibra menor a 5,9%, valores reportados por Intiquilla et al. (2016). Los valores del contenido de grasa, ceniza y energía fueron inferiores a 1,02%, 4,58% y 394,7 kcal, respectivamente (Villafuerte et al., 2019). En cuanto al tamaño, la clasificación de las semillas entre mediano y grande se dio en función a lo establecido por Mejía, Jaramillo, & Barrera (1993), quienes determinaron que semillas de pajuro con dimensiones entre 1,55-2,03 cm de ancho y 3,98 cm de largo se consideran semillas medianas, con dimensiones de 2,02-2,65 cm de ancho y 6,00 cm de largo se consideran grandes; confirmándose con el peso de 100 semillas de pajuro, que superan en 3 veces el peso en 100 semillas de haba (138,5 g), reportado por Karatas, Günay, & Sayar (2017).
Respecto a su constitución, los valores encontrados en semillas de pajuro, concuerdan con la FAO (2017), que indican que las legumbres, están conformadas por 89% de cotiledón, 1% de embrión y 10% de cáscara. El embrión es la entrada principal de agua a la semilla, y la cáscara conformada por sustancias hidrofóbicas como cera, polisacáridos de lignina, pectina, quinonas, suberina, cutina y fenoles, es la responsable de la impermeabilidad en las legumbres (Miano, García, & Augusto, 2015). Es así que estos componentes jugaron un papel importante en los valores de capacidad de hidratación (7,28 g/semillas), índice de hidratación (0,53) y capacidad de hinchamiento (5,56 mL/semilla) en las semillas de pajuro, que resultaron superiores a lo reportado por Adebowale et al. (2005), quienes obtuvieron valores de 0,2 g/semilla, 0,23 y 0,26 mL/semilla, respectivamente, en frejol mucuna, a excepción del índice de hinchamiento que fue igual.
Propiedades funcionales de los extruidos
El IE obtenido en T5 (2,58 cm) fue superior a 1,64 cm reportado por Aro & Calcin (2019) en una mezcla de granos, cereales y legumbres. Al respecto, Wang et al. (2020) mencionan que el IE disminuye a bajas temperaturas de extrusión, generando un producto denso y duro por gelatinización incompleta del almidón, ello explica lo ocurrido en los tratamientos T1 y T2 que presentaron aproximadamente 50% de partículas de semillas crudas.
Respecto al IAA, el valor de T5 (7,57%) resultó superior a 6,10% reportado por Aro & Calcín (2019). Al respecto, Ye et al. (2018) mencionan que temperaturas mayores mejoran el IAA, creando espacios más abiertos en la estructura de la muestra que permiten la absorción de agua cuando se rehidratan.
Los tratamientos T5 y T6 con mayor ISA, reflejan un mejor resultado respecto al porcentaje de sólidos solubles de los extruidos, al respecto Jafari, Koocheki, & Milani (2017), manifiestan que el ISA es directamente proporcional al contenido de sólidos solubles como los carbohidratos.
CONCLUSIONES
El estudio demostró las características físico-químicas de las semillas de pajuro y el efecto de las variables de proceso sobre las propiedades funcionales de los extruidos.
Evidenciándose, que la composición química es similar a otras legumbres, sin embargo, son superiores en peso, dimensiones, capacidad de hidratación e hinchamiento, lo que se traduce en una mayor permeabilidad de la semilla al estar inmerso en un medio acuoso.
Las semillas extruidas a mayores temperaturas y a menores humedades, mostraron mejores índices de expansión, absorción de agua y solubilidad en agua en comparación con otros extruidos.
Las características observadas de las semillas enteras como extruidas, permite señalar al pajuro como un alimento potencial para el desarrollo de nuevos productos que permitirán a los procesadores de alimentos satisfacer las necesidades del consumidor.
