Origen y colección de muestras

Las variedades de “quinua” colectadas, fueron aquellas que fueron liberadas por el Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA). Estas variedades fueron Blanca Junín, Blanca Huancayo y Hualhuas. La toma de muestra se realizó de forma aleatoria en los distritos de mayor producción de tres provincias del departamento de La Libertad, Perú.

Se colectaron 52 muestras de quinua, 79,2% corresponde a la variedad Blanca Junín, 11,3% Hualhuas y 9,5% Blanca Huancayo. Por cada sitio de muestreo se realizó una muestra contractual, que es representativa para cada sitio de muestreo, para posteriormente someterla a análisis (Tabla 1). Posteriormente, las muestras fueron trasladadas al Laboratorio de Biotecnología Feynman de Cervecería Costera S.A.C, Moche - Perú, para su análisis, el cual se dividió en dos fases. La primera incluyó la determinación del porcentaje de humedad, proteína y almidón total del grano de quinua. La segunda fue la determinación del porcentaje de proteína, amilasa, amilopectina y almidón total en los granos malteados de quinua.

Determinación del Porcentaje de Humedad

Para determinar el porcentaje de humedad en el grano maduro de quinua, se empleó el método convencional descrito por ^{García-Mogollón et al. (2017}) que consistió en pesar 5 g de grano maduro de quinua y secado en estufa con aire forzado de 100-105 °C por 5 horas hasta alcanzar un peso constante, posteriormente se colocaron las muestras en un desecador por 20 minutos; el porcentaje de humedad se calculó mediante la diferencia entre el peso inicial y final

Determinación del Porcentaje de Proteína

Para determinar el porcentaje de proteína en el grano maduro y malteado de quinua, se empleó el método de Kjeldahl descrito por ^{Pérez-Ramos et al. (2017}), para la aplicación de este método las muestras fueron molidas y cernidas en un tamiz de 0.5 mm, para posteriormente someterlo a la digestión con sulfato de cobre/sulfato de potasio (relación 5:1) y ácido sulfúrico, la mezcla resultante se neutralizo con hidróxido de sodio y se destilo. El destilado se recogió en una solución de ácido bórico para ser titulado con ácido clorhídrico y calculado utilizando 6.25 como factor de conversión de nitrógeno.

Determinación de Almidón Total

Para determinar el contenido de almidón total en el grano maduro y malteado de quinua, se empleó el kit Total Starch de Megazyme, el proceso empleado fue el descrito por ^{McCleary et al. (2019}). Para la aplicación del kit, se molió 50 g de grano y se pasó por un tamiz de 0.5 mm; se tomó 100 mg de la muestra molida y se depositó en tubo con 0.2 mL de etanol al 80% y se agitó hasta homogenizar el contenido; luego, se adicionó 3 mL de alfa-amilasa diluida en acetato de sodio (relación 1:30) y fue incubada en agua hirviendo por 6 minutos. Posteriormente se adicionó 0.1 mL de aminoglucosidasa y se incubo a 50°C en Baño María por 30 minutos, la mezcla se trasvaso y aforó en fiolas de 100 mL; se filtró el contenido para adicionar 3 mL de glucosa oxidasa/peroxidasa (GOPOD) y se incubo a 50°C en Baño María por 20 minutos. Finalmente, se realizó la lectura por espectrofotometría a 510 nm, para el control se empleó un estándar de D-glucosa y el blanco consistió en 0.1 mL de agua destilada con 3 mL de GOPOD.

Proceso de Micro-Malteado

Para el malteado de quinua se empleó una planta de micro-malteado diseñada y construida por Cervecería Costera S.A.C con una capacidad de hasta 100 kg. El proceso empleado es similar al descrito por ^{Aguilar et al. (2019}), con algunas modificaciones; el proceso consto de cuatro etapas: Hidratación (lavado), germinación, secado y descortezado. La primera etapa fue el lavado, que consistió en el remojo de granos en un tanque cilíndrico cónico con aireación constante, el proceso duro 4 horas a 25°C hasta alcanzar una humedad relativa de 45 a 55%. La segunda etapa fue la germinación, se realizó en un tanque rotatorio, con una capacidad de hasta 100 kg, por 48 horas a 25 °C y cada 8 horas se utilizaba rociadores para mantener una humedad relativa de 95% medido mediante un temohidrómetro digital. Una vez que la radícula alcanzo 7 a 10 mm de longitud, se inició con la tercera etapa, el secado de los granos, realizado en el tanque rotatorio y un horno, el proceso duró 24 horas a 55°C con una humedad relativa final de 5-8%. Finalmente, las radículas se eliminaron por contacto en el tanque de rotatorio, los granos fueron retirados mediante un tornillo sin fin a una faja trasportadora para su empacado en sacos.

Determinación del Porcentaje de Amilosa/Amilopectina

Para determinar el contenido de amilosa y amilopectina se empleó el kit Amylose/Amylopectin de Megazime, el proceso empleado fue el descrito por ^{Trinh et al. (2013}). Para la aplicación del kit, se realizó un pre-tratamiento de las muestras que consistió en moler 50 g de grano y se pasó por un tamiz de 0.5 mm; se tomó 0.02 g de la muestra molida y se depositó en tubo con 2 mL de dimetilsulfóxido (DMSO) en Baño Caliente a 85 °C por 15 minutos, se añadió etanol (15 ml) y se centrifugó a 10 000 g durante 10 min. Después de decantar el sobrenadante, el sedimento se volvió a disolver en 1,5 ml de agua destilada y se hirvió durante 20 minutos, luego se adiciono 4 mL de Concanavalina A (Con A). Se añadió 1.5 ml de tampón de acetato de sodio 60 mM (pH 4,3) y 30 ml (30 U) de isoamilasa. La mezcla se incubó a 45 ° C durante 2 h, y la reacción se detuvo agregando 6 ml de DMSO puro e hirviendo durante 10 min. Finalmente, se realizó la lectura por espectrofotometría a 510 nm, para el control se empleó un estándar de D-glucosa y el blanco consistió en 1 mL de agua destilada con 4 mL de GOPOD.

Análisis estadístico

Para el análisis estadístico, se realizó un estudio comparativo mediante el análisis de varianza unidireccional de los promedios de las tres repeticiones del porcentaje de humedad, proteína, almidón total, amilasa y amilopectiba, teniendo en cuenta un nivel de significancia de p ≤ 0.05 mediante Minitab 19 Statistical Software.

Porcentaje de Humedad

Los porcentajes de humedad promedio de las variedades de quinua Blanca Junín fue 13,69%, Blanca Huancayo 11,70% y Hualhuas 14,70%. El mayor porcentaje de humedad fue de 16,30% y el menor de 11,50%, correspondientes a las variedades Hualhuas cód. H-SC-CA-6 y Blanca Junín cód. B-SC-SA-12, respectivamente (Tabla 2).

La calidad de la malta está influenciada por las propiedades del grano, un elevado porcentaje de humedad, provocan que el grano sea más susceptible a la activación enzimática, convirtiendo el almacenamiento junto con el contenido de humedad una etapa crítica en proceso de germinación (^{Singkhornart & Ryu, 2011}; ^{Faltermaier et al., 2014}); esto influye en las propiedades físicas de los granos, como densidad aparente, densidad verdadera, ángulo de fricción interna, porosidad y coeficiente estático de fricción; un incremento en el contenido de humedad afecta significativamente la longitud, ancho, espesor, diámetro medio aritmético y geométrico del grano (^{Sologubik et al., 2013}), variaciones en la forma y estructura física del grano; lo que determina su selección, previo al proceso de germinación, debido a que afecta la uniformidad durante el malteado, disminuyendo así su calidad (^{Muñoz-Insa et al., 2013}).

Porcentaje de Proteína

Los porcentajes promedio de proteína del grano maduro de las variedades de quinua Blanca Junín fue de 12,28%, Hualhuas 12,28 % y Centenario 10,86%. El mayor porcentaje de proteína fue 13,56 % y el menor de 11,00 % correspondientes a las variedades de Hualhuas cód. H-SC-CA-6 y Hualhuas cód. H-J-CA-2, respectivamente (Tabla 2).

En el grano malteado de “quinua”, el porcentaje promedio de proteína de las variedades de Blanca Junín fue de 16,32%, Hualhuas 16,63% y Blanca Huancayo 16,07%. El mayor porcentaje de proteína fue de 17,33% y el menor de 15,85% correspondientes a las variedades de Blanca Junín cód. H-SC-CA-6 y Hualhuas cód. B-SC-CA-3, respectivamente (Tabla 3).

Los granos de “quinua” son esféricos, planos con un diámetro aproximado de 1,4-1,6 mm, compuestos por un perispermo central y un embrión periférico; el endosperma está presente solo en la región micropilar de la semilla como un capuchón que rodea la punta de la radícula, la disposición del almacenamiento está compartimentada: el almidón se encuentra en el perispermo, mientras las proteínas y lípidos se encuentran en el embrión y endosperma (Mäkinen et al., 2014); una característica primordial para determinar si un grano se puede maltear, es el contenido de proteína, que puede variar según el genotipo o entre los mismos cultivos (^{Gregorio et al., 2016}).

De acuerdo Chaparro et al (2010), el contenido de proteína varia después de la germinación, debido al efecto del tiempo de germinación sobre el contenido de proteína en granos de quinua, así mismo, determinó que durante los dos primeros días de germinación, existe un incremento significativo en el contenido de proteína, comparados con los granos sin germinar (día cero) y concluyó que la germinación induce cambios en el contenido de proteína de forma particular en cada tipo de granos, resultados similares a los que obtuvo ^{Bravo et al (2013}) que evaluaron el efecto de los granos maduros de quinua de la variedad Blanca Junín los quienes determinaron que el porcentaje promedio de proteína fue de 13,09%; los resultados similares a los obtenidos en la presente investigación.

Porcentaje de Almidón Total

El contenido promedio de almidón de los granos maduros de las variedades de quinua Blanca Junín 62,30 %, Hualhuas 65,29 % y Blanca Huancayo 62,33 %. El mayor contenido de almidón del grano maduro fue 67,78 % y el menor de 60,13% correspondientes a Blanca Junín cód. B-J-CA-3 y Blanca Junín cód. B-SC-SA-6 (Tabla 2).

Respecto al grano malteado de quinua, el contenido promedio de almidón de los granos germinados de las variedades de quinua Blanca Junín 41,87 %, Hualhuas 44,01 % y Blanca Huancayo 42,43%. El mayor contenido de almidón del grano malteado de quinua fue de 46,03% y el menor de 38,08% correspondiente a Blanca Junín cód. B-J-CA-3 y Blanca Junín cód. B-SC-CA-3 (Tabla 3).

De acuerdo con ^{Martínez-Villaluenga et al. (2020}), los pseudocerales como la “quinua”, presentan un porcentaje de carbohidratos que fluctúa entre el 60 a 80% del peso del grano seco, siendo el almidón el de mayor importancia con un porcentaje entre el 65,0 al 75,0% del peso seco total del grano. El almidón puede ser clasificado como rápidamente digerible, lentamente digerible y resistente, dependiendo que tan rápido puede ser digerido en el intestino. El almidón resistente es considerado como benéfico debido que no puede ser digerido y absorbido en el intestino delgado llegando al colón donde es fermentado lentamente por microorganismos produciendo cadenas cortas de ácidos grasos. Algunos pseudocerales como la quinua comúnmente tiene un contenido de 14% de almidón resistente del total del almidón (^{Lockyer & Nugent, 2017}).

Porcentaje de Amilasa/Amilopectina

El contenido promedio de amilasa de los granos malteados de las variedades de quinua Blanca Junín fue 18,89%, Hualhuas 19,82% y Blanca Huancayo 18,82%. El mayor contenido de amilasa del grano malteado fue 22,00% y el menor de 16,41%, correspondientes a Hualhuas cód. H-SC-CA-6 y Blanca Junín cód. B-J-CA-3 (Tabla 3).

El contenido promedio de amilopectina de los granos germinados de las variedades de quinua Blanca Junín fue 80,61%, Hualhuas 81,96% y Blanca Huancayo 81,18%. El mayor contenido de amilopectina del grano malteado de la variedad fue 83,59% y el menor de 81,18 % correspondientes a Blanca Junín cód. B-J-CA-3 y Blanca Huancayo cód. B-SC-CA-5 (Tabla 3).

El almidón juega un rol crucial en las propiedades funcionales de la “quinua” y derivados de esta, los gránulos de almidón presentan un bajo contenido de amilasa comparado con otros granos. La amilopectina tiene una significante cantidad de cadenas cortas; además de la genética, el contenido de amilosa en la “quinua” puede verse afectado por la presencia de cadenas largas de amilopectina, según el método de cuantificación; la estructura de amilopectina única confiere al almidón de la quinua varias propiedades fisicoquímicas especiales, como temperaturas de gelatinización bajas y retrogradación lenta (^{Li & Zhu, 2018}).

Las variaciones de la concentración del almidón entre el grano maduro y malteado se deben a que durante la germinación se producen enzimas líticas entre estas están, la α-amilasa y β-amilasa, que actúan en la degradación del almidón conduce a la formación de una mezcla de azucares simples, a mayor concentración de amilasa, mayor formación de estos azúcares, por lo que se consideró que los valores de amilasa encontrados en la presente investigación son elevados, siendo de importancia por estar relacionados con la formación de azúcares (^{Moongngarm & Saetung, 2010}; Wu et al., 2013; ^{Kalita et al, 2017}).

Análisis estadístico y selección de variedades

De acuerdo con el análisis estadístico de varianza unidireccional en el grano maduro de “quinua”, se encontró una diferencia significativa entre las tres variedades de quinua referente a los parámetros de porcentaje de humedad, proteína y almidón total. La variedad Hualhuas, presentó el porcentaje de humedad, almidón total y proteína más elevados.

El análisis estadístico de varianza unidireccional en el grano malteado de quinua, no encontró una diferencia significativa entre las variedades de quinua, respecto al porcentaje de proteína, almidón total, amilosa y amilopectina.

De acuerdo con el análisis estadístico, existe una diferencia entre los resultados del grano maduro y malteado, esto debido a que el porcentaje de humedad está relacionado a las condiciones de almacenamiento, y esto influye en los parámetros como almidón y proteína. Similar, a lo mencionado por ^{Bravo et al. (2013}), que determinaron que los granos guardado en buenas condiciones conservan sus propiedades físico químicas y nutricionales por mayor tiempo, así mismo, los granos sometidos a procesos germinativos tienen mejores propiedades nutricionales como proteínas. En su investigación, mencionan también que la presencia de pesticidas puede afectar el proceso de germinación, además, se genera una disminución del almidón en los granos germinados.

Para esta investigación se consideró para la selección de variedades de “quinua”, los resultados en el grano maduro, debido a que existe una diferencia estadística significativa entre las variedades, de acuerdo con nuestros resultados, se propone para la industria de bebidas fermentadas una variedad con elevado contenido de almidón y bajo contenido de proteínas, que corresponde a la variedad Hualhuas; teniendo en consideración que en las bebidas fermentadas un elevado contenido de proteína ocasiona turbidez, astringencia y defectos en la bebida, sin embargo, valores bajos brinda estabilidad a la espuma, además de brindar nitrógeno amino libre como fuente de energía para para procesos de fermentación de la levadura, así mismo, un elevado contenido de almidón, actúa como fuente de glucosa y dextrinas, y es inversamente proporcional con el porcentaje de proteína (^{Muñoz-Insa et al., 2013}). Sin embargo, en este estudio no se pudo demostrar esta correlación.

Por otra parte, para la industria de alimentos, se recomienda una variedad de “quinua” con elevado contenido de proteína, la cual sería la variedad Hualhuas. Debido a que el valor proteico de un alimento se mide con base en dos factores: el balance proteico y contenido de aminoácidos esenciales. Durante la etapa de germinación, los compuestos de almacenamiento de la semilla se movilizan por una variedad de enzimas sintetizadas y activadas, lo que resulta en una mejor degradación de la proteína y biodisponibilidad de minerales como calcio y hierro; por esta razón se emplean granos de alto contenido proteico para la industria alimentaria con el fin de aprovechar sus bondades nutricionales y permitir a los consumidores una alimentación sana. (^{Mäkinen et al., 2013}; Forero et al., 2016).