Los granos andinos tienen gran potencial de transformación en nuevos productos, pero su aprovechamiento integral es un desafĆ­o tecnológico. El objetivo de este trabajo fue modificar las propiedades tecnofuncionales de las harinas integrales de maĆ­ces andinos Capia, Bolita y Chulpi para obtener harinas que potencialmente mejoren la calidad de los panes sin gluten. Las harinas se extrudieron en un extrusor monotornillo, usando un diseƱo ortogonal incompleto con tres niveles de temperatura, humedad y velocidad de tornillo. Se determinó la composición proximal de las harinas integrales nativas. En las harinas nativas y extrudidas se midió el Ć­ndice de absorción de agua (IAA), el Ć­ndice de solubilidad en agua (ISA), la capacidad de retención de aceite (CRO), la capacidad de retención de agua (CRA) y el poder de hinchamiento (PH). Los maĆ­ces andinos presentaron diferencias significativas en su composición. La mayor parte de la variabilidad de datos se debió a la humedad y la temperatura de extrusión. En general, las muestras de maĆ­z Capia y Bolita tuvieron un comportamiento similar, presentando mayores IAA, CRA y PH a altas humedades y temperaturas; el ISA fue mayor a bajas humedades. La CRO no presentó diferencias significativas entre tratamientos. Las harinas integrales extrudidas de maĆ­z Capia y Bolita con altos IAA, CRA y PH, a 120 ā„ƒ, 25% H y 80 rpm, podrĆ­an mejorar la consistencia de las masas y la suavidad de panes sin gluten.
Palabras clave: granos andinos, extrusión, propiedades tecnofuncionales.

Os granos andinos tĆŖm grande potencial de transformação em novos productos, mas em sua aprovação integral e um desafio tecnológico. O objetivo deste trabalho foi modificar as propriedades tecnofuncionais de farinhas integrais de milho andino Capia, Bolita e Chulpi por extrusĆ£o para obter farinhas que potencialmente melhoram a qualidade de pĆ£es sem glĆŗten. As farinhas foram extrusadas em um extrusor mono-rosca, usando um desenho ortogonal incompleto com trĆŖs nĆ­veis de temperatura, umidade e velocidade de rosca. Foi determinada a composição proximal das farinhas integrais nativas. Nas farinhas nativas e extrusadas, determinaram-se o Ć­ndice de absorção da Ć”gua (IAA), o Ć­ndice de solubilidade em Ć”gua (ISA), a capacidade de retenção de óleo (CRO), a capacidade de retenção de Ć”gua (CRA) e poder de inchamento (PH). Os milhos andinos apresentaram diferenƧas significativas em suas composiƧƵes. A maior parte da variabilidade dos dados foi devido Ć  umidade e temperatura de extrusĆ£o. De maneira geral, as amostras de milho Capia e Bolita tiveram um comportamento semelhante, apresentando maiores IAA, CRA e PH em altas umidades e temperaturas; o ISA foi maior em baixas umidades. O CRO nĆ£o mostrou diferenƧas significativas entre os tratamentos. As farinhas integrais extrusadas de milho Capia e Bolita com alto IAA, CRA e PH, como as obtidas na condição de extrusĆ£o de 120 ā„ƒ, 25% H y 80 rpm, poderiam melhorar a consistĆŖncia das massas e a maciez dos pĆ£es sem glĆŗten.
Palavras-chave: grãos andinos, extrusão, propriedades tecno-funcionais.

Introducción

Los granos andinos como el maĆ­z tienen gran potencial de transformación en nuevos productos sin gluten porque no contienen las proteĆ­nas que lo forman (GimĆ©nez, et al., 2015). En Jujuy se cultivan diferentes razas de maĆ­ces andinos como Capia, Amarillo de ocho rayas, Chulpi, Pisingallo o Pisincho y Morocho, de mayor demanda comercial, y otras menos conocidas como Culli, Garrapatillo, Bolita, Altiplano y Lanudo (CĆ”mara HernĆ”ndez y Arancibia Cabezas, 2007). El endospermo del grano de maĆ­z representa entre el 82-85% de su peso seco y estĆ” compuesto principalmente por almidón (FAO, 1993). El grano de maĆ­z puede contener dos tipos de endospermo: vĆ­treo (duro-traslĆŗcido) y harinoso (blando-opaco), y la proporción de cada uno de ellos depende de la raza y variedad del maĆ­z (Zhang y Xu, 2019). La incidencia de la variabilidad genĆ©tica -derivada de la domesticación ancestral- sobre las propiedades fisicoquĆ­micas es determinante en el uso culinario que se les da a los granos andinos y/o a su procesamiento posterior (Salvador-Reyes y Clerici, 2020).

El consumo de harinas integrales derivadas de estos granos aumentarĆ­a la ingesta de micro y macronutrientes, ademĆ”s de fibra dietaria y compuestos bioactivos con beneficios nutricionales y funcionales (Caputo, et al., 2015; Paesani, et al., 2020). Sin embargo, la utilización de harinas integrales sin gluten suele dificultar la obtención de productos aireados y suaves como los de panaderĆ­a, y la granulometrĆ­a de las harinas tiene un efecto importante sobre estos defectos (Salvador-Reyes y Clerici, 2020; Luo, et al., 2021).

La extrusión-cocción es un tratamiento capaz de modificar las propiedades fisicoquĆ­micas de las harinas integrales sin gluten o las harinas adicionadas con fibra, dependiendo de la intensidad del proceso (Tsatsaragkou, et al., 2016). El contenido de humedad de la alimentación, el tiempo de residencia, la velocidad y configuración del tornillo, su geometrĆ­a, la temperatura del barril y la composición quĆ­mica del material, entre otros, son factores a tener en cuenta en el diseƱo y optimización del proceso de extrusión (Moscicki, 2011). En la extrusión de harinas de cereales, el almidón es el componente que juega el papel mĆ”s importante debido a que los cambios que sufre, como la gelatinización, fusión y fragmentación, afectan la reologĆ­a del material y la textura del producto final (Roman, et al., 2018). Otros cambios importantes registrados durante la extrusión incluyen la desnaturalización de proteĆ­nas, la inactivación de enzimas, la formación de almidón resistente y la formación de complejos amilosa-lĆ­pido y proteĆ­na-lĆ­pido, entre otros (De Pilli y Alessandrino, 2020). La extrusión tambiĆ©n es capaz de inducir cambios en la relación de fibra soluble/insoluble e incluso aumentar el contenido de fibra dietĆ©tica total, razón por la cual sus efectos sobre la funcionalidad de las harinas son un tema de estudio actual (Zhong, et al., 2019). Trabajos como los de Clerici y otros (2009) y Gómez y MartĆ­nez (2016) indicaron mejoras de las propiedades panaderas de harinas sin gluten por aplicación de la extrusión, entre ellas las caracterĆ­sticas texturales de sus masas y productos horneados. Comettant-Rabanal y otros (2020) han aplicado esta tecnologĆ­a en harinas integrales de diversas fuentes con buenos resultados en la calidad de los panes formulados.

Las propiedades tecnofuncionales, como el Ć­ndice de absorción de agua y el Ć­ndice de solubilidad en agua de harinas integrales sin gluten, son frecuentemente utilizadas para caracterizar el material extrudido (Ding, et al., 2005). La intensidad del tratamiento de extrusión produce cambios considerables sobre esas propiedades, segĆŗn las condiciones utilizadas (Sarifudin y Assiry, 2014). Por ejemplo, el Ć­ndice de absorción de agua y el Ć­ndice de solubilidad en agua suelen ser indicadores de la degradación de macromolĆ©culas de las harinas, como el almidón y las proteĆ­nas, luego de la extrusión (Kharat, et al., 2019). AdemĆ”s, las propiedades de hidratación de las harinas pueden estar relacionadas con la variedad del cultivo. Cornejo y Rosell (2015) encontraron diferencias significativas en la capacidad de retención de agua, el Ć­ndice de absorción de agua y el poder de hinchamiento de harinas de variedades de arroz de grano corto. La capacidad de retención de aceite y el poder de hinchamiento son medidas asociadas, por su afinidad quĆ­mica, a la concentración de fibra dietaria (Wang, et al., 2016), lo cual resultarĆ­a de utilidad en la caracterización de harinas integrales sometidas a extrusión. AdemĆ”s, la capacidad de retención de aceite se relaciona con el grado de cocción de las harinas extrudidas, ya que este tratamiento promueve la exposición de zonas hidrófobas de las proteĆ­nas que pueden interactuar con los lĆ­pidos (Espinosa-RamĆ­rez, et al., 2021). Estas propiedades en conjunto podrĆ­an constituir una herramienta rĆ”pida y económica para la selección de las condiciones de extrusión de harinas integrales con potencial para la elaboración de productos de panaderĆ­a.

El objetivo de este trabajo fue modificar las propiedades tecnofuncionales de harinas integrales de tres razas de maíces andinos mediante extrusión para obtener harinas potencialmente mejoradoras de la calidad de panes sin gluten.

Materiales y MƩtodos

Se utilizaron tres razas de maĆ­ces andinos, Capia, Chulpi y Bolita, provenientes de Ocumazo, en el departamento de Humahuaca, en la provincia de Jujuy, Argentina. Estos maĆ­ces se molieron en molino de martillos hasta obtener harinas integrales con un tamaƱo de partĆ­culas inferior a 710 Āµm.

Las harinas integrales se extrudieron en un extrusor Brabender (KE 19/25D) monotornillo con relación de compresión 3:1, boquilla de 3 mm, a temperaturas de 100, 120 y 140 ā„ƒ, humedades de 15, 20 y 25%, velocidades de tornillo de 80, 100 y 120 rpm, usando un diseƱo factorial incompleto (Zhong, et al., 2019).

Se determinó la composición proximal de las harinas integrales nativas por métodos AOAC: humedad (AOAC Internacional, 2005a); proteínas (AOAC Internacional, 2005b); lípidos (AOAC Internacional, 2005c); cenizas (AOAC Internacional, 2005d). Los carbohidratos totales se determinaron por diferencia. En las harinas nativas y extrudidas se determinaron algunas propiedades tecnofuncionales que se detallan a continuación.

ƍndice de absorción de agua (IAA) e Ć­ndice de solubilidad en agua (ISA)

Se determinaron por el mĆ©todo de Anderson y otros (1969). Se pesaron 2,5 g de cada muestra en tubos de centrĆ­fuga. Luego se adicionaron 30 mL de agua destilada y se colocaron en baƱo termostĆ”tico a 30 ā„ƒ por 15 min con agitación, se enfriaron a temperatura ambiente y se centrifugaron a 3000 rpm por 10 min. Se registraron los pesos de los residuos o geles obtenidos en los tubos de centrĆ­fuga. Los sobrenadantes obtenidos se colocaron en cajas de Petri y se evaporaron a 110 ā„ƒ para determinar los sólidos solubles. Los IAA e ISA se calcularon segĆŗn las ecuaciones:

 

Donde: wi es el peso de la harina; wr, el peso del gel; y ws, el peso del sobrenadante seco.

Capacidad de retención de aceite (CRO), capacidad de retención de agua (CRA) y poder de hinchamiento (PH)

Se determinaron por los mĆ©todos de Raghavendra y otros (2004 y 2006) con ligeras modificaciones (Wang, et al., 2016).

La capacidad de retención de agua se determinó pesando 1 g de cada muestra seca. Las muestras se hidrataron con 30 mL de agua destilada en tubos de centrĆ­fuga y se dejaron en reposo a 20 ā„ƒ. DespuĆ©s de 18 h, se centrifugaron a 3000 g durante 20 min. Luego se decantó el sobrenadante y se pesó el residuo. La CRA de las muestras se determinó con la siguiente ecuación:

 

Donde: wa es el peso del agua retenida; wi, el peso de la harina.

Para la determinación de la capacidad de retención de aceite se pesaron 500 mg de muestra. La muestra se mezcló con 10 mL de aceite de girasol refinado en un tubo de centrĆ­fuga. Se dejó equilibrar durante la noche a 20 ā„ƒ y luego se centrifugó a 10000 g durante 30 minutos. Luego se decantó el sobrenadante y se pesó el residuo.

 

Donde: wo es el peso del aceite retenido; wi es el peso de la harina.

Para la determinación del poder de hinchamiento se pesaron 200 mg de cada muestra en una probeta graduada y se hidrató con 10 mL de agua destilada a 20 ā„ƒ durante 18 h, finalmente se registró el volumen ocupado por la muestra. El PH se determinó con la siguiente ecuación:

 

Donde: vs es el volumen ocupado por la harina después de la hidratación; wi, el peso de la harina.

Los datos se analizaron utilizando el software InfoStat (Di Rienzo, et al., 2008). Los resultados se presentan como la media aritmĆ©tica de tres repeticiones ± la desviación estĆ”ndar. La diferencia entre medias se evaluó por anĆ”lisis de varianza (ANOVA) de un factor, seguida por la prueba ad-hoc de Tukey con un nivel de significancia α = 0.05. Los datos sobre las propiedades tecnofuncionales de las harinas extruidas se resumieron en un anĆ”lisis de componentes principales.

Resultados y Discusión

La composición proximal de las harinas integrales de maĆ­ces andinos se muestra en la Tabla 1, donde se observa que presentaron diferencias significativas en su composición. El maĆ­z Chulpi presentó el menor contenido de carbohidratos y el mayor contenido de proteĆ­nas y cenizas. En tanto, el maĆ­z Bolita presentó el menor contenido de lĆ­pidos. Los maĆ­ces Capia y Bolita presentaron composiciones similares, a excepción del contenido de lĆ­pidos, que fue significativamente distinto. Salvador-Reyes y Clerici (2020) seƱalaron que el contenido de proteĆ­nas suele ser superior en las razas de maĆ­ces andinos comparadas con el de maĆ­z amarillo comercial. El contenido de grasa de las razas de maĆ­z andino peruano mencionado por estos autores es casi la mitad comparado con los valores obtenidos en este trabajo. Esto podrĆ­a afectar la tecnofuncionalidad de las harinas tratadas por extrusión, ya que estos lĆ­pidos pueden interactuar con la amilosa para formar complejos (Ding, et al., 2005).

Tabla 1. Composición proximal (g/100 g bs)

 

Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas (p < 0,05).

En general, se encontraron diferencias entre las propiedades tecnofuncionales segĆŗn las condiciones del tratamiento aplicado sobre las harinas, excepto en la CRO (Figuras 1A, 1B y 1C). Las propiedades tecnofuncionales de las harinas extrudidas variaron respecto a las harinas nativas del siguiente modo: el IAA aumentó entre 54,74 (Ch1) y 118,22% (C3); el ISA varió entre -33,20% (C9) y 384,56% (B3); el PH aumentó entre 54,30 (Ch3) y 265,39% (C4); la CRA aumentó entre 195,24 (Ch3) y 415,92% (B5). Todas las harinas integrales tratadas por extrusión tuvieron mayores IAA, PH y CRA respecto a las harinas nativas. Espinosa-RamĆ­rez y otros (2021) y Silvestre-De-León y otros (2020) atribuyen el aumento de las propiedades de hidratación en muestras extrudidas a cambios estructurales en los biopolĆ­meros como la gelatinización del almidón y/o desnaturalización de las proteĆ­nas por exposición de sus grupos hidrofĆ­licos. Otros cambios estructurales, como la fragmentación de la fibra insoluble, tambiĆ©n pueden contribuir al aumento de la CRA (Chen, et al., 2018). Los valores de ISA de las harinas tratadas variaron respecto a sus harinas nativas: en general aumentaron a bajas humedades de extrusión independientemente de la temperatura. Stephen y Phillips (2006) seƱalaron la ocurrencia de fenómenos de fragmentación molecular del almidón y su posterior repolimerización ocasionados por efecto de cizallamiento a bajas humedades de extrusión. En el mismo sentido, Sarifudin y Assiry (2014) informaron que el grado de fragmentación del almidón no solo estarĆ­a asociado a bajas humedades sino tambiĆ©n a temperaturas elevadas por degradación tĆ©rmica. Las muestras extrudidas de maĆ­z Chulpi en general presentaron los menores incrementos en el IAA, PH y CRA, lo cual podrĆ­a deberse a que la harina nativa de este maĆ­z tuvo el menor contenido de carbohidratos y por ende, el menor contenido de almidón disponible para gelatinizar. En tanto, los incrementos del ISA de los extrudidos de maĆ­z Chulpi prĆ”cticamente no variaron respecto a la harina nativa, a diferencia de las muestras de maĆ­ces Capia y Bolita. Algunos autores han seƱalado que las caracterĆ­sticas morfológicas de los grĆ”nulos de almidón propias de la raza o variedad vegetal, como el tamaƱo y el contenido de amilosa, tienen influencia sobre la gelatinización del almidón y su comportamiento durante la extrusión (Chaudhary, et al., 2008; NarvĆ”ez-GonzĆ”lez, et al., 2007).

Se realizó un anÔlisis de componentes principales con las propiedades tecnofuncionales que presentaron diferencias significativas para observar su correlación con las variables de extrusión y la diferenciación por raza de maíz (Figura 2). En el ACP se observó que los componentes 1 (CP1) y 2 (CP2) explicaron el 62,9% de la variabilidad de los datos. La temperatura tuvo mayor influencia en CP1 y la humedad en CP2.

El CP1 estuvo correlacionado positivamente con las variables CRA (r = 0,91), IAA (r = 0,85) y PH (0,81). Los pares CRA-PH (r = 0,79) y CRA-IAA (r = 0,67) muestran una fuerte correlación. Estos tres parĆ”metros, asociados a los cambios estructurales del almidón, proteĆ­nas y fibra, podrĆ­an utilizarse en la selección de los parĆ”metros de extrusión de harinas integrales de maĆ­ces andinos con potencial para mejorar la calidad de panes sin gluten. Cerón-FernĆ”ndez y otros (2016) probaron diferentes condiciones de extrusión en harina de quĆ­noa y seleccionaron el IAA como el factor mĆ”s importante para inferir las condiciones de proceso adecuadas para obtener harinas precocidas de fĆ”cil hidratación, solubilización y desarrollo de textura viscoelĆ”stica.

En general, las muestras de maíz Capia y Bolita tuvieron un comportamiento similar frente a la extrusión, presentando mayores IAA, CRA y PH a altas humedades y temperaturas. La similitud de la composición de las muestras nativas de maíz Capia y Bolita podrían explicar en parte estos resultados.

EL CP2 se correlacionó con el ISA (r = 0,80). Este parĆ”metro fue mayor a bajas humedades en las muestras extrudidas. Las harinas integrales extrudidas de maĆ­z Chulpi se diferenciaron de las demĆ”s harinas extrudidas, principalmente por su alto ISA, el cual era alto en la harina nativa. Debido a los valores bajos de IAA CRA y PH, las muestras de maĆ­z Chulpi se agruparon en la sección izquierda del grĆ”fico ACP.

 

 

 

Figura 1. Propiedades tecnofuncionales de maĆ­ces andinos: A-Capia (C), B-Chulpi (Ch) y C-Bolita (B). Las muestras sin numeración corresponden a las harinas nativas y las numeradas corresponden a los tratamientos usados: C1, Ch1 y B1:100 ā„ƒ ā€“ 15%H ā€“ 80 rpm; C2, Ch2 y B2:100 ā„ƒ ā€“ 20%H ā€“ 100 rpm; C3, Ch3 y B3:100 ā„ƒ – 25%H ā€“ 120 rpm; C4, Ch4 y B4: 120 ā„ƒ ā€“ 15%H ā€“ 100 rpm; C5, Ch5 y B5:120 ā„ƒ ā€“ 20%H ā€“ 120 rpm; C6, Ch6 y B6:120 ā„ƒ – 25%H – 80 rpm; C7, Ch7 y B7:140 ā„ƒ – 15%H – 120 rpm; C8, Ch8 y B8:140 ā„ƒ – 20%H – 80 rpm; C9, Ch9 y B9:140 ā„ƒ – 25%H – 100 rpm.

 

Figura 2. AnƔlisis de Componentes Principales de las propiedades tecnofuncionales de harinas integrales de maƭces andinos.

Conclusión

La extrusión modificó las propiedades tecnofuncionales de las harinas integrales de los tres maĆ­ces andinos estudiadas en este trabajo, excepto la CRO. La variación de la humedad y la temperatura en un extrusor monotornillo serĆ­an mĆ”s importantes en el diseƱo que la velocidad de tornillo para generar variaciones significativas sobre algunas propiedades tecnofuncionales. La CRA, IAA y el PH podrĆ­an utilizarse para analizar, en primera instancia, los cambios inducidos por la extrusión en harinas integrales. Las muestras extrudidas de maĆ­z Capia y Bolita con altos valores de IAA, CRA y PH, especialmente las harinas obtenidas en las condiciones 120 ā„ƒ – 25%H – 80 rpm, podrĆ­an emplearse en la elaboración de panes sin gluten. Estas harinas podrĆ­an mejorar la consistencia de las masas y la suavidad de los panes sin gluten debido a su capacidad de ligar agua.

Agradecimientos

Los autores agradecen a CONICET y SECyT-UNJu por el apoyo financiero brindado y al Proyecto ValSe-Food-CYTED (NĀŗ 119RT0567).

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