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Universidad Autónoma de Sinaloa Facultad de Ciencias Químico Biológicas Programa Regional de Posgrado en Biotecnología
Botanas Saludables a Partir de Cereales y Leguminosas
Dr Roberto Gutiérrez Dorado Monterrey, Nuevo León, Octubre de 2013
Producto para la prevención de:
Malnutrición (México)
Enfermedades crónico degenerativas
1
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302, 279 (2.8 %) 1’ 467, 757 (13.6%) 171, 982 (1.6 %)
Bajo Peso Baja Talla Emaciación
2 millones Menores de 5 años desnutridos
Prevalencia estatal ALTA MEDIA BAJA
ENSANUT 2012
Mala Alimentación
Carencia
Diabetes Hipertensión Dislipidemia ECDV ER Artritis Cáncer
Exceso
Sobrepeso Obesidad
2º Lugar en obesidad en adultos 1º Lugar en obesidad infantil
ENSANUT, 2012
2
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Enfermedades No Transmisibles
80 % OMS,2012
Enfermedades No Transmisibles Principales causas de muerte en México y Sinaloa
Diabetes mellitus
Enfermedades del corazón Cáncer
INEGI, 2010; ENSANUT, 2012
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Metabólicos/fisiológicos Hipertensión arterial
Sobrepeso/Obesidad
Hiperglucemia
Hiperlipidemia OMS, 2011
Hiperglucemia Niveles elevados de glucosa en sangre DIABETES > 126 mg/dl
> 100 mg/dl
Normal
< 100 mg/dl
Pre Diabetes
< 126 mg/dl
Jenkis y col, 1981
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Liu, 2010; Miller y Engleson, 2010
Liu, 2010; Miller y Engleson, 2010
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Maíz Opaco-2 Características Mayor contenido de lisina y triptófano Proporción adecuada leucina/isoleucina Desventajas La raiz de la planta es susceptible a pudriciones Bajo rendimiento Endospermo blando Susceptible a plagas de almacén Mertz y col (1964)
Maíz de Calidad Proteínica (MCP ó QPM) Características
Mayor contenido de lisina y triptófano (70-100%) que el maíz común Buen balance de leucina/isoleucina No susceptible a pudrición de raíz Alto rendimiento Endospermo duro Estabilidad en almacén Villegas y Vasal (1992)
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Maíz Transgénico
Inserción y expresión de genes que codifiquen proteínas ricas en aminoácidos limitantes
Expresión de amarantina en maíz Maíz transgénico mejorado genéticamente con el cDNA la amarantina
Rascón-Cruz y col ,2004, Valdez-Ortiz , 2005
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Maíz transgénico mejorado con el cDNA de amarantina
Proteína total (32%) Aa esenciales Lisina (+18) Triptofano (+22%) Isoleucina (+36%)
Rascón-Cruz y col, 2004; Ayala-Rodríguez y col, 2009
C. Bioactivos: Actividad Biológica Fitoquímico
Actividad
Lectinas, inhibidores de proteasas, oligosacáridos, ác fítico, flavonoides, ác ferúlico, isoflavonas
Anticancerígenos
Ác fítico, oligosacáridos, fibra soluble, ác grasos insaturados
Hipocolesteromiantes
Ác fítico, fibra soluble, inhibidores de alfa-amilasa
Hipoglucemiantes
Compuestos fenólicos, ácidos fenólicos, flavonoides, péptidos bioactivos
Antihipertensivos
Isoflavonas, ác fítico, flavonoides, lignina, ácido ferúlico
Antioxidantes
Xu y pChang, 2008; Torruco-Uco y col, 2009 ;Pinto y col, 2009; Campos-Vega y col, 2010.
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Cereal-Leguminosa
Mejora Calidad Proteínica
Propiedades Nutracéuticas
Producto Harina (Maíz/frijol extrudidos)1 Pastas (Trigo y leguminosas)3 Alimento infantil (QPM/garbanzo extruidos)2 Spaghetti (Trigo/frijol). CAox5 Tortillas (QPM/ frijol negro). CAox-IG6 Mezcla de frijoles y arroz. IG 7 Bebida nutracéutica (Maíz /garbanzo extrudidos) CAox alta 8 Bebida (QPM/frijol extrudidos) CAox alta 9 Alimento inst. (Maíz /frijol extrudido) CAox alta 4 1Navarrete-pérez y
col, 2007; 2Gutiérrez-Dorado y col, 2008;3Granito y Ascanio, 2009; 4Espinoza Moreno, 2011; col, 2012; 6Grajales-García y col , 2012; 7Thompson y col, 2012; 8Rochín-Medina y col, 2012; col, 2012.
5Gallegos-Infante y 9Reyes-Moreno y
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Botana Comida pequeña y ligera que se usa para satisfacer el hambre Fácil adquisición
Material Proporción %
Listos para consumo
Tamaño pequeño
Consumo niños jóvenes
Condiciones proceso
Bajo aporte nutricional
Parámetros evaluados
H (%)
TE (°C)
VT (rpm)
IE
DA (g/cm3)
DU N
Maíz/frijol (75/25, 50/50, 25/75)
12
160
100
(1.46-1.61)
(0.30.5)
335361
Almidón de maíz/frijol (15, 30 y 45)
22
160
150
2.16
0.14
___
Garbanzo 60 Almidón 23 Conc. Prot 15
(16-18) 16
(150-170) 170
(250-320) 320
(3.06-4.99) 4.99
(0.13-0.25) 0.13
(184550) 198
Arroz negro 95/ Soya 5
(15-19) 15
(150-190) 190
(350-450) (2.43-3.21) 350 3.21
(0.13-0.29) 0.13
(307529) 332
Pérez Navarrete y col, 2006; Anton y col, 2009; Meng y col, 2010;Suksomboon y col, 2011
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Material Proporción %
Garbanzo 30 Maíz 20 Avena 20 Almidón m 15 Zanahoria y avellana 15
Maíz 60/ 40 frijol Almidón maíz/ Frijol 15,30 y45
Condiciones proceso
Parámetros evaluados
H (%)
TE (°C)
VT (rpm)
VA (kg/h)
11-15
__
220340
22-26
(14-18) 16
(150-190) 142
90
__
22
160
150
__
CAT
FT
FLV
Se man tiene
____
valores más altos
Ozer y col, 2006; Delgado Licon y col, 2009; Anton y col, 2009
Justificación El consumo de granos integrales y productos a partir de granos integrales La mezclahan cereal-leguminosa es launa buena del alternativa sido asociados con reducción desarrollopara de
mejorar el tipos valor biológico de las proteínas, a que las diferentes de enfermedades como, debido cardiovasculares, proteínastipo de 2los granos de maíz frijol se complementan entre sí; diabetes y algunos tipos deycáncer. así mismo, la evidencia reciente sugiere que la mezcla de El maíz QPM y el maíz transgénico (expresando el cDNA de bioactivos en alimentos integrales puede ser más saludable son los lacomponentes amarantina) son materiales individuales aislados.que tienen características
similares a las de maíz normal, pero contiene mayor contenido de proteína y aminoácidos esenciales (Lyspara y Trp). La extrusión, un proceso cada vez más utilizado la Compuestos fenólicos encontrados en maíz han sido producción de alimentos para el consumo humano, y tiene un asociados con actividad antioxidante papel central en la industria moderna de los cereales, yes la efectos técnica anticarcinogénicos. más utilizada en la producción de productos tipo botana. Esta
tecnología El frijol es unaalta buena fuente presión nutrientes, además contiene utiliza temperatura, y fuerza de corte para
compuestos fitoquímicos que expandidos, juegan un papel importante la obtener productos altamente de baja densidadencon prevención y el tratamiento de ciertas enfermedades. propiedades únicas de textura.
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Hipótesis
A partir de una mezcla de maíz QPM ó
maíz transgénico mejorado genéticamente/ frijol negro integrales aplicando condiciones optimizadas de las variables de extrusión, es posible obtener botanas de valor nutricional/nutracéutico alto, sensorialmente aceptables.
Objetivo general
Adaptar la tecnología de extrusión para la producción de una botana de valor nutricional/nutracéutico alto, a partir de una mezcla de maíz QPM ó maíz transgénico de calidad proteínica / frijol común negro integrales.
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Objetivo específicos
1
Optimizar las condiciones de extrusión para la obtención
de una botana con buenas características de expansión, textura y capacidad antioxidante (CAox) alta a partir de la mezcla QPM ó MTCP/FC integrales.
2
Caracterizar química, fisicoquímica, nutricional y
sensorialmente las botanas optimizadas.
Objetivo específicos
3 Evaluar niveles de compuestos bioactivos (fenólicos totales, flavonoides totales, taninos, antocianinas y ácido ferúlico) de las botanas optimizadas.
4 Determinar propiedades nutracéuticas (Caox, capacidades hipoglucémica e hipocolesterolémica) de las botanas optimizadas.
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Esquema General 70% QPM ó MTCP+ 30% FN Variables de proceso H, T y VT
Variables de Respuesta IE, DA, DU, CAox
OPTIMIZACIÓN
Botana optimizada
Química, fisicoquímica, nutricional, sensorial
Fitoquímicos
• Comp. Proximal • Fibra dietaria • Almidón total, disponible y resistente • Perfil de Aminoácidos • CQ • C-PER • Evaluación sensorial
CFT CFlT TC Antocianinas Ác. Ferúlico
• • • • •
Prop. nutracéuticas
• Cap. Antioxidante • Cap. hipoglucémica • Cap. hipocolesterolémica
Composición química Característica (%bs)
MCP
Frijol Negro
Mezcla MCP/frijol negro
Proteínas
10.38 ± 0.5
21.01± 0.68
13.71 ± 0.43
Grasas
5.1 ± 0.21
2.78 ± 0.08
4.25 ± 0.19
Cenizas
1.65± 0.01
5.05± 0.02
2.67± 0.12
82.86
71.16
79.34
CHO
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Deseabilidad
170.00
157.50
Temperatura
0.167 0.333 0.667
145.00
0.500
0.833
132.50
Prediction
1.000
Desirability
120.00 15.00
17.50
20.00
22.50
25.00
Humedad
1
Humedad
1
Temperatura
1
Vel. Tornillo
1
IE
1
Densidad
1
Fza. Punsi贸n
1
Combined
0.000
0.250
0.500
0.750
1.000
Fabila-Carrera (1998)
Botana optimizada HA= 16.4% TE= 137潞C VT=233 rpm
Mezcla de harinas 70% QPM/ 30% FN acondicionada
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Característica
Óptimo teórico
Botana comercial Totis
Botana comercial Chettos
Diámetro expandido (mm)
8.7
17.26
9.26
Densidad (g/cm3)
0.142
0.078
0.29
Textura (N)
0.56
0.78
3.26
Composición química Análisis Proximal(g/100 g muestra) Muestra
Proteína
Grasa
Cenizas
CHO
Mezcla cruda
13.71a
4.25c
2.37c
79.67b
Botana Optimizada
12.78a
2.11d
2.59b
82.52a
Botana comercial 1
5.04c
36.43a
2.28c
56.25d
Botana comercial 2
5.61b
21.13b
4.12a
69.14c
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Capacidad antioxidante y comp. fenólicos Nutracéuticas Muestra
Capacidad antioxidante
Fenólicos totales
Antocianinas Flavonoides
mg equiv. (mg GAE/ 100 g) cianidina-3glucosido/100g )
Taninos (mg GAE/ 100 g)
(µmol ET/100g)
(mg GAE/ 100 g)
Mezcla cruda
5842a
159b
57ab
1.68a
224.69a
Botana Optimizada
6165a
199a
59a
0.28b
98.67b
Botana comercial 1
1659b
58d
47c
0.02d
34.29d
Botana comercial 2
1619b
94c
56b
0.20c
58.41c
Conclusiones 1.- Las condiciones óptimas del proceso CH=16.4%, TE=137°C y VT=233 rpm.
fueron:
2.- La botana elaborada con las condiciones óptimas presentó mejores características físicas (IE=2.95, DA=0.142 g/cm3, Du=0.56 N) que botanas comerciales empleadas con fines de comparación. 3.- La botana optimizada también presentó mayor capacidad antioxidante (método ORAC) (272-281%) y contenido de fenólicos (fenólicos totales 112-243%, flavonoides totales 5-26%, taninos condensados 69188%, antocianinas 40-1300%) que las botanas comerciales.
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Conclusiones 4.- Porciones de 50 g de botana saludable optimizada contribuye con 62-103% del consumo diario recomendado de antioxidantes (3,000-5000 Âľmol Equivalentes de Trolox). 5.- La botana desarrollada en este trabajo puede ser empleada como alternativa a botanas con bajo valor nutricional y nutracĂŠutico; ĂŠstas Ăşltimas son las que predominan en un mercado de consumidores con tendencias o incidencias notables al sobrepeso u obesidad.
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