Elaboracion de alimentos botana de tercera by Nixta_2013

10/11/2013

Elaboración de alimentos botana de tercera generación (3G) mediante extrusión, con alto valor nutracéutico Zazueta-Morales, J. J Delgado-Nieblas, C. I.

Martínez-Bustos, F.

Gallegos-Infante, J. A.

Camacho-Hernández, I. L.

Aguilar-Palazuelos E.,

Jacobo-Valenzuela, N.

Monterrey, Nuevo León, Octubre de 2013.

ALIMENTOS BOTANA  Se clasifican en tres generaciones:

1era generación: grano entero.

Elaborados a partir del

2da generación: Se obtiene una masa, la cual es sometida a un proceso de cocción para obtener el producto final. 3ra generación: Se obtienen por (freído en aceite, expansión usando aire caliente o microondas.

 Alimentos botana  Frituras

Almidón de maíz Almidón de papa

Huber y Rokey (1990)

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ALIMENTOS FUENTES DE COMPUESTOS BIOACTIVOS

Calabaza Cehualca

Maíz amarillo integral

- Carotenoides (80% -caroteno) - Fibra dietaria - Minerales

-Carotenoides (Luteína y Zeaxantina) - Fibra dietaria

Jacobo-Valenzuela et al. (2011 ) De Oliveira y Rodríguez-Amaya (2007)

ALIMENTOS FUNCIONALES  Son

aquellos alimentos consumidos como parte de la dieta habitual, con beneficios fisiológicos demostrados y que reducen el riesgo de enfermedades crónicas más allá de las funciones nutricionales básicas. Contienen:  Minerales específicos, vitaminas, ácidos grasos.

 Sustancias biológicamente activas y probióticos que tienen beneficios en la salud. Carotenoides:  Fibra dietaria Fenólicos:

German et al. (1999)

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EXTRUSIÓN  Es un proceso continuo en el cual el corte

mecánico es combinado con calor, humedad y presión, para gelatinizar almidones y desnaturalizar materiales proteicos, siendo ellos plastificados y reestructurados para crear nuevas formas y texturas.

 Es un bioreactor de tornillo por las transformaciones físicas, químicas y bioquímicas que ocurren con el material, que realiza, al mismo tiempo, funciones de transporte, mezclado, corte, orientación, expansión y formado del material, a presión y temperaturas controladas.

BOTANAS ADICIONADAS CON VEGETALES Autor

Trabajo

Resultados

Altan et al. (2008)

Efecto del proceso de extrusión (TE, contenido de subproductos del tomate y velocidad de tornillo) en características de botanas directamente expandidas.

A mayor TE y contenido de subproductos del tomate a una VT fija, menor índice de expansión (IE) e índice de adsorción de agua (IAA).

Stojceska et al. (2009)

Efecto del proceso de extrusión sobre características de alimentos botana elaborados a partir de mezclas de harina de trigo, almidón de maíz, repollo rojo y subproductos de la elaboración de cerveza.

A mayor CH, menor IE, mayor DA y FP. El proceso de extrusión incrementó el contenido de fibra dietaria y actividad antioxidante.

DehghanShoar et al. (2010)

Efecto del proceso de extrusión sobre características fisicoquímicas y retención de licopeno en botanas directamente expandidas elaboradas con almidones de maíz, arroz y trigo, adicionadas con pulpa y piel de tomate.

La TE no presentó efecto significativo sobre la retención de licopeno. La adición de tomate redujo en aprox. 25% la expansión de las botanas comparadas con un tratamiento control.

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OBJETIVO GENERAL

Estudiar el efecto de la temperatura de extrusión (TE, 93-141°C), contenido de humedad (CH, 21.27-34.73%) y contenido de harina de calabaza (HCAL, 0.43-15-57%), sobre características fisicoquímicas, microestructurales y nutracéuticas de alimentos botana 3G, expandidos por microondas

MATERIAS PRIMAS

Harina de calabaza Cehualca (Cucurbita moschata D.). (Delgado-Nieblas , 2007)

Harina de maíz amarillo integral

Almidón de maíz comercial IMSA.S.A .de C.V., México.

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PROCESO DE EXTRUSIÓN -Harina maíz amarillo -Almidón de maíz Relación 1 : 1

+ -Harina de calabaza Cehualca

Extrusión Brabender, 20 DN

Contenido de humedad 21-35%

Dado: 20x1.5 mm Tornillo simple compresión. 2:1 Constantes. TE zona 1=75 °C TE zona 2= 93-141°C TE zona 3=75 °C Velocidad de tornillo = 75 rpm

Obtención de pellets

Secado (9-13 % humedad)

EXPANSIÓN POR MICROONDAS

Microondas LG® 950 W y 2,450 Hz.

Tiempo de calentamiento 23 s

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 DENSIDAD APARENTE Método: Desplazamiento de Volumen (Semilla de mijo)

 = m/v

Pellets extrudido

botana expandida Penfield y Campbell (1990)

 PARÁMETRO DE COLOR b* Colorímetro triestímulo Minolta. Escala CIELAB

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 PERFILES DE VISCOSIDAD Rapid Visco Analyser RVA, Newport Scientific Warriewood, NSW, Australia

Zeng et al. (1997)

 DIFRACCIÓN DE RAYOS X Philips X´pert , Australia Muestras: 9-13% Barrido de ángulo Bragg de 5-35° Escala 2, intervalos 0.02

Cristalinidad relativa = Área de los picos / Área total

Nara et al. (1978)

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 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Microscopio Electrónico de Barrido INCA x-sight, modelo 6650 Oxford Instruments, England Pin de 12 mm Acercamiento de 1200x

Cárabez-Trejo et al. (1989)

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES  FIBRA DIETARIA Gelatinización con α amilasa Digestión enzimática con proteasas y amiloglucosidasas Lavado con etanol y acetona Secado.

AOAC 985.29 (2000) Prosky et al. (1988)

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 EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS 2 extracciones 80% acetona y 20% agua destilada

(Waterman y Mole, 1994)

PERFIL DE FENOLES HPLC Waters 600 HPLC Columna ODS-C18 Fase móvil agua: acetonitrilo y ácido acético Tiempo de corrida: 45 min. Volumen de inyección: 10 µL. Absorbancia a 280 nm

Rijke et al., 2006

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 INHIBICIÓN DE OXIDACIÓN DE LDL Absorbancia a 532 nm Concentración de muestra: 1000 ppm

Loy et al. (2002)

ANÁLISIS ESTADÍSTICO  ANÁLISIS DE DATOS Metodología de superficie de respuesta Paquete estadístico Desing-Expert 7.1.6

 DISEÑO ESTADÍSTICO Central compuesto rotable Variables independientes - Temperatura de extrusión (TE) - Contenido de humedad (CH) - Concentración de harina de calabaza (HCAL)

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DISEﾃ前 EXPERIMENTAL

TE= Temperatura de extrusiﾃｳn; CH= Humedad de mezclas ; HCAL= Harina de calabaza

ANOVA DE RESPUESTAS Densidad Aparente y Color b*

Respuesta

R2 Ajustada

DA b*

CV (%)

Valor F

p de F (modelo)

Falta de ajuste

0.85

9.92

13.90

0.002

0.289

0.89

2.84

18.77

< 0.001

0.830

DA= Densidad aparente (kg/m3); b*= Parﾃ｡metro de color b.

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DENSIDAD APARENTE Harina de calabaza = 8%

p ≤ 0.05 DA= +6478.20462 - 67.80738*TE - 164.17699*CH + 32.94209*HCAL + 0.79479*TE*CH - 0.31122*TE*HCAL + 0.084020*CH*HCAL +0.19076*TE2 + 1.32887*CH2 + 0.24790*HCAL2

Densidad aparente Correlación IE (r= -0.90, p= 0.001) TE (r= -0.60, p= 0.005).

Dehghan-Shoar et al. (2010) ; Altan et al. (2008)

PARÁMETRO b* de COLOR Temperatura de extrusión= 117°C

Parámetro de color b* Correlación HCAL (r= 0.76, p= 0.001)

p ≤ 0.05

B Contenido de humedad (%)

Parámetro b*= -79.28619 - 0.24079*TE + 8.28724*CH + 15.89143*HCAL -0.98467*CH*HCAL + 1.20240E-003*TE2 0.14768*CH2 - 0.12563*HCAL2 + 0.016335*CH2*HCAL + 2.81417E003*CH *HCAL2 Yang et al. (1998)

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PERFILES DE VISCOSIDAD Temperatura de extrusión (°C)

(cP)(cP)(cP) Viscosidad Viscosidad Viscosidad

21 (%)

Tiempo (min) 21 (%)

90 100 80 90 4000 100 3000 2000 70 80 90 3000 60 2000 70 80 1000 50 60 2000 70 1000 0 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 0 40 Tiempo (min) 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 Tiempo (min) 40000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 100 4000 3000

21 (%)

(cP)(cP)(cP) Viscosidad Viscosidad Viscosidad

0 (%)

Tiempo (min) 0 (%)

90 100 80 90 4000 100 3000 2000 70 80 90 3000 60 2000 70 80 1000 50 60 2000 70 1000 0 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 0 40 Tiempo (min) 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 Tiempo (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 4000 3000

0 (%)

100 4000

100

90 100 80 90 100 70 80 90 3000 60 2000 70 80 1000 50 60 2000 70 1000 0 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 0 40 Tiempo (min) 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 Tiempo (min) 40000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 100 4000 3000

4000 3000 2000

Contenido 28 de(%) humedad (%) Tiempo (min) 28 (%) 90 4000 100 4000 3000 3000 28 (%) 80 90 4000 100 4000

35 (%)

3000 2000

8 (%) (min) HarinaTiempo de8 calabaza (%) (%) 90 100 80 8 (%) 90 4000 100 4000 3000 3000 2000

70 80 90 3000 60 2000 70 80 1000 50 60 2000 70 1000 0 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 0 40 Tiempo (min) 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 Tiempo (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tiempo (min)

A A A

B B B

C C C

CH= 28 %; HCAL= 8%

35 (%)

Tiempo (min) 35 (%)

90 100 80 90 100 70 70 80 80 90 90 3000 3000 60 60 2000 70 2000 70 80 80 1000 1000 50 50 60 60 2000 70 2000 70 1000 1000 0 40 0 40 50 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 1000 0 40 0 40 Tiempo (min) Tiempo (min) 50 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 0 40 Tiempo (min) Tiempo (min) 40000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 100 40000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 100 3000 2000

(°C) (°C) (°C) Temperatura Temperatura Temperatura

100 4000

(°C) (°C) (°C) Temperatura Temperatura Temperatura

(cP)(cP)(cP) Viscosidad Viscosidad Viscosidad

4000

TE= 117°C HCAL= 8%

16 (%)

Tiempo (min) 16 (%)

90 100 80 90 100 70 80 90 3000 60 2000 70 80 1000 50 60 2000 70 1000 0 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 60 1000 0 40 Tiempo (min) 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 40 Tiempo (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 4000 3000

16 (%)

4000 3000 2000

Tiempo (min)

TE= 117°C CH= 28%

Tiempo (min)

Carvalho et al. (2002)

Ángulo de difracción 2θ

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ángulo de difracción 2θ

Ángulo de difracción 2θ A) CH= 28 %; HCAL= 8%

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

B 5

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ángulo de difracción 2θ B) TE= 117°C; HCAL= 8%

Contenido de humedad (%)

C 5

Ángulo de difracción 2θ HCAL= 16 (%)

CH= 35 (%)

Ángulo de difracción 2θ

HCAL= 8 (%)

Intensidad 5

Ángulo de difracción 2θ

HCAL= 0 (%) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

CH= 28 (%)

Intensidad 5

Ángulo de difracción 2θ

CH= 21 (%) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

TE= 141 ( 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Cristalinidad relativa(%)

Intensidad Intensidad

TE= 117 ( C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ángulo de difracción 2θ C)TE= 117°C; CH= 28%

Cristalinidad relativa(%)

TE= 93 ( C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Cristalinidad relativa(%)

DIFRACCIÓN DE RAYOS X

a b c

Harina de calabaza (%)

Singh et al. (1998)

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MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Óptimo sin extrusión

Óptimo pellet sin expandir

Óptimo pellet expandido

Tratamiento óptimo TE= 131°C CH= 24% HCAL= 12.5% Diop et al. (2011) Lee et al. (2000)

FIBRA DIETARIA Material

FDT (%)

FDI (%)

FDS (%)

Harina de calabaza

30.23±0.28

21.03±0.07

9.20±0.21

Harina de maíz amarillo

14.10±0.15

13.17±0.26

0.93±0.11

Almidón de maíz

0.46±0.09

0.45±0.04

0.01±0.004

10.60±0.18a

9.27±0.22a

1.32±0.41a

10.97±0.05b

8.59±0.02b

2.37±0.03b

Materias primas

Tratamiento óptimo1 Óptimo sin extrusión Óptimo extrudido 1Tratamiento

óptimo obtenido a TE= 131°C, CH= 24% y HCAL= 12.5% Jacobo-Valenzuela et al. (2011 ) Goñi et al. (2009)

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FIBRA DIETARIA

FDT

Fibra dietaria total (%)

A 12.0

B b

10.8

12.0

10.8

a 9.6

8.4 7.2 117

FDI

FDS

Fibra dietaria insoluble (%)

FDT

9.6 8.4

8.6

8.2

Fibra dietaria soluble (%)

FDI

FDS

Harina de calabaza (%) 8.6

b º

a 8.2

b 7.8

7.8

a b

7.4 7.0

7.8

7.4

117

141

4.4

7.4

7.0 93

7.2 21

8.6

Contenido de humedad (%)

7.0 21

Temperatura de extrusión ( C)

8.4

141

10.8

7.2

HCA

9.6

Temperatura de extrusión ( C)

TE CH

C 12.0

Contenido de humedad (%) 4.4

Harina de calabaza (%) 4.4

b 3.5

3.5

2.6 1.7

1.7

0.8 93

117

141

Temperatura de extrusión ( C)

1.7

0.8

2.6

3.5

2.6

0.8 21

Contenido de humedad (%)

Harina de calabaza (%)

Letras diferentes en cada figura indican diferencia estadística significativa (LSD, α= 0.05)

Camire y Flint (1991); Aguilar-Gutiérrez (2009)

IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS POR HPLC

Compuestos fenólicos mg/ 100g

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INHIBICIÓN DE OXIDACIÓN DE LDL

Letras diferentes en cada figura indican diferencia estadística significativa (LSD, α= 0.05)

Ác Gálico Ác Caféico

Inhibición de oxidación de LDL

Sánchez-Moreno et al. (2010) Cartron et al. (2001) Pari y Prasath (2008)

CONCLUSIONES  Los modelos matemáticos utilizados en el presente estudio para el ajuste de datos, arrojaron valores de R2 ajustada ≥ 0.85, sin presentar falta de ajuste para las variables de respuesta.

 Los factores temperatura de extrusión (TE) y contenido de humedad (CH) presentaron mayor efecto significativo (p< 0.05) sobre la densidad aparente.

 El factor harina de calabaza (HCAL) fue el que presentó mayor efecto sobre las características de color y funcionales.

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 Los análisis de microestructura sugieren que los productos extrudidos presentaron modificaciones debido principalmente a la gelatinización del gránulo de almidón, la cual se llevó a cabo de manera parcial. Se obtuvieron alimentos botana de tercera generación, con características físicas y fisicoquímicas similares o mejores a productos comerciales, los cuales podrían presentar un mejor contenido nutrimental, debido al importante aporte de carotenoides y fibra dietaria presentado por las materias primas harina de calabaza Cehualca y maíz amarillo.