Los granos andinos tienen gran potencial de transformaciĆ³n en nuevos productos, pero su aprovechamiento integral es un desafĆ­o tecnolĆ³gico. 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 determinĆ³ la composiciĆ³n proximal de las harinas integrales nativas. En las harinas nativas y extrudidas se midiĆ³ el Ć­ndice de absorciĆ³n de agua (IAA), el Ć­ndice de solubilidad en agua (ISA), la capacidad de retenciĆ³n de aceite (CRO), la capacidad de retenciĆ³n de agua (CRA) y el poder de hinchamiento (PH). Los maĆ­ces andinos presentaron diferencias significativas en su composiciĆ³n. La mayor parte de la variabilidad de datos se debiĆ³ a la humedad y la temperatura de extrusiĆ³n. 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 presentĆ³ 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, extrusiĆ³n, propiedades tecnofuncionales.

Os granos andinos tĆŖm grande potencial de transformaĆ§Ć£o em novos productos, mas em sua aprovaĆ§Ć£o integral e um desafio tecnolĆ³gico. 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 composiĆ§Ć£o proximal das farinhas integrais nativas. Nas farinhas nativas e extrusadas, determinaram-se o Ć­ndice de absorĆ§Ć£o da Ć”gua (IAA), o Ć­ndice de solubilidade em Ć”gua (ISA), a capacidade de retenĆ§Ć£o de Ć³leo (CRO), a capacidade de retenĆ§Ć£o 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 condiĆ§Ć£o 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: grĆ£os andinos, extrusĆ£o, propriedades tecno-funcionais.

IntroducciĆ³n

Los granos andinos como el maĆ­z tienen gran potencial de transformaciĆ³n 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 almidĆ³n (FAO, 1993). El grano de maĆ­z puede contener dos tipos de endospermo: vĆ­treo (duro-traslĆŗcido) y harinoso (blando-opaco), y la proporciĆ³n 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 domesticaciĆ³n 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 utilizaciĆ³n de harinas integrales sin gluten suele dificultar la obtenciĆ³n 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 extrusiĆ³n-cocciĆ³n 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 alimentaciĆ³n, el tiempo de residencia, la velocidad y configuraciĆ³n del tornillo, su geometrĆ­a, la temperatura del barril y la composiciĆ³n quĆ­mica del material, entre otros, son factores a tener en cuenta en el diseƱo y optimizaciĆ³n del proceso de extrusiĆ³n (Moscicki, 2011). En la extrusiĆ³n de harinas de cereales, el almidĆ³n es el componente que juega el papel mĆ”s importante debido a que los cambios que sufre, como la gelatinizaciĆ³n, fusiĆ³n y fragmentaciĆ³n, afectan la reologĆ­a del material y la textura del producto final (Roman, et al., 2018). Otros cambios importantes registrados durante la extrusiĆ³n incluyen la desnaturalizaciĆ³n de proteĆ­nas, la inactivaciĆ³n de enzimas, la formaciĆ³n de almidĆ³n resistente y la formaciĆ³n de complejos amilosa-lĆ­pido y proteĆ­na-lĆ­pido, entre otros (De Pilli y Alessandrino, 2020). La extrusiĆ³n tambiĆ©n es capaz de inducir cambios en la relaciĆ³n de fibra soluble/insoluble e incluso aumentar el contenido de fibra dietĆ©tica total, razĆ³n 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 GĆ³mez y MartĆ­nez (2016) indicaron mejoras de las propiedades panaderas de harinas sin gluten por aplicaciĆ³n de la extrusiĆ³n, 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 absorciĆ³n 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 extrusiĆ³n produce cambios considerables sobre esas propiedades, segĆŗn las condiciones utilizadas (Sarifudin y Assiry, 2014). Por ejemplo, el Ć­ndice de absorciĆ³n de agua y el Ć­ndice de solubilidad en agua suelen ser indicadores de la degradaciĆ³n de macromolĆ©culas de las harinas, como el almidĆ³n y las proteĆ­nas, luego de la extrusiĆ³n (Kharat, et al., 2019). AdemĆ”s, las propiedades de hidrataciĆ³n de las harinas pueden estar relacionadas con la variedad del cultivo. Cornejo y Rosell (2015) encontraron diferencias significativas en la capacidad de retenciĆ³n de agua, el Ć­ndice de absorciĆ³n de agua y el poder de hinchamiento de harinas de variedades de arroz de grano corto. La capacidad de retenciĆ³n de aceite y el poder de hinchamiento son medidas asociadas, por su afinidad quĆ­mica, a la concentraciĆ³n de fibra dietaria (Wang, et al., 2016), lo cual resultarĆ­a de utilidad en la caracterizaciĆ³n de harinas integrales sometidas a extrusiĆ³n. AdemĆ”s, la capacidad de retenciĆ³n de aceite se relaciona con el grado de cocciĆ³n de las harinas extrudidas, ya que este tratamiento promueve la exposiciĆ³n de zonas hidrĆ³fobas 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 econĆ³mica para la selecciĆ³n de las condiciones de extrusiĆ³n de harinas integrales con potencial para la elaboraciĆ³n de productos de panaderĆ­a.

El objetivo de este trabajo fue modificar las propiedades tecnofuncionales de harinas integrales de tres razas de maĆ­ces andinos mediante extrusiĆ³n para obtener harinas potencialmente mejoradoras de la calidad de panes sin gluten.

Materiales y MĆ©todos

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 relaciĆ³n de compresiĆ³n 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 determinĆ³ la composiciĆ³n proximal de las harinas integrales nativas por mĆ©todos AOAC: humedad (AOAC Internacional, 2005a); proteĆ­nas (AOAC Internacional, 2005b); lĆ­pidos (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 continuaciĆ³n.

ƍndice de absorciĆ³n 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 agitaciĆ³n, 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 sĆ³lidos 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 retenciĆ³n de aceite (CRO), capacidad de retenciĆ³n 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 retenciĆ³n de agua se determinĆ³ 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 decantĆ³ el sobrenadante y se pesĆ³ el residuo. La CRA de las muestras se determinĆ³ con la siguiente ecuaciĆ³n:

 

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

Para la determinaciĆ³n de la capacidad de retenciĆ³n de aceite se pesaron 500 mg de muestra. La muestra se mezclĆ³ con 10 mL de aceite de girasol refinado en un tubo de centrĆ­fuga. Se dejĆ³ equilibrar durante la noche a 20 ā„ƒ y luego se centrifugĆ³ a 10000 g durante 30 minutos. Luego se decantĆ³ el sobrenadante y se pesĆ³ el residuo.

 

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

Para la determinaciĆ³n del poder de hinchamiento se pesaron 200 mg de cada muestra en una probeta graduada y se hidratĆ³ con 10 mL de agua destilada a 20 ā„ƒ durante 18 h, finalmente se registrĆ³ el volumen ocupado por la muestra. El PH se determinĆ³ con la siguiente ecuaciĆ³n:

 

Donde: vs es el volumen ocupado por la harina despuĆ©s de la hidrataciĆ³n; 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 Ā± la desviaciĆ³n estĆ”ndar. La diferencia entre medias se evaluĆ³ por anĆ”lisis de varianza (ANOVA) de un factor, seguida por la prueba ad-hoc de Tukey con un nivel de significancia Ī± = 0.05. Los datos sobre las propiedades tecnofuncionales de las harinas extruidas se resumieron en un anĆ”lisis de componentes principales.

Resultados y DiscusiĆ³n

La composiciĆ³n proximal de las harinas integrales de maĆ­ces andinos se muestra en la Tabla 1, donde se observa que presentaron diferencias significativas en su composiciĆ³n. El maĆ­z Chulpi presentĆ³ el menor contenido de carbohidratos y el mayor contenido de proteĆ­nas y cenizas. En tanto, el maĆ­z Bolita presentĆ³ el menor contenido de lĆ­pidos. Los maĆ­ces Capia y Bolita presentaron composiciones similares, a excepciĆ³n 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 extrusiĆ³n, ya que estos lĆ­pidos pueden interactuar con la amilosa para formar complejos (Ding, et al., 2005).

Tabla 1. ComposiciĆ³n 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 aumentĆ³ entre 54,74 (Ch1) y 118,22% (C3); el ISA variĆ³ entre -33,20% (C9) y 384,56% (B3); el PH aumentĆ³ entre 54,30 (Ch3) y 265,39% (C4); la CRA aumentĆ³ entre 195,24 (Ch3) y 415,92% (B5). Todas las harinas integrales tratadas por extrusiĆ³n tuvieron mayores IAA, PH y CRA respecto a las harinas nativas. Espinosa-RamĆ­rez y otros (2021) y Silvestre-De-LeĆ³n y otros (2020) atribuyen el aumento de las propiedades de hidrataciĆ³n en muestras extrudidas a cambios estructurales en los biopolĆ­meros como la gelatinizaciĆ³n del almidĆ³n y/o desnaturalizaciĆ³n de las proteĆ­nas por exposiciĆ³n de sus grupos hidrofĆ­licos. Otros cambios estructurales, como la fragmentaciĆ³n 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 extrusiĆ³n independientemente de la temperatura. Stephen y Phillips (2006) seƱalaron la ocurrencia de fenĆ³menos de fragmentaciĆ³n molecular del almidĆ³n y su posterior repolimerizaciĆ³n ocasionados por efecto de cizallamiento a bajas humedades de extrusiĆ³n. En el mismo sentido, Sarifudin y Assiry (2014) informaron que el grado de fragmentaciĆ³n del almidĆ³n no solo estarĆ­a asociado a bajas humedades sino tambiĆ©n a temperaturas elevadas por degradaciĆ³n 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 almidĆ³n 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 morfolĆ³gicas de los grĆ”nulos de almidĆ³n propias de la raza o variedad vegetal, como el tamaƱo y el contenido de amilosa, tienen influencia sobre la gelatinizaciĆ³n del almidĆ³n y su comportamiento durante la extrusiĆ³n (Chaudhary, et al., 2008; NarvĆ”ez-GonzĆ”lez, et al., 2007).

Se realizĆ³ un anĆ”lisis de componentes principales con las propiedades tecnofuncionales que presentaron diferencias significativas para observar su correlaciĆ³n con las variables de extrusiĆ³n y la diferenciaciĆ³n por raza de maĆ­z (Figura 2). En el ACP se observĆ³ 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 correlaciĆ³n. Estos tres parĆ”metros, asociados a los cambios estructurales del almidĆ³n, proteĆ­nas y fibra, podrĆ­an utilizarse en la selecciĆ³n de los parĆ”metros de extrusiĆ³n de harinas integrales de maĆ­ces andinos con potencial para mejorar la calidad de panes sin gluten. CerĆ³n-FernĆ”ndez y otros (2016) probaron diferentes condiciones de extrusiĆ³n 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 hidrataciĆ³n, solubilizaciĆ³n y desarrollo de textura viscoelĆ”stica.

En general, las muestras de maĆ­z Capia y Bolita tuvieron un comportamiento similar frente a la extrusiĆ³n, presentando mayores IAA, CRA y PH a altas humedades y temperaturas. La similitud de la composiciĆ³n de las muestras nativas de maĆ­z Capia y Bolita podrĆ­an explicar en parte estos resultados.

EL CP2 se correlacionĆ³ 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 secciĆ³n 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 numeraciĆ³n 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 ā€“ 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 ā€“ 25%H ā€“ 80 rpm; C7, Ch7 y B7:140 ā„ƒ ā€“ 15%H ā€“ 120 rpm; C8, Ch8 y B8:140 ā„ƒ ā€“ 20%H ā€“ 80 rpm; C9, Ch9 y B9:140 ā„ƒ ā€“ 25%H ā€“ 100 rpm.

 

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

ConclusiĆ³n

La extrusiĆ³n modificĆ³ las propiedades tecnofuncionales de las harinas integrales de los tres maĆ­ces andinos estudiadas en este trabajo, excepto la CRO. La variaciĆ³n 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 extrusiĆ³n 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 ā€“ 25%H ā€“ 80 rpm, podrĆ­an emplearse en la elaboraciĆ³n 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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