El objetivo de este trabajo fue estudiar las propiedades tecnofuncionales de la harina de maĆ­z cuzco extrudida alcalina (HMEA), obtenida por el agregado de Ca(OH)2 en el proceso de extrusión, y compararla con las de una harina de maĆ­z obtenida por un proceso de extrusión tradicional (HME). La harina nativa se acondicionó a humedades de 30, 35, 40 y 45% (p/p) y fue extrudida en un extrusor monotornillo a 80 ā„ƒ. Para la extrusión alcalina se adicionó 0,25 g de Ca(OH)2 /100 g de harina. El agregado de Ca(OH)2 en el proceso de extrusión afectó significativamente las propiedades tecnofuncionales de la HMEA, aumentando el Ć­ndice de solubilidad (ISA), y disminuyendo el Ć­ndice de absorción de agua (IAA) y la capacidad de retención de aceite (CRA) respecto a la HME. El tratamiento alcalino disminuyó el grado de gelatinización respecto a la HME, obteniendo valores entre 31,80 y 57.90% y aumentando la temperatura de gelatinización de 69 a 73 ā„ƒ. La firmeza de los geles varió de 0,26 a 0,33 N para HMEA, y de 0,50 a 0,77 N para HME. La extrusión alcalina modificó las propiedades tecnofuncionales de la harina de maĆ­z cuzco, disminuyendo la absorción de agua y controlando el grado de gelatinización, obteniĆ©ndose harinas con grado de cocción intermedio.
Palabras clave: harina modificada, grano entero, propiedades tecnofuncionales.

O objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades tecnofuncionais da farinha de milho cuzco extrudada alcalina (HMEA) obtida por adição de Ca(OH)2 no processo de extrusĆ£o e comparĆ”-la com as da farinha de milho obtida por um processo de extrusĆ£o tradicional (HME). A refeição nativa foi condicionada atĆ© a humidade de 30, 35, 40 e 45% (p/p) e extrudada numa extrusora de parafuso Ćŗnico a 80 ā„ƒ. Para a extrusĆ£o alcalina, adicionouse 0,25 g de Ca(OH)2/100 g de farinha. A adição de Ca(OH)2 no processo de extrusĆ£o afetou significativamente as propriedades tecnofuncionais do HMEA, aumentando o Ć­ndice de solubilidade (ISA), diminuindo o Ć­ndice de absorção de Ć”gua (IAA) e a capacidade de retenção de óleo (ORC) em relação Ć s do HME. O tratamento alcalino diminuiu o grau de gelatinização em relação Ć  HME, obtendo valores entre 31,80 e 57,90% e aumentando a temperatura de gelatinização de 69 para 73 ā„ƒ. A firmeza dos gĆ©is variou entre 0,26 a 0,33 N e 0,50 a 0,77 N para HMEA e HME respectivamente. A extrusĆ£o alcalina modifica as propriedades tecnofuncionais da farinha de milho cuzco, diminuindo a absorção de Ć”gua e controlando o grau de gelatinização, obtendo farinhas com grau de cozimento intermediĆ”rio.
Palavras-chave: farinha modificada, grão integral, propriedades tecnofuncionais.

Introducción

Las nuevas tendencias gastronómicas de cocina gourmet, en su permanente búsqueda de productos exóticos o pocos conocidos y en su afÔn de buscar nuevos sabores, favorecen indudablemente la difusión de cultivos andinos originarios. La promoción de estos cultivos, mediante el uso y agregado de valor, constituye una estrategia de importancia económica para las poblaciones locales.

Los maíces nativos de la Quebrada de Humahuaca y los Valles andinos de Jujuy son una de las principales especies cultivadas de importancia socioeconómica para los pobladores locales y han representado la base de su cultura alimentaria durante siglos.

La aplicación de diferentes procesos tecnológicos que modifiquen las propiedades tecnofuncionales de diferentes harinas de cultivos andinos se ha vuelto un tema de interĆ©s, principalmente porque carecen de gluten, por lo que presentan un inconveniente tecnológico a la hora de aplicarlo en la elaboración de alimentos farinĆ”ceos como pastas y panificados. Esto ha dado lugar a una serie de investigaciones que buscan imitar las propiedades viscoelĆ”sticas del gluten. De esta manera se han presentado nuevos usos para varios almidones y harinas no convencionales como la mandioca o yuca (Lorenzo, et al., 2008), la quinoa (Chillo, 2009) y el amaranto (Chillo, 2010; Mariotti, 2011), entre otros.

La extrusión-cocción es uno de los procesos termomecĆ”nicos ampliamente usados en la obtención de harinas pregelatinizadas. Es una tecnologĆ­a muy versĆ”til que provoca cambios estructurales en el almidón y las proteĆ­nas de las materias primas. Con este proceso se obtiene una masa constituida por los polĆ­meros del almidón (amilosa y amilopectina), mezclados con grĆ”nulos de almidón parcialmente gelatinizados, grĆ”nulos intactos, partes de endospermo y lĆ­pidos (Contreras-JimĆ©nez, et al., 2016).

El tratamiento de las materias primas almidonosas con reactivos alcalinos, como sales de sodio y calcio, es un mĆ©todo muy usado en paĆ­ses asiĆ”ticos y de AmĆ©rica Latina (por ejemplo, MĆ©xico) para obtener pastas y masas para tortillas con mejor elasticidad y firmeza (Guo, et al., 2017; Contreras-JimĆ©nez, et al., 2016). La adición de Ca(OH)2 incrementa el aporte de calcio y permite la interacción del ion divalente con el almidón, impartiendo propiedades funcionales deseadas a las harinas. Para los habitantes andinos del Norte Argentino, los maĆ­ces forman parte de su dieta habitual y utilizan el tratamiento alcalino como un pretratamiento para eliminar el pericarpio del maĆ­z.

La extrusión alcalina es una buena alternativa para obtener harinas precocidas de maĆ­ces de la Quebrada JujeƱa con propiedades tecnológicas mejoradas para ser aplicadas en la elaboración de pastas y panificados. Si bien existen trabajos de investigación acerca del uso de esta tecnologĆ­a sobre el maĆ­z (Contreras-JimĆ©nez, et al., 2016; Bello-PĆ©rez, et al., 2002; GutiĆ©rrez-Dorado, et al., 2008), aun no fue estudiada su aplicación en la raza de maĆ­z cuzco. Por otro lado, el tratamiento de extrusión alcalina realizado podrĆ­a ser aplicado para obtener harinas que pueden utilizarse en la formulación de masas libres de gluten, sistemas que por lo general requieren la formación de estructuras estables que aporten extensibilidad y cohesividad adecuadas. Conocer el efecto de la tecnologĆ­a de extrusión alcalina en las propiedades tecnofuncionales de la harina de maĆ­z cuzco permitirĆ” obtener una alternativa en el uso de estas harinas modificadas. Por ello, el objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la extrusión alcalina (con agregado de Ca(OH)2) sobre las propiedades tecnofuncionales de la harina integral de maĆ­z cuzco (HMEA) y compararlas con las de una harina de maĆ­z obtenida por un proceso de extrusión tradicional (HME).

Materiales y MƩtodos

Materia prima

Se utilizó maĆ­z blanco andino raza cuzco provisto por la cooperativa CAUQUEVA (MaimarĆ”, provincia de Jujuy, Argentina) y por el INTA-IPAF NOA (MaimarĆ”). Fue cosechado y posteriormente secado a temperatura ambiente de la zona (26 ā„ƒ de dĆ­a y 10 ā„ƒ de noche, temperaturas promedio). La molienda integral de los granos de maĆ­z se llevó a cabo en un molino de martillo (Polymix PX- MFC- 90 D Kinematica) hasta obtener una harina con tamaƱo de partĆ­cula menor a 450 Āµm, tamizada en malla N° 40 (ASTM-E-11-61).

Composición química

Se determinaron los contenidos de macronutrientes del maíz cuzco y las harinas precocidas obtenidas. Se emplearon los métodos analíticos AOAC: humedad (AOAC Internacional, 2005a), proteínas (AOAC Internacional, 2005b) y lípidos (AOAC Internacional, 2005c). La dureza del endospermo se determinó mediante la técnica del peso hectolitro (VÔzquez-Carrillo, 2003).

El pH se midió con un medidor de pH calibrado. Las muestras (10 g) se suspendieron en 100 mL de agua destilada hervida. La suspensión se agitó (1.500 rpm, 25 ā„ƒ, 20 min) utilizando un agitador orbital (modelo 21704-10; Cole Parmer International) (GutiĆ©rrez- Dorado, et al., 2008).

Acondicionamiento de harinas

Doce horas antes de cada ensayo de extrusión se pesaron muestras de 200 g de harina, a la cual se le agregó agua destilada segĆŗn los niveles de humedad elegidos para el proceso (30, 35, 40 y 45%), verificada por tĆ©cnica de humedad (AOAC Internacional, 2005a). Para la extrusión alcalina, a las muestras se les adicionó 0,25 g de Ca(OH)2/100 g de harina de maĆ­z. Cada muestra se mezcló durante 3 min y luego se almacenó en una bolsa de polietileno, por 12 h en refrigeración (5 ā„ƒ).

Extrusión

El proceso de extrusión se llevó a cabo en un equipo Extrusor Brabender (KE 19/25D, Alemania) monotornillo para obtener harina de maĆ­z extruida (HME) y harina de maĆ­z extrudida alcalina (HMEA). Se utilizó un tornillo con una relación de longitud a diĆ”metro 19:1 y una relación de compresión nominal 2:1. La velocidad de alimentación de las muestras acondicionadas fue de 20 rpm. La velocidad del tornillo fue de 60 rpm. El equipo extrusor manejó tres zonas de calentamiento: la primera zona (zona de alimentación) a 40 ā„ƒ, la segunda (zona de compresión) a 60 ā„ƒ y finalmente la tercera a 80 ā„ƒ (zona de cocimiento). Los extrudidos se obtuvieron por una boquilla de 3 mm de diĆ”metro y se recogieron en bandeja para su posterior secado.

Las muestras extrudidas se secaron en estufa a 30 ā„ƒ durante 12 h. Luego se molieron en molino de martillo y se pasaron a travĆ©s de una malla N° 60 (ASTM-E-11-61) para seleccionar partĆ­culas con un tamaƱo ≤ 250 Āµm.

ƍndice de solubilidad en agua (ISA), Ć­ndice de absorción de agua (IAA) y capacidad de retención de aceite

Se determinaron los Ć­ndices ISA y IAA en la HME y HMEA segĆŗn el procedimiento de Anderson y otros (1969), con ligeras modificaciones: se mezcló una muestra de 2,5 g con 10 mL de agua destilada en un tubo de centrĆ­fuga de 50 mL a 25 ā„ƒ. La suspensión se agitó durante 30 min y se centrifugó a 5000 rpm durante 30 min. El sobrenadante se colocó en una placa de aluminio tarado y se evaporó en un horno de convección a 105 ā„ƒ durante 12 h. Se registró el peso del gel, asĆ­ como el precipitado, y el IAA se expresó como g de gel/g de muestra seca.

El ISA se determinó utilizando la metodología informada por Anderson y otros (1969), utilizando la siguiente ecuación:

 

Donde: PSS es el peso del material soluble en el sobrenadante y PM es el peso inicial de la muestra.

La capacidad de retención de aceite (CRA) de las muestras se determinó segĆŗn el mĆ©todo descrito por Ahmed y otros (2016). Brevemente, se transfirieron 10 mL de aceite de girasol a 100 mg de muestra en un tubo de centrĆ­fuga de 50 mL, y se agitó. La mezcla resultante se centrifugó a 1500 g durante 30 min. La CRA se expresó como g de aceite absorbido/g de muestra a 30 ā„ƒ.

Todas las determinaciones se realizaron por triplicado.

Propiedades tƩrmicas

Las propiedades tĆ©rmicas de las muestras extrudidas fueron analizadas utilizando calorimetrĆ­a diferencial de barrido. Los termogramas fueron obtenidos con un DSC (DSC Q800 TA Instruments, Delaware, USA). El equipo fue calibrado con indio, usando una cĆ”psula vacĆ­a como referencia. Las muestras fueron preparadas directamente en las cĆ”psulas; se pesaron 2-3 mg de muestra y se adicionó agua destilada para que la concentración final de sólidos fuera del 20%. Luego fueron calentadas desde 40 ā„ƒ a 120 ā„ƒ a una velocidad de 10 ā„ƒ/min en presencia de nitrógeno. Fueron determinadas la temperatura de pico (Tp), y la entalpĆ­a (Ī”H/g) a partir del Ć”rea correspondiente a cada pico y grado de gelatinización (DG).

 

Firmeza de geles

Para determinar la firmeza de los geles de HME y HMEA se preparó una dispersión de harina/agua (3,5 Ā± 0,01 g en 25 Ā± 0,01 g de agua destilada). La dispersión se calentó a ebullición en una placa calefactora con agitación magnĆ©tica constante con el fin de alcanzar una hidratación homogĆ©nea. Las muestras se calentaron durante 8 min a la misma intensidad de la placa calefactora (temperatura aproximada de 93 ā„ƒ) (Kumar, 2019). Las soluciones de harina se vertieron en recipientes cilĆ­ndricos (35 mm de diĆ”metro interno, 65 mm de altura), se dejaron reposar durante 25 min a temperatura ambiente y se almacenaron a 4 ā„ƒ durante 24 h para conseguir la estabilización del gel. Cada gel se hizo por triplicado.

El anĆ”lisis de textura se realizó segĆŗn MartĆ­nez y otros (2015). La determinación de la textura de los geles se realizó a temperatura ambiente en un analizador de textura TA-XT2 Stable micro texture analyser (Stable Microsystems Ltd, Godalming, UK), equipado con software Texture Exponente Lite para Windows. Se realizó un ciclo de compresión usando una probeta cilĆ­ndrica de 5 mm de diĆ”metro (P5), se aplicó a una velocidad constante de la cruceta de 0,5 mms-1 con una profundidad de 10 mm de la muestra, seguidos de un retorno a la posición original. Se obtuvo la curva de fuerza-tiempo que se utilizó para calcular el valor del parĆ”metro de textura: dureza (la fuerza mĆ”xima observada durante el ciclo de compresión). Todas las mediciones se realizaron por triplicado.

AnƔlisis estadƭstico

Se utilizó un diseƱo factorial completamente aleatorizado con 2 factores, el primero de 2 niveles y el segundo de 4 niveles (Tabla 1). Los datos obtenidos se trataron estadĆ­sticamente mediante anĆ”lisis de varianza, mientras que las medias fueron comparadas por el LSD Prueba de Fisher a un nivel de significancia de 0,05, usando en ambos casos el software estadĆ­stico INFOSTAT–Versión 2017 (Di Rienzo, et al., 2017). Todos los experimentos se realizaron por triplicado y se informaron los valores medios Ā± la desviación o error estĆ”ndar.

Resultados y Discusión

Composición química

La Tabla 1 muestra la composición quĆ­mica de las harinas HME y HMEA a los distintos niveles de acondicionamiento de humedad. La humedad de las harinas HME y HMEA varió entre el 9,68 y 10,37%. Los valores de humedad encontrados fueron similares a los obtenidos por Contreras-JimĆ©nez y otros (2016). No se observaron diferencias significativas en el contenido proteico y el contenido de lĆ­pidos libres disminuyó significativamente (p < 0,05) en la HMEA en comparación con la HME. Los valores de la HMEA a 30 y 35% de humedad de acondicionamiento fueron significativamente mayores (p < 0,05) a los encontrados para la HME obtenida en las mismas condiciones. Esto puede deberse a que parte de los lĆ­pidos durante la extrusión forman complejos amilosa-lĆ­pido, y en presencia del agente alcalino, el Ca interacciona con el almidón disminuyendo la posibilidad de interacción amilosa-lĆ­pido (Ibarra-Mendivil, et al., 2008). La HME presentó valores de pH entre 6,26 a 6,44, mientras que el agregado de hidróxido de calcio incrementó significativamente (p < 0,05) el pH de las muestras de la HMEA.

Tabla 1. Composición quĆ­mica de las harinas tratadas.

 

Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas (p < 0.05).
Los valores se expresan en mg/100g base seca.

Propiedades funcionales

ƍndice de absorción de agua (IAA), Ć­ndice de solubilidad de agua (ISA) y la capacidad de retención de aceite (CRA)

El IAA estĆ” relacionado con el grado de cocimiento de las harinas. Los valores de IAA de la HMEA presentaron diferencias significativas (p < 0,005) comparadas con la HME (Figura 1a). El rango encontrado para la HMEA fue de 2,21 a 2,58 kg gel/kg harina, mientras que la HME presentó valores entre 3,11 y 3,46 kg gel/ kg harina. Estos valores estuvieron dentro del rango informado por Contreras-JimĆ©nez y otros (2016) para harinas procesadas en condiciones similares. Los valores mayores encontrados en la HME pueden ser debido a su mayor grado de gelatinización (Castillo, et al., 2009).

El Ć­ndice de solubilidad en agua indica la cantidad de sólidos disueltos por el agua cuando una muestra de harina se somete a un exceso de este lĆ­quido; indica tambiĆ©n el grado de dextrinización del almidón durante la extrusión (GonzĆ”lez, et al., 2006). El Ć­ndice de solubilidad se vio afectado significativamente (p < 0,05) por los niveles de humedad y el tratamiento alcalino. El rango de ISA (Figura 1b) encontrado para la HMEA (15,58 a 21,59%) fue significativamente mayor al de las muestras de HME (5,81 a 9,78%). Los mayores valores se encontraron para muestras con un nivel de acondicionamiento de 45% de humedad. Los valores de ISA para la HMEA fueron mayores a los valores reportados por Contreras-JimĆ©nez y otros (2016) para maĆ­z duro, posiblemente debido al tipo de maĆ­z. Los granos de maĆ­z blandos tienen un empaque suelto de los grĆ”nulos de almidón, en comparación con los granos duros que tienen una matriz proteica muy densa alrededor de los grĆ”nulos de almidón (Salvador-Reyes, et al., 2021). Por otro lado, en este trabajo se ha empleado harina integral de maĆ­z, por lo tanto, el tratamiento tĆ©rmico alcalino produjo una hidrólisis y solubilización de los componentes estructurales del pericarpio (Bello-PĆ©rez, et al., 2002), aumentando los valores de ISA. La CRA (Figura 1c) para la HMEA fue significativamente menor (p < 0.05) que la de la HME; este comportamiento es esperable ya que la HMEA presentó mayor ISA, indicando mayores componentes que se solubilizan en agua y disminuyendo componentes que retienen aceite (Valencia y RomĆ”n, 2006).

 

 

 

Figura 1. A) ƍndice de solubilidad en agua (ISA). B) ƍndice de absorción de agua (IAA). C) Capacidad de retención de aceite (CRA).

Propiedades tƩrmicas por DSC

En la Tabla 2 se presentan la temperatura de pico (Tp) y la entalpĆ­a de gelatinización (āˆ†H). La Tp varió de 68,27 a 72,28 ā„ƒ y de 71,11 a 73,08 para la HME y HMEA respectivamente. Los parĆ”metros tĆ©rmicos encontrados en la HMEA fueron similares a los informados por GutiĆ©rrez-Dorado y otros (2008); la mayor temperatura pico de gelatinización se observó en las muestras de HMEA y a mayor humedad (73,08 ā„ƒ). De acuerdo con Pineda-Gómez y otros (2011), la interacción de los iones de calcio y el almidón desplaza el pico de gelatinización a temperaturas mĆ”s altas. Este aumento de la Tp podrĆ­a producirse debido a un cambio en la estructura molecular de la harina, puesto que la presencia de Ca promueve la formación de puentes entre los grupos OH de los monómeros de glucosa con el calcio, lo que lleva a una estructura mĆ”s compleja que necesita mayor temperatura para romperse (Pineda-Gómez, et al., 2010). Para el menor contenido de humedad de extrusión se observaron grados de gelatinización de 31,80 y 61,40% para la HMEA y HME respectivamente. Estos resultados demuestran que los valores de ISA obtenidos para la HMEA no estarĆ­an solo asociados al grado de gelatinización, sino tambiĆ©n a la solubilidad de otros componentes con el tratamiento alcalino. El grado de gelatinización disminuyó a partir del 40% de humedad, lo que indicarĆ­a que a partir de este contenido de agua la misma actĆŗa como plastificante, reduciendo el efecto del cizallamiento mecĆ”nico y el calentamiento durante la extrusión (Liu, et al., 2017).

Tabla 2. Propiedades tĆ©rmicas de las harinas tratadas.

 

Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas (p < 0.05).
Tp (temperatura de pico); āˆ†H (entalpĆ­a de gelatinización); DG (grado de gelatinización).

Firmeza de geles

La firmeza de geles varió de 0,26 a 0,33 N y 0,50 a 0,77 N para la HMEA y HME respectivamente, encontrĆ”ndose diferencias significativas entre los tratamientos (p < 0,05) (Figura 2). La menor firmeza de los geles de la HMEA puede deberse a que los iones de calcio interrumpen la cristalización de las molĆ©culas de almidón durante el enfriamiento del gel, lo que conduce a redes de gel debilitadas (Cornejo y Rosell, 2015).

 

Figura 2. Firmeza de geles de las harinas extrudidas.

Conclusión

El agregado de calcio a la extrusión convencional de harina de maíz cuzco modifica sus propiedades tecnofuncionales, obteniéndose harinas caracterizadas por presentar un grado de cocción intermedio o menor a los obtenidos con una extrusión convencional. Por sus propiedades, tienen potenciales usos en sistemas de masas y/o en la elaboración de postres y salsas, sistemas que requieren menor firmeza en sus geles con mejor estabilidad a la retrogradación debido a la presencia de compuestos como complejos amilosa-lípido. El conocimiento acerca del comportamiento tecnofuncional de las harinas integrales nativas obtenidas por tratamiento térmico alcalino permite sugerir posibles usos en la elaboración de alimentos farinÔceos libre de gluten.

Agradecimientos

Este trabajo se llevó a cabo con financiamientos otorgados por la SecretarĆ­a de Ciencia y TĆ©cnica y Estudios Regionales (SeCTER) de la Universidad Nacional de Jujuy, y el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y TecnologĆ­a (CONICET).

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