A nivel de pequeña industria, el grano es procesado a gran escala y se elabora harina utilizada como materia prima en pastelería, confitería, entre

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fiornbre:

Matricula:

/carrera:

Teléfono:

Trimestre lectivo:

Horas

a la semana: A i t u i o del proyecto:

/Asesor:

Lugar:

Fecha de inicio:

LAURA OLIh4PIA GUERRERO

VAZQUEZ.

88241816.

INGENIERIA DE LOS ALMENTOS.

3 52- 18-34.

96-0.

. i.

20

HORAS

A

L A SEMANA

EVALUACION DE LA CALIDAD

"

T

A

L

DE

DOS

CONCENTRADOS PROTEICOS DE AMARANTO

OBTENIDOS

POR SOLUBILIZACION ALCALINA.

Dr. JORGE SORIANO

SANTOS

UNIVERSIDAD

AUTONOMA METR0POLITA.N~

IZTAPALAPA

LABORATORIO S-156.

Y C - E e l

19 DE AGOSTO DE 1996.

19 DE

FEBRERO

DE 1997

J

.

/Fecha de terminación:

Clave: IA.018.96

Nombre del proyecto. IZACION DEL AMARANTO.

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Srita. Laura Olimpia Guerrero Vázquez

.

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I

1 ) INTRODUCCION

Amaranto. PersDectivas

Por su potencial nutricional y su aporte energético a la dieta humana, el amaranto ha sido causa de estudio desde la década de los 70 (Nacional Research Council, 1984).

Feine (I 979), señaló especificamente

a

México como lugar de origen del amaranto, cuya semillas eran comestibles desde la época precolombina. Reyna y col. (1988) citaron que en civilizaciones tan desarrolladas como la maya, tolteca, azteca entre otras, el amaran@ junto con el frijol, maíz y chía formaban parte esencial de la dieta de sus pobladores. En ciertos días del calendario religioso, las mujeres trituraban la semilla, las teñían de rojo con sangre y las

mezclaban con miel, dándoles formas de figurillas de serpiente, montatias, perros y dioses que se comían en templos durante las ceremonias. A la llegada de

los

españoles, su cultivo y su uso decayó notablemente debido principalmente a que el consumo de &te, se asociaba a ritos magico-religiosos lo cual creaba conflictos por su similitud con la eucaristía cristiana en plena dominación espatiola. (Soriano Santos y col.,l992).

Si bien en México, existen todavía varios aspectos por resolver sobre los nuevos usos del amaranto, también es cierto que existe

la

voluntad suficiente para ordenar cada vez más desde su producción en el campo, hasta hacer eficiente y de mejor calidad los alimentos procesados provocando que la dieta de la población se vea mejorada con la ingesta de proteínas, carbonidratos, aceites, vitaminas y sales minerales que proporcionan tanto los derivados del grano, como los de las flores, hojas y tallos. _c í.

A nivel de pequeña industria, el grano es procesado a gran escala y se elabora harina utilizada como materia prima en pastelería, confitería, entre otros. Además, Soriano (1991) menciona un nuevo uso en el aprovechamiento de las propiedades emulsificantes y gelificante de los almidones de la semilla.

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Proteína. calidad y análisis.

El concepto de calidad de una proteha parece a primera vista ser evidente. Sin embargo, en examen minucioso, una definición precisa resulta muy difícil. La capacidad de una proteína no sólo depende de la composición de aminoácidos y de su digestibilidad, si no de la composición de la dieta como un

todo. Entre los factores que podrían ser incluidos, tenemos el origen y niveles de carbohidratos, entrada de lípidos, contenido de minerales y vitaminas, entrada de agua y la cantidad y frecuencia de la ingestión de comida.

El papel de la proteína en la dieta es la de proveer materiales para la síntesis de proteína y otros metabolitos como por ejemplo hormonas. Todas las funciones de las proteínas de la dieta son esenciales para el mantenimiento de la salud. El valor nutritivo de una proteína recae primordialmente sobre la

capacidad de satisfacer las necesidades de nitrógeno y aminoácidos esenciales.

En 1946, Block and Michel introducen el concepto de imponer la calidad nutricional de una proteína sobre la base de sus aminoácidos constituyentes. El método consiste en calcular la cantidad de aminoácidos esenciales contenidos en una proteína ó mezcla de proteínas, la cuenta de aminoácidos deberá ser comparada con la cantidad de nitrógeno absorbido y que es retenido, esto es, el valor biológico (VB). La correlación entre la cuenta y la proteína neta utilizada, la cual es una fracción del nitrógeno que entra y que es retenido, esto es, poner un índice exclusivo de digestibilidad, únicamente será alta la calidad, cuando la digestibilidad sea alta.

La 6ua,uación biológica de una proteína depende de una adecuada comparación con una proteína apropiada de referencia. En

ei

pasado la caseína ha sido usada como el estándar

6

"proteína de referencia".

Por lo tanto, la evaluación de la calidad de una proteína normalmente procede de lo más simple a lo más complejo, la evaluación comienza con un análisis de aminoácidos y nitrógeno, iniciando con una serie de mediciones químicas específicas y finalizando con pruebas biológicas; los resultados son extrapolados de animales experimentales a humanos (Peter and Vernon, 1980).

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2)

ANTECEDENTES.

Existen tres especies del género Amaranthus (del griego que significa inmortal) que producen vainas grandes repletas de semillas comestibles: A. hypochondriacus y A. cruentus que son cultivadas en México y Guatemala y A. caudatus que es cultivada en Perú. Se cree que las especies para producción vegetal son originarias de Sudamérica y del Sureste de Asia (Paredes López y col., 1990).

El amaranto es una planta de crecimiento rápido y puede

crecer

en climas calientes y templados donde el suministro de agua es limitado y es altamente tolerante a condiciones aridas y suelos pobres: en estas condiciones los cereales tienen pocas opciones de desarrollarse.

El

amaranto también se adapta satisfactoriamente a altitudes tan elevadas como 2,500 m sobre el nivel del mar.(Paredes López y

col.,

1990).

El amaranto responde bien a la fertilización y a abonos orgánicos; se han reportado promedios de producción de grano de 1.1, 1.3 y 1.5 t o m a en California (E.U), Puerto Rico y Suiza respectivamente. Estos niveles se

consideran bajos en comparación a los obtenidos en México, donde se han reportado hasta 3 tonlha. Las producciones más altas se han obtenido con una densidad de plantación de 320 a 360 plantadha (Paredes López y

col.,

1990).

I

La planta de amaranto es muy frágil durante los primeros días de emergencia y a estas densidades de plantación el número de ramificaciones en las plantas disminuye grandemente, presentándose sólo una cabeza de semillas

lo

cual ayuda a la cosecha mecánica. La floración ocurre entre

los

43 y

57

días después de la siembra y la cosecha se realiza entre los 100 y 129 días (Paredes López y

col.,

1990).

Las plantas producen grandes cantidades de semilla (hasta cerca de 20 g de semillalplanta); una vez obtenida la semilla se procede a secarla para reducir la humedad de un 52% a 14-16%; para el almacenamiento, las semillas se puede limpiar por medios neumáticos y guardarse en condiciones secas (Paredes López y col., 1990).

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En el grano de Amaranthus cruentus, el 65% de la proteína se encuentra en el germen y en la cubierta de la semilla y el 35% en el penspenno amiláceo (Betschart y col.,l981), otras especies de amaranto probablemente muestren una distribución similar (Saunders y Becker, 1984). Sin embargo, la mayor cantidad de esta proteína se localiza en

los

cuerpos proteicos que tienen up. diámetro de 1.5 a 2 mm en el embrión y en el endospermo, y de menor tamaño en el perispermo (Saunders y Becker, 1984).

De las investigaciones realizadas hasta la fecha se conoce que las semillas del amaranto representan una buena fuente de vitaminas y minerales, además de contener cerca del 12.5-1 7.6% de proteína muda en base seca y un

alto contenido en fibra cruda (Tablael), las proteínas del grano de amaranto contienen alrededor de 5 % de lisina y 4.4% de aminoácidos sulfurados

los

cuales son los aminoácidos limitantes en otros granos. Además hay varios informes acerca del valor nutritivo excepcional de las proteínas del amaranto, las wales son similares a la de la caseína de la leche.

Así

mismo, se ha observado que las semillas tostadas o reventadas tienen mejor digestibilidad que las crudas y, por

lo

tanto, es conveniente introducir el "reventado o el

"tostado" como un paso previo para la elaboración de

los

productos de amaranto .(Sánchez-Marroquin, 1980).

Los aminogramas obtenidos determinaron que el amaranto es un grano de buena calidad proteica con valores altos de aminoácidos, pero con una aparente deficiencia de leucina, la cual puede complementarse con la adición de otros cereales en la dieta, como el maíz. Para la metionina se han reportado valores bajos debido a que se destruye parcialmente durante hidrólisis ácida; el triptófano se sitúa alrededor del 2.1 %(Speckman y

col.,

1958; Becker y

col.,

1981).

A partir de 1940, el uso de los concentrados y aislados proteicos en alimentos se ha incrementado. Actualmente se obtienen de diversas fuentes como levaduras, hongos, leguminosas, -oleaginosas, cereales y diversas plantas. Los métodos de concentración y aislamiento proteico a escala industrial se han desarrollado y operado en función de su costo y eficiencia; algunas de las tecnologías de aislamiento proteico utilizan métodos de extracción con disolventes, tratamientos a pH extremos y finalmente el secado del aislado. Este

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producto final se espera sea un polipeptido, Con la misma secuencia de aminoácidos que el material original, con la misma calidad nutrimental, no obstante si la apariencia sensorial no es la adecuada puede ser rechazada por el consumidor (Soriano Santos y

col.,

1989)

La selección del procesamiento y las propiedades de un concentrado o aislado proteico está parcialmente determinado por la fuente de que se trate, es decir, cereal, leguminosa u oleaginosa; por ejemplo las proteínas de reserva de las oleaginosas y leguminosas se extraen generalmente en medios acuosos, mientras que para los cereales es más común el uso de surfactantes y disolventes orgánicos. Sin embargo, uno de

los

métodos que se pueden emplear para la obtención de concentrados proteicos a gran escala, .es la clasificaci6n por aire (Sánchez-Mar, aquin y

col,,

1986), en el que se considera que no se modifica el estado nativo de

los

carbohidratos y las proteínas de reserva del material por este proceso (Soriano, 1993).

Tradicionalmente las proteínas de la semilla del amaranto han sido aisladas y fraccionadas usando extracción

con.

solventes secuenciales (Soriano y

col.,

1992). El agua

y

las soluciones salinas de fue- iónica baja extraen, la fracción definida como albúmina; las soluciones salinas, las globulinas; el etanol, las prolaminas y los ácidos o álcalis extraen las glutelinas. En consecuencia, las proteínas de diversas fuentes vegetales se han fraccionado por diferentes versiones de este esquema de solubilidad (Soriano Santos y col., 1989).

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3) OBJETIVOS

Objetivo general

Determinación de la calidad nutrimentat de diferentes concentrados proteicos del grano de amaranto.

Objetivos específicos

a)

Determinación de la relación de eficiencia proteica (PER) en dos concentrados proteicos. w

b) Determinación de la digestibilidad en los concentrados

c) .Evaluar el efecto de los diferentes métodos de solubilización empleados en la obtención de los' cxjncentrados proteicos sobre la calidad nutnmental del grano de amaranto.

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. . . .

4)

MATERIAL

Y METODOS

Plan de trabajo,

En

la

Fig.1

se presenta

el

plan

de

trabajo para el desarrollo

de

esta

investigación.

4.1) Origen

del

material.

Para este trabajo se utilizó harina

de

amaranto proteica (28%

de

proteína

cruda),

A. hypochondnacus

obtenida

por

el

sistema

de

clasiricación neumática

(Sánchez-Marroquín, 1986) en las instalaciones de San Miguel de Proyectos

Agropecuarjos, S.P.R. de

R.S.

Todos

los

reactivos utilizados

en

este trabajo

fueron grado reactivo.

4.2) Obtención de

los

concentrados.

Para la obtención

de

los concentrados groteicos se utilizaron los

siguientes métodos (SorianoSantos

y

Córdoba-Salgedo, 19959, mismos que se

ilustran

en

la Fig. 2.

.

4.2.1) Solubilización alcalina.

Se prepararon suspensiones al

10 %

p/v de harina

en

agua destilada,

posteriormente se ajustó el pH de

1

O

y

a pH de

11

respectivamente con NaOH

(40% p/v)

y

se sometieron a agitación magnética durante

60

min,

al término de

este lapso, se centrifugaron durante

20

min

a

5000

rpm;.para la precipitación

de

la proteínas;

los

sobrenadantes se llevaron a pH 4 con ácido tricloroadtiu, (10

%

vlv)

y

se centrifugó nuevamente a

5000 rpm. durante 20

rnin.

Los

precipitados

se recuperaron

y

secaron

por

separado a 4OoC por

el

tiempo suficiente.

Los

concentrados se pulverizaron

y

se guardaron a

5

OC hasta su uso (Fig.

2).

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INGREDIENTES

proteínas' grasa'

fibra3

mezcla de vitaminas4 mezcla de minerales5

almidón' (para completar) sacarosa'

4.3) Análisis químico proximal de los concentrados.

Qll 00 Q de dieta

10 5 5

I 3.5 50 1 O0

El análisis químico proximal comprendió las siguientes determinaciones:

Proteína _(El factor es de N X 5.85 para la conversión del nitrógeno a

proteína). Humedad. Cenizas. Carbohidratos. Grasa.

Todos

los

métodos utilizados son aprobados por la A.O.A.C. (1980).

.

..

'

4.4) Análisis de la calidad nutrimental de los concentrados proteicos de

amaranto (C.P.A.).

c.

4.4.1) Preparación de las dietas experimentales.

Se tomaron en cuenta

los

resultados químico proximal de los concentrados proteicos y se procedió a preparar las dietas según la siguiente tabla de composición general. .

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4.4.2) Preparación de la dieta control

Se preparó según la composición de la tabla 2 con caseína comercial (SIGMA) como fuente de proteína.

4.5) Experimento biológico.

Se utilizaron 12 ratas Winstar machos recién destetados de 23 días de nacidos con peso de 32

a

72 g. Cada una se alojó en cajas transparentes

plásticas con tapa de rejilla. Se formaron 3 grupos de cuatro animaies, un grupo por cada concentrado y un grupo más para la dieta control. Los animales fueron alimentados diariamente, suministrándoles 20 g de dieta por día, tuvieron acceso al agua en forma continua, Meviamente potabilizada con un producto comercial ( hipodorito de sodio ). Los pesos de los animales se registraron día

con día antes del cambio de ración.

Así

tambih se registró el peso del alimento sobrante de la ración anterior y se tomaron muestras de excremento. El

experimento se realizó durante un periodo de 15 días.

* 7 ' .

._ 4.6) Evaluación de la calidad nutrimental de

los

C.P.A.

4.6.1) Relación de eficiencia proteica.

La relación de eficiencia proteica (PER), es un método biológico utilizado para evaluar la calidad de

la

proteína. Se define como la ganancia en peso por

gramo de proteína ingerida, es decir:

PER=ganancia en peso I proteína consumida.

4.6.2) Prueba de digestibilidad.

Esta prueba se realizó según (Varnish and Carpenter.,l975).

a) Elaboración de pan de cromo.

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un periodo de adaptación de 2 dias) se recolectaron las heces hasta el día Último del experimento.

b) Mezcla digestora.

Disolver 2 g de molibdato de sodio en 30 mL de agua destilada. Agregar lentamente 30 mL de

H2SO4

concentrado con enfriamiento constante en agua de hielo, cuando este completamente frío agregar 40 mL de ácido perclórico

ai

70

%. Almacenar la solución en una botella ámbar y no utilizarla después de 2 semanas.

c) Solución estándar.

A 15 mg de CrtOs se le adicionaron 15 mL de mezcla digestora y se aforó

a 1

O0

mL con ác. sulfúrico 1 .l M, dando una absorbancia de 0.348 a

440

nm. Procedimiento. c

En

la Fig. 3 se muestra esquematicamente la metodología empleada para la determinación de la digestibilidad.

Se pesaron 200 mg de las heces colectadas en el transcurso del experimento, en un papel filtro y se colocaron en

un

matraz kjeldahl de 100 mL. Se agregó 2 mL de ácido nítrico. concentrado al matraz, dejándolo reposar toda la noche, sobre el quemador del digestor apagado, al día siguiente se calentó suavemente ( con el termostato del quemador en posición low) el matraz hasta que la muestra se carbonizó en su totalidad, posteriormente se dejó enfriar y se adicionaron 3

mL

de mezcla digestora; calentando

con

el termostato del quemador en posición 3, hasta que el

color

de la muestra viró de verde a amarillo.

Se

continuó hirviendo por 10 min. después del vire, se dejó enfriar. Posteriormente se transfirió a

un

matraz volumétrico de

25

mL y se aforó con

H2SO4

1.1

M,

se centrifugó a 3000 rpm por 10 min., para precipitar el material

sblido;

en

el

sobrenadante se determinó la absorbancia

a

440

nm,

calibrando previamente el aparato con la muestra estandar.

El porcentaje de digestibilidad se calculo utilizando la siguiente formula :

[(Abs. 10.348) (15'1 100') (25'1 M')] 100

=

% de digestibilidad.

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ANALISIS

PREPiuwCION

DIETAS

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ENSAYO

BIOLOGIC0

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1

CENTRFL'GACION

PRECIPITADOS

7

Fig. 1. hfetodologia empleada parn la obienci6n de los

concentrados de

pH

10 y

pH

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DIGESTION DE LA MATERIA ORGANICA

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MEDICION DE ABSORBANCW

Fig. _3. Metodologia empleada para medir digastibilidad.

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-4.7) Tratamiento estadístico.

Con los resultados obtenidos se realizaron análisis de varianza (ANOVA) utilizando

el

paquete estadístico SAS.

5) LUGAR DE REALIZACION.

Las actividades se desarrollaron'en

el

laboratorio S-156 y en el Bioterio de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa.

6) DURACION.

Las actividades realizadas se efectuaron en un lapso de 6

meses.

7) OBJETIVOS Y METAS ALCANZADOS..

En

el

presente trabajo se determinó la calidad nutrimental de dos concentrados proteicos obtenidos del grano de amaranto.

Se detemin6 la Relación de Eficiencia Proteica (PER) en los concentrados proteicos de amaranto.

Se evaluó

el

efecto de los metodos de solubilización sobre la calidad

nutnmeníal de los dos concentrados proteicos.

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8) RESULTADOS

_Y

DISCUSIONES.

8.1) Análisis químico proximal.

Tabla 1. Análisis químico proximal

1 Calculado por diferencia.

Calculados en base húmeda.

8.2) Relación de eficiencia proteica.

En las gráficas 1 a 3 se puede.observar la tendencia de los pesos de cada uno de los individuos de estudio (ratas), las cuales muestran para el tratamiento de pH 11 una variación de peso promedio de 0.85 f 5.86

(Tabla 2) y de 738 f 2.88 para pH 10 (Tabla 3), estos no representan un

aumento .considerable al compararlos con la dieta control (caseína), la cual tuvo un valor de variación de peso promedio de 34.38 f 9.05 (Tabla 4),

representando un aumento de aproximadamente el 100% de su peso inicial.

La variación de peso conjuntamente con el consumo de alimento da una Relación de Eficiencia Proteica (Tabla 5), donde se observa que

el

tratamiento testigo (caseína) presenta

el

valor promedio (p<0.05) más alto de todas las pruebas experimentales.

Tomando en consideración un porcentaje de 100 para

el

PER de caseína, los tratamientos de pH 10 y pH

1

í corresponderian en un porcentaje dq30 % y 5.16 % respectivamente. Este bajo valor en la calidad nutrimenta1"de las

proteinas que se encuentran constituyendo los concentrados de estudio se puede atribuir al tratamiento fuertemente alcalino empleado en la extracción de estas proteínas; que pueden alterar la estructura primaria de las proteínas afectando aminoácidos esenciales como la lisina, generando nuevos residuos de aminoácidos como la lisinoalanina, lantionina y omitinoalanina. Dependiendo de la severidad del tratamiento alcalino puede ocurrir la racemización de varios aminoácidos, junto con la

p-

eliminación de cisteina y cistina y residuos fosforilados y gliwcilados de serina y treonina (Feeney and Whitaker, 1988).

13

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Grafica No. 1 Tratamiento pH 11

I

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60

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Orafica No. 2 Tratamiento pH 10

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404 I I I I I ~ : ! I I I I I

I

I 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5

- 8 - w rata1

-8-w rata 2

t w r a t a 3

n

-a-w rata 4

Grafica No. 3 Tratamiento de Caseina

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'90 .~ 7 *

80

-

70

2

60

50

40

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- 6 w rata3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 l;1213 1 4 1 5

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..

Concentrado

0.47 i:

0.21

0.08 f 0.48

caseína 1.55 f 0.45'

1 indica el valor de las medias y desviacidn estandar

b letras iguale6 indica que la diferencia entre las mediea no son

significativas.

8.2) Digestibilidad.

Los resultados de digestibilidad se analizaron estadísticamente; se observó que la dieta testigo presentó el valor promedio más bajo (p< 0,05) de todos las dietas en estudio; cabe recordar que una proteína incrementa su digestibilidad cuando este indice tiende a cero,

lo

que indica una total absorción de ésta. También se encontró que

no

existían diferencias entre las medias de las dietas suplementadas

con

los concentrados proteínicos de amaranto (Tabla

6).

I Indica media y d d a d 6 n estandar de digdibilidad.

b Letras iguales indican que no hay diferencia significativa

entre lar rnadias.

El tratamiento fuertemente alcalino como se indica arriba, puede generar productos de la p-eliminación a partir de aminoácidos, estos productos son muy reactivos en presencia de grupos E amino, sulfihidril, imidazol, indol y guanidinio de

los

aminoácidos, estas reacciones causan entrecruzamientos intra e intermoleculares en las proteínas, originando

un

nuevo arreglo de ta molécula,

lo

cual puede producir un descenso en la digestibilidad de las proteínas (Feeney and Whitaker, 1988).

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9)

CONCLUSIONES.

La calidad nutrimental de

los

concentrados proteínicos de amaranto,-

-

obtenidos bajos estas condiciones

de

estudio fue menor a la que presentó la

dieta testigo.

La baja calidad nutrimental que presentaron

lo;

concentrados

en

estudio

los

concentrados, alteran

las

estructura

nativa

de las proteínas, así como de

los

aminoácidos esenciales

en

la dieta de

los

individuos de estudio.

pueden deberse a que

los

tratamientos alcalinos utilizados en

la

obtención de,

_-

Aunque también

el

método de precipitación de las proteínas utilizado

podría haber modificado la calidad nutnmental

de

las proteínas presentes en

estos concentrados.

L

Las proteínas presentes en

I&

concentrados de amaranto, mostraron

baja digestibilidad, indicando una mala retenci6n en

el

organismo

de los

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BlBLlOGRAFlA

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AOAC

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Dr

Jorge

Soriano Santos.

Jefe del Departamento de Biotscnología.