DESARROLLO DE UNA BEBIDA VEGETAL A PARTIR DE HARINA DE ARROZ CON ADICIÓN DEL PROBIÓTICO (Lactobacillus delbrueckii)
María Patricia Chaparro Gonzalez1, Luz Mary Figuero Zea1, Angela María Otálvaro Alvarez1* 1 Programa de Ingeniería de Alimentos, Universidad de La Salle. Carrera 2 # 10-70, bloque D
piso 7.
E-mail: *[email protected]
Resumen
Durante el proceso de obtención de arroz blanco, hay pérdidas asociadas con los granos partidos, éstas representan un 4% de la producción. El objetivo de este estudio fue utilizar este material en el desarrollo de una bebida funcional. Para ello se realizó hidrólisis enzimática de la harina de arroz con: α-amilasa BAN 800 MG (Novozyme), actuando durante 30minutos a 150 rpm, pH 7,0 y 70 °C, y glucoamilasa AMG 800 BG (Novozyme), actuando durante 60 minutos a 150 rpm, pH 4,5 y 60 °C para la obtención de un hidrolizado. Este hidrolizado, con una concentración de azúcares reductores de 0,78 ± 0,08 g/g de harina se utilizó como base para la formulación de la bebida que incluyó la adición del probiótico
Lactobacillus delbrueckii subespecie delbrueckii NRRL B-763 (1 mL de una
suspensión1x107UFC / mL de solución) y el ajuste del pH a 5,5. La bebida formulada se
incubó durante 72 horas, para incrementar la concentración de los probióticos antes del almacenamiento.
Como resultado se obtuvo una bebida obtenida de color crema, aroma y sabor agradables. Asimismo, los resultados mostraron que bajo las condiciones evaluadas de incubación: 37 °C en aerobiosis y la misma temperatura en anaerobiosis, aunque la cantidad de azúcares reductores se redujo y el pH disminuyó, la concentración del prebiótico no se mantuvo en la requerida para una bebida funcional (luego de las 72 horas su concentración en la bebida paso de 6,4x106 a 7,23 x104 UFC/mL). Esto sugiere que es necesario modificar algunas
variables del proceso. Se sugiere a futuro añadir una concentración más alta del probiótico en la etapa de formulación de la bebida y no realizar la etapa de incubación, pasando directamente al almacenamiento bajo condiciones de refrigeración.
Palabras clave: arroz, Lactobacillus delbrueckii, probióticos, bebida vegetal, hidrólisis enzimática.
Abstract
During the process to obtaining white rice, it was observed losses associated with brokengrains, approximately 4% of production. The goal of this research was to use this materialin development of a functional drink. This was achieved by enzymatic hydrolysis of riceflour: BAN α-amylase 800 MG (Novozyme), acting for 30 minutes at 150 rpm, pH 7,0 and 70 °C, and glucoamylase AMG 800 BG (Novozyme), acting for 60 minutes at 150 rpm, pH 4,5 and 60 °C to obtain a hydrolyzed. This hydrolyzed with a reducing sugar concentration of 0,78 ± 0,08 g /g of flour was used as a basis for formulating the beverage which included the addition of probiotic Lactobacillus delbrueckii delbrueckii subspecies NRRLB-763 (1 mL of a
suspension 1x107 CFU/mL solution) and adjusting the pH to 5,5. The beverage made was
incubated for 72 hours, to increase the concentration of probiotics before storage.
The result was a drink cream color and smell and flavor acceptable. The results also showed that under the incubation conditions evaluated: 37 °C aerobically and anaerobically the same temperature, although the amount of reducing sugars and the pH decreased, the concentration of the probiotic did not continue in that required for a functional beverage (after 72 hours its concentration in the beverage change from 6,4x106 to 7,23x104 CFU/mL).This
suggests the need to modify some process variables. In the future it will be necessary add a higher concentration of probiotic in the formulation stage of the beverage and not perform the incubation step, going directly to storage under refrigeration.
Key words: Rice, Lactobacillus delbrueckii, probiotic, vegetal beverage, enzymatic hydrolysis.
I. Introducción
Cada día alrededor del mundo se desarrollan diferentes investigaciones sobre alimentos funcionales, es decir aquellos que además de aportar nutrientes ofrecen otros beneficios adicionales sobre la salud humana, este es el caso de preparaciones que incluyen probióticos, prebióticos y minerales (Agustina et al, 2007; Gómez et al., 1999).
Los probióticos por ejemplo, son microbios vivos que producen efectos fisiológicos benéficos para la salud tanto en humanos como en animales (FAO/WHO, 2001; Parvez et al, 2006). Dentro de estos se incluyen Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus, Pediococcus, Leuconostoc, E. coli, Bacillus, Bifidobacteriumy Saccharomyces cerevisiae. Los efectos de las cepas probióticas están relacionados con la modulación del sistema inmunológico, la prevención y tratamiento de las infecciones gastrointestinales, efectos antihipertensivos, la regulación de la motilidad intestinal, abastecimiento y biodisponibilidad de nutrientes y factores de crecimiento (Sander, 2001; FAO/OMS,
2001; Mercenier et al, 2003; Parvez et al, 2006; Agustina et al., 2007; Hatakka, et al, 2007; Boudet, 2007; WGO, 2008; Prado F. et al, 2008; Mennickent S. y Green, 2009).
En el caso de los prebióticos estos incluyen una gran variedad de polisacáridos de tipo oligosacáridos, galacto oligosacáridos, lactulosa, lactitol y fructo oligosacáridos como la inulina, que se encuentran en una gran variedad de vegetales y que son ampliamente utilizados en la industria alimentaria (Marti del Moral et al., 2003; Holzapfel W., 2002). Cuando dentro de un producto se encuentra la combinación apropiada de probióticos y prebióticos es posible que el mismo desarrolle un efecto simbiótico, donde la asociación de estos dos componentes es complementaria y posiblemente sinérgica, potencializando sus efectos individuales (Oliveira G. & González M., 2007; Cumming et al, 2001; Manzanares et al., 2006).
UFC/mL) durante todo el periódo de su vida útil, para que se comporten como alimentos funcionales (Marin et al., 2009; González et al., 2008).
Los probióticos comúnmente se encuentran en alimentos lácteos, sin embargo, actualmente en países desarrollados se producen y comercializan con éxito productos no lácteos como vehículos de agentes probióticos basados en sustratos vegetales como frutas, avena, yuca, soja, arroz (Prado, 2008). Esto debido a que existen segmentos de la población que por razones médicas, culturales o religiosas tienen limitaciones para el consumo de lácteos (Prado F. et al., 2008; Vandenplas, 2002).
En Colombia la alergia a la leche y la intolerancia a la lactosa son condiciones médicas de alta incidencia en la población infantil y adulta, que restringen el uso de ésta y sus derivados como vehículos de probióticos. Otro inconveniente que presentan las bebidas lácteas como fuente de probióticos es su uso en pacientes con galactosemia y en situaciones donde el consumo de alimentos ricos en grasas saturadas está contraindicado. Para estos casos está recomendado el reemplazo de los productos lácteos usados como vehículos de los probióticos por productos hipoalergénicos y leches de origen vegetal (Plaza, 2003), que puedan ser ingeridas de manera habitual.
El arroz (Oryza sativa L) es un alimento básico de la canasta familiar. Este cereal, se produce en 114 países y es el alimento de más de la mitad de la población mundial (ONU,2009). El valor nutricional del arroz se encuentra asociado a su composición que incluye proteína (7,3%) y carbohidratos (79,95%), además de otros componentes como fibra, minerales
(potasio y fósforo), vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos. Según FAO (2011), la producción mundial de arroz se sitúa en 699 millones de toneladas (466 millones de toneladas de arroz elaborado). En el III Censo Arrocero realizado en 2007 en Colombia, la producción de arroz paddy seco fue de 2,7 millones de toneladas que representan aproximadamente 1,89 millones de toneladas de arroz blanco (Fedearroz, 2008).
Durante el procesamiento del grano que incluye una etapa de trilla, se obtiene arroz integraly cascarilla de arroz. Después el arroz integral pasa a un proceso de pulimiento a partir del cual se obtiene el arroz blanco y el salvado, existiendo perdidas asociadas a los granos partidos, que representan un 4% e la producción. Estos granos tienen un valor comercial 50% inferior al del arroz blanco. En el documento 52, del MADR sobre la Cadena del Arroz, se menciona que en el mercado colombiano suele hacerse una distinción entre arroz blanco de primera, el cual tiene un porcentaje de grano partido inferior al 10%, y el de segunda, superior al 10%. Además se indica que cuando el grado de grano partido es superior al 10%, este arroz blanco partido se clasifica en dos: el arroz partido grande o Cristal (% de grano partido entre 50% y 75%, vendido como insumo para la fabricación de pastas alimenticias, sopas y cervezas) y el arroz partido pequeño o Granza (tamaños inferiores a un cuarto de grano, utilizado en la preparación de concentrados para animales y cerveza).
lactobacillus (Murooka et al., 2008; Meroth et al., 2004). Asimismo, se ha indicado que el alto contenido de amilosa en los gránulos de almidón favorece significativamente la supervivencia de Bifidobacterium (otro probiótico) a nivel intestinal debido a que aumenta su resistencia frente al pH y a los ácidos biliares (Wang et al, 1999).
En este sentido, una bebida vegetal producida a partir de los granos rotos de este cereal, por sus características nutricionales proporcionaría condiciones adecuadas para mantener la viabilidad de un microorganismos probiótico y de ese modo posibilitar que la bebida actúe como vehículo de introducción de estas cepas contribuyendo a mejorar la salud de la población (Chaparro et al, 2011), además de contribuir a dar valor a los subproductos de la cadena del arroz. En trabajos anteriores, desarrollados por el grupo de investigación, se había evaluado el uso de la harina de arroz como sustrato para el cultivo de Lactobacillus casei, encontrando que ésta favorecía el crecimiento de esta cepa, razón por la cuál surgió la inquietud por elaborar una bebida funcional a partir de un hidrolizado de harina de arroz que incluyera un prebiótico como Lactobacillus delbrueckii reconocido por sus beneficios terapéuticos (Chaparro et al., 2011).
II. Materiales y Métodos
Como materia prima para la elaboración de la bebida vegetal se utilizaron granos de arroz partido, variedad Fedearroz 50. Este material fue acondicionado por medio de las siguientes etapas: (1) molienda, para la que se empleó un molino universal turbo de pines pulverizador de granos, (2) tamizaje, para colectar la fracción retenida en la malla
correspondiente a 180 µm (tamaño que favorece el acceso de las enzimas a la estructura del almidón mejorando el rendimiento de la hidrólisis), (3) gelificación y licuefacción del almidón, procesos llevados acabo por calentamiento de una suspensión de la harina de arroz en agua y que también contribuye a mejorar el rendimiento de la hidrólisis ya que afecta directamente la estructura de las moléculas.
Luego de este acondicionamiento, se procedió a desarrollar la hidrólisis enzimática de la harina gelificada, este procedimiento se desarrolló en dos etapas, en la primera de ellas se utilizó una α-amilasa (BAN 800, Novozyme, actuando durante 30 minutos a 150 rpm, pH 7 y 70 °C en un agitador orbital Thermo 4333) que contribuyó a la licuefacción del almidón y en la segunda etapa, se utilizó una glucoamilasa (AMG 800 BG, Novozyme, actuando durante 60 minutos a 150 rpm, pH 4,5 y 60 °C) para llevar a cabo la sacarificación y obtenerlos azúcares reductores esperados como resultado de este proceso. Para cuantificar los resultados de las hidrólisis se determinaron azúcares reductores por el método DNS en un espectrofotómetro Spectronic 4001/4.
como funcional y proceder a evaluarlo durante su etapa de almacenamiento.
III. Resultados y Discusión
Respecto a la hidrólisis enzimática de la harina de arroz, luego del proceso con α-amilasa se alcanzó una concentración
de azúcares reductores (AR) de 0,31 ±0,04 g/g de harina de arroz. Y luego de la segunda hidrólisis en la que se empleó glucoamilasa AMG 800 BG, se llegó a una concentración de AR de 0,78 ± 0,08 g/g de harina. Estos ensayos se desarrollaron por duplicado.
Figura1.Harina de arroz lista para la hidrólisis e hidrolizado obtenido.
El hidrolizado obtenido se inoculó con la cepa Lactobacillus delbrueckii subespecie delbrueckii NRRL B-763 y se inició el seguimiento de pH, AR y biomasa, que arrojó los resultados presentados en las figuras 2, 3 y 4.
Figura 2.Comportamiento de azúcares reductores durante la incubación en condiciones de aerobiosis y anaerobiosis.
Figura 3.Comportamiento del pH a lo largo del tiempo de incubación del microorganismo en condiciones de aerobiosis y anaerobiosis.
Respecto a la variación del pH a lo largo del cultivo, observada en la figura 3, se aprecia que el comportamiento de los cultivos aerobios y anaerobios es muy similar, sufriendo un descenso importante de pH (de más de una unidad) durante las primeras 24 horas. Efecto que se asocia a la actividad del microorganismo y a su capacidad de producir ácidos.
Respecto a la figura 4, en donde se observa la viabilidad del microorganismo, se observa que durante el tiempo de
estudio el microorganismo no evidenció un incremento en UFC/mL, a pesar del consumo de sustrato y la variación en el pH observados. Es más, no sé logró mantener la concentración presente al momento de iniciar el estudio, indicando que dada la concentración de probióticos luego de la incubación, la bebida no cumple con la concentración mínima requerida para ser considerada como funcional, razón por la cual no se evaluó durante un periodo de almacenamiento.
En cuanto a las condiciones de la bebida luego de la inubación, los grados Brix alcanzados fueron de 11, el pH cercano a 4,0, y dentro de las características sensoriales se destacaron su color crema almendra, su sabor marcado por un dulce intenso, su textura fluida y su aroma suave. Coincidiendo casi todas estas características con bebidas vegetales disponibles a nivel comercial.
Se sugiere que dados los resultados de este trabajo, en donde se observaron problemas para mantener la concentración del probiótico, sería conveniente adicionar a la formulación un prebiótico, que acorde a lo escrito por Chockchaisawasdee y Stathopoulos (2011), permitiera ayudar a mantener la viabilidad de los probióticos durante el tiempo de almacenamiento. Asimismo, se establece que la bebida no debe ser incubada durante un tiempo tan largo y que luego de ser formulada debe ser almacenada en condiciones de refrigeración (Tymczyszyn et al., 2011).
Los resultados obtenidos también sugieren que la cepa de Lactobacillus delbrueckii subespecie delbrueckii NRRL B-763, bajo las condiciones de estudio, tiene un comportamiento diferente a la cepa Lactobacillus casei, en cuanto a mantenimiento y producción de biomasa, puesto que con ésta última en un trabajo anterior se había reportado un incremento en la biomasa de dos órdenes de magnitud para unas condiciones de proceso similares (Chaparro et al., 2011).
IV. Conclusiones
Mediante el proceso desarrollado se logró obtener una bebida vegetal a partir del arroz partido con características sensoriales aceptables.
La cepa Lactobacillus delbrueckii subespecie delbrueckii NRRL B-763, bajo las condiciones de estudio, no mantiene la concentración requerida en la bebida vegetal para ser considerada como probiótica.
Se sugiere que para estudios posteriores sería importante trabajar con combinaciones de la cepa estudiada con un prebiótico que actuará como protector durante el tiempo de almacenamiento de la bebida permitiendo mantener la concentración del microorganismo en un valor superior a 106 UFC/mL.
Finalmente, se observó que el periodo de incubación utilizado para incrementar la concentración del cultivo tiene un efecto contrario y por tanto no favorece los objetivos esperados.
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Agradecimientos.
